DE102019122776A1

DE102019122776A1 - Verfahren zur Bestimmung eines Zustandes eines Partikelfilters

Info

Publication number: DE102019122776A1
Application number: DE102019122776.3A
Authority: DE
Inventors: Michael Görgen
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2018-08-29
Filing date: 2019-08-26
Publication date: 2019-10-10
Also published as: DE102018121108A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Zustandes eines Partikelfilters (2) eines Abgasnachbehandlungssystems (1) für einen Verbrennungsmotor, umfassend die Schritte:a) Messung einer ersten Abgastemperatur stromabwärts des Partikelfilters (2);b) Bestimmung einer zweiten simulierten Abgastemperatur stromaufwärts des Partikelfilters (2), basierend auf einem Abgastemperaturmodell;c) Bestimmung des Zustandes des Partikelfilters (2) unter Berücksichtigung der ersten Abgastemperatur und der zweiten simulierten Abgastemperatur.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Zustandes eines Partikelfilters, ein Steuergerät, ein Computerprogrammprodukt und ein Abgasnachbehand lungssystem.
Die DE102014006692A1 offenbart einen Ottomotor mit Partikelfilter.
Ein Fahrzeugdiagnosesystem kann das Vorhandensein eines Partikelfilters kontinuierlich prüfen, und beispielsweise den Verbrennungsmotor abstellen, sobald kein Partikelfilter im Abgasnachbehandlungssystem vorhanden ist. Die kontinuierliche Prüfung berücksichtigt dabei häufig die Messwerte von mindestens zwei Temperatursensoren. Dabei ist mindestens ein Temperatursensor stromaufwärts des Partikelfilters angeordnet. Mindestens ein weiterer Temperatursensor ist stromabwärts des Partikelfilters angeordnet. Aus den unterschiedlichen Temperaturverläufen von Abgas vor und hinter dem Partikelfilter kann so ermittelt haben, ob ein Partikelfilter vorhanden ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung eines Zustandes eines Partikelfilters eines Abgasnachbehandlungssystems umfasst die Schritte:

a) Messung einer ersten Abgastemperatur stromabwärts des Partikelfilters;
b) Bestimmung einer zweiten simulierten Abgastemperatur stromaufwärts des Partikelfilters, basierend auf einem Abgastemperaturmodell;
c) Bestimmung des Zustandes des Partikelfilters unter Berücksichtigung der ersten Abgastemperatur und der zweiten simulierten Abgastemperatur.

Für eine effiziente Abgasnachbehandlung in Fahrzeugen ist die Bestimmung eines Zustandes des Partikelfilters wichtig, beispielsweise um gesetzliche Bestimmungen zur Abgasreinheit einzuhalten. Die gesetzlichen Bestimmungen sehen dabei vor, dass Fahrzeuge ohne Partikelfilter auf öffentlichen Straßen nicht eingesetzt werden dürfen.
Die Information über den Zustand umfasst gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, das Vorhandensein des Partikelfilters.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Bestimmung des Zustandes des Partikelfilters unter Berücksichtigung von Messwerten von nur einem Temperatursensor. Weitere Temperatursensoren werden nicht benötigt. So wird eine Reduktion der Herstellungskosten und/oder Wartungskosten des Abgasnachbehandlungssystems ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für Anwendungen im Fahrzeugbereich, beispielsweise für Abgasnachbehandlungssysteme in Verbrennungsmotoren für Fahrzeuge. Dabei eignet sich das Verfahren für alle Fahrzeugtypen, in denen Partikelfilter zum Einsatz kommen, insbesondere Fahrzeuge mit Dieselmotoren oder Ottomotoren.
Das erfindungsgemäße Steuergerät für ein Abgasnachbehandlungssystem ist eingerichtet für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt umfasst ein Programm das, wenn es von einer Steuerung ausgeführt wird, die Steuerung veranlasst, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem für einen Verbrennungsmotor, umfasst ein erfindungsgemäßes Steuergerät, einen Partikelfilter und einen Temperatursensor, wobei der Temperatursensor stromabwärts des Partikelfilters angeordnet ist.
Die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Steuergerät, das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt und das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem.
Die abhängigen Ansprüche beschreiben weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden anhand der folgenden Figur näher erläutert.
1 zeigt ein erfindungsgemäßes Abgasnachbehandlungssystem 1 für einen Verbrennungsmotor. Das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung eines Zustandes eines Partikelfilters 2 eines Abgasnachbehandlungssystems 1 umfasst die Schritte:

a) Messung einer ersten Abgastemperatur stromabwärts des Partikelfilters 2;
b) Bestimmung einer zweiten simulierten Abgastemperatur stromaufwärts des Partikelfilters 2, basierend auf einem Abgastemperaturmodell;
c) Bestimmung des Zustandes des Partikelfilters 2 unter Berücksichtigung der ersten Abgastemperatur und der zweiten simulierten Abgastemperatur.

Die Bestimmung der zweiten simulierten Abgastemperatur erfolgt dabei in einem Bereich 4, welcher sich von 2-10 cm stromaufwärts des Partikelfilters 2 befindet.
In Schubphasen des Verbrennungsmotors kommt es zu einer Abnahme der Temperatur sowohl stromabwärts als auch stromaufwärts des Partikelfilters 2. Die Temperaturänderung geschieht dabei stromabwärts des Partikelfilters 2 verzögert. Anhand des Abgastemperaturmodells wird eine Bestimmung des Zustandes des Partikelfilters 2 ermöglicht.
Zudem umfasst das Verfahren die Schritte:

a₀) Bestimmung einer ersten simulierten Abgastemperatur, basierend auf dem Abgastemperaturmodell;
a₁) Bildung einer Differenz zwischen der ersten Abgastemperatur und der ersten simulierten Abgastemperatur;
a₂) Anpassung des Abgastemperaturmodells und erneute Durchführung der Bestimmung der ersten simulierten Abgastemperatur und der zweiten simulierten Abgastemperatur, wenn die Differenz größer und/oder gleich einer Toleranz ist.

Im zeitlichen Verlauf des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Schritte a₀), a₁) und a₂) nach der Durchführung des Schritts a) nacheinander ausgeführt. Die Schritte b) und c) werden nach der Durchführung von a₂) ausgeführt. Dies ermöglicht eine Erhöhung der Genauigkeit der Bestimmung der ersten Abgastemperatur und der zweiten simulierten Abgastemperatur, was eine Erhöhung der Genauigkeit für die Bestimmung des Zustandes des Partikelfilters ermöglicht.
Zudem umfasst die Information über den Zustand des Partikelfilters 2 das Vorhandensein des Partikelfilters 2.
Während längerer Volllastphasen des Verbrennungsmotors ergibt sich eine stabile Temperatur sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts des Partikelfilters 2. Die Temperaturen stromaufwärts unterscheiden sich dabei von denen, die stromabwärts des Partikelfilters 2 auftreten. Dies ermöglicht eine Bestimmung des Vorhandenseins eines Partikelfilters 2 auch im Volllastfall.
Das Abgastemperaturmodell erlaubt eine Bestimmung der Temperaturen des Abgases stromaufwärts und stromabwärts des Partikelfilters 2. Einen Vergleich der gemessenen Abgastemperaturen stromabwärts des Partikelfilters 2 mit den simulierten Abgastemperaturen ermöglicht eine Anpassung des Abgastemperaturmodells nach jedem aufgezeichneten und verglichenem Messwertepaar. In diesem Ausführungsbeispiel werden die Abgastemperaturen 10 mal pro Sekunde gemessen und/oder simuliert. Dies ermöglicht eine Anpassung der Bestimmung der Abgastemperatur stromaufwärts des Partikelfilters 2 ebenfalls 10 mal pro Sekunde. Innerhalb einer Sekunde sind signifikante Änderungen des Zustandes des Partikelfilters 2 nicht zu erwarten, so dass eine erhöhte Genauigkeit bei der Bestimmung des Zustandes des Partikelfilters 2 ermöglicht wird.
In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt die Messung der ersten Abgastemperatur über einen Temperatursensor 3, welcher stromabwärts des Partikelfilters 2 in dem Abgasnachbehandlungssystem 1 angeordnet ist.
Die Toleranz ist in diesem Ausführungsbeispiel 5°C, was eine hinreichend genaue Bestimmung des Zustandes ermöglicht, um beispielsweise die Einhaltung gesetzlicher Regelungen zur Abgasreinheit zu gewährleisten
Zudem basiert die Bestimmung der zweiten Abgastemperatur auf einem Abgastemperaturmodell, welches eine Exothermie innerhalb des Partikelfilters 2 berücksichtigt.
Zudem umfasst die Information über den Zustand das Vorhandensein einer Beschichtung des Partikelfilters 2.
Das Abgastemperaturmodell umfasst in diesem Ausführungsbeispiel die Berücksichtigung von Exothermie innerhalb des Partikelfilters 2. Dabei basiert das verwendete Abgastemperaturmodell auf handelsüblichen Abgastemperaturmodellen und wird durch die Berücksichtigung der Exothermie erweitert. Durch Berücksichtigung von Exothermie wird eine zusätzliche Erhöhung der Temperatur innerhalb des Partikelfilters während Schubphasen des Verbrennungsmotors berücksichtigt, welche aufgrund des Abbrandes von Ruß im Partikelfilter erfolgt. Dabei ergibt sich die Erhöhung verstärkt bei Partikelfiltern, die eine Beschichtung aufweisen. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Beschichtung Platin.
Für Partikelfilter 2 die eine Beschichtung aufweisen, kann sich im Vollastfall exothermiebedingt eine höhere Temperatur stromabwärts des Partikelfilters 2 ergeben, als das stromaufwärts der Fall ist.
Für Partikelfilter 2, die keine Beschichtung aufweisen ergibt sich eine niedrigere Temperatur des Abgases stromabwärts des Partikelfilters 2, als das stromaufwärts des Partikelfilters 2. Im Falle eines nicht vorhandenen Partikelfilters ist die Temperatur stromabwärts noch geringer, als für den Fall, dass ein Partikelfilter 2 vorhanden ist.
Dadurch wird auch für Schubphasen und im Volllastfall ermöglicht, ein Vorhandensein eines Partikelfilters 2 im Abgasnachbehandlungssystem 1 bestimmen. Zusätzlich wird eine Aussage über die Beschichtung des Partikelfilters ermöglicht.
Zudem umfasst die Information eine Sauerstoffspeicherfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems 1.
Der genaue zeitliche Verlauf der Temperaturerhöhung stromabwärts des Partikelfilters 2 durch Exothermie erlaubt dabei eine Abschätzung des Alters des Partikelfilters 2. Dies ermöglicht eine frühzeitige Warnung des Fahrers des Fahrzeugs, das ein Austausch des Partikelfilters nötig ist.
Die Berücksichtigung der Exothermie ermöglicht auch eine Aussage über eine Menge an Sauerstoff, die im Partikelfilter 2 gespeichert ist. Weniger Speicherfähigkeit für Sauerstoff, beispielsweise unterhalb von 200 mg, führt zu einem geringeren Anstieg der Temperatur durch Exothermie. Dies ermöglicht eine Mitteilung an den Fahrer, ob eine Wartung des Abgasnachbehandlungssystems durchgeführt werden sollten, was eine erhöhte Abgasreinheit während des Betriebs des Verbrennungsmotors ermöglicht.
Zudem umfasst die Information über den Zustand eine Rußmenge im Partikelfilter 2.
Anhand der ersten Abgastemperatur und der zweiten Abgastemperatur wird eine Bestimmung einer Rußmenge des Partikelfilters 2 ermöglicht. Die Berücksichtigung von Exothermie ermöglicht dabei eine Erhöhung der Genauigkeit der bestimmten Rußmenge im Partikelfilter 2.
Die Bestimmung der Rußmenge im Partikelfilter wird in diesem Ausführungsbeispiel verwendet, um eine Schubphase des Verbrennungsmotors zu triggern, so dass die Rußmenge im Partikelfilter 2 reduziert werden kann. Sollte eine Rußmenge im Partikelfilter 2 bestimmt werden, die unterhalb einer Toleranz liegt, so kann der Zündzeitpunkt verschoben werden, um eine Erhöhung der Rußmenge im Partikelfilter zu erreichen. Dies ermöglicht eine Optimierung der Filtereffizienz des Partikelfilters 2 und des Kraftstoffverbrauchs des Verbrennungsmotors.
Das erfindungsgemäße Steuergerät 5 für ein Abgasnachbehandlungssystem 1 ist eingerichtet für die Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
Das erfindungsgemäße Computerprogrammprodukt 6 umfasst ein Programm das, wenn es von einer Steuerung 5 ausgeführt wird, die Steuerung 5 veranlasst, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem 1 für einen Verbrennungsmotor umfasst ein erfindungsgemäßes Steuergerät 5, einen Partikelfilter 2 und einen Temperatursensor 3, wobei der Temperatursensor 3 stromabwärts des Partikelfilters 2 angeordnet ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014006692 A1 [0002]

Claims

Verfahren zur Bestimmung eines Zustandes eines Partikelfilters (2) eines Abgasnachbehandlungssystems (1), umfassend die Schritte: a) Messung einer ersten Abgastemperatur stromabwärts des Partikelfilters (2); b) Bestimmung einer zweiten simulierten Abgastemperatur stromaufwärts des Partikelfilters (2) basierend auf einem Abgastemperaturmodell; c) Bestimmung einer Information über den Zustand des Partikelfilters (2) anhand der ersten Abgastemperatur und der zweiten simulierten Abgastemperatur.
Verfahren nach Anspruch 1, umfassend den Schritt: a₀) Bestimmung einer ersten simulierten Abgastemperatur basierend auf dem Abgastemperaturmodell; a₁) Bildung einer Differenz zwischen der gemessen ersten Abgastemperatur und der ersten simulierten Abgastemperatur; a₂) Anpassung des Abgastemperaturmodells und erneute Durchführung der Bestimmung der ersten simulierten Abgastemperatur und der zweiten simulierten Abgastemperatur, wenn die Differenz größer und/oder gleich einer Toleranz ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Information über den Zustand das Vorhandensein des Partikelfilters (2) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Information über den Zustand das Vorhandensein einer Beschichtung des Partikelfilters (2) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bestimmung der zweiten Abgastemperatur und der ersten Abgastemperatur auf einem Abgastemperaturmodell basiert, welches eine Exothermie innerhalb des Partikelfilters (2) berücksichtigt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Information über den Zustand eine Rußmenge im Partikelfilter umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Information über den Zustand eine Sauerstoffspeicherfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems (1) umfasst.
Steuergerät (5) für ein Abgasnachbehandlungssystem (1), eingerichtet für die Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Computerprogrammprodukt (6), umfassend ein Programm das, wenn es von einer Steuerung ausgeführt wird, die Steuerung veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen.
Abgasnachbehandlungssystem (2) für einen Verbrennungsmotor, umfassend ein Steuergerät (5) nach Anspruch 8, einen Partikelfilter (2) und einen Temperatursensor (3), wobei der Temperatursensor (3) stromabwärts des Partikelfilters (2) angeordnet ist.