DE10252732A1 - Method and device for operating an exhaust gas aftertreatment device of an internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Betrieb einer einen Partikelfilter aufweisenden Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeuges, wobei wenigstens eine für den Beladungszustand des Partikelfilters charakteristische Größe aus Betriebskenngrößen des Partikelfilters ermittelt wird, ist zur Erreichung einer erhöhten Genauigkeit bei der Beladungsbestimmung des Partikelfilters vorgesehen, dass die räumliche Verteilung von Abgaspartikeln im Wesentlichen in Längsrichtung des Partikelfilters modelliert und mittels der modellierten räumlichen Verteilung der Abgaspartikel eine Korrektur der charakteristischen Größe durchgeführt wird.In a method and a device for operating an exhaust gas aftertreatment device of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, having a particle filter, wherein at least one variable that is characteristic of the loading condition of the particle filter is determined from operating parameters of the particle filter, it is provided to achieve increased accuracy in determining the loading of the particle filter the spatial distribution of exhaust gas particles is modeled essentially in the longitudinal direction of the particle filter and the characteristic size is corrected by means of the modeled spatial distribution of the exhaust gas particles.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche.The invention relates to a method and a device for operating an exhaust gas aftertreatment device an internal combustion engine according to the preambles the respective independent Expectations.

Mit Dieselmotoren angetriebene Kraftfahrzeuge haben in vielen Ländern Einrichtungen zur Abgasnachbehandlung aufzuweisen. Aufgrund der Rußbildung kommen dabei insbesondere Partikelfilter zum Einsatz, um die Emission von Rußpartikeln im Abgas dieser Motoren durch Ausfilterung zu minimieren. An diese Partikelfilter werden aufgrund zukünftig noch verschärfter Emissionsgrenzwerte erhöhte Anforderungen an die Effizienz der Abgasnachbehandlung gestellt. Darüber hinaus bekommen solche Partikelfilter auch bei Benzinmotoren mit Direkteinspritzung zunehmende Bedeutung, da insbesondere im sogenannten „Schichtbetrieb" dieser Motoren vermehrt Rußbildung im Abgas auftritt.Motor vehicles powered by diesel engines have in many countries To have facilities for exhaust gas aftertreatment. Because of the soot formation particulate filters are used to reduce emissions of soot particles in the To minimize exhaust emissions from these engines by filtering them out. To this Particle filters will become even stricter due to future emission limit values increased Requirements placed on the efficiency of exhaust gas aftertreatment. About that In addition, such particle filters are also noticed in gasoline engines Direct injection is becoming increasingly important, particularly in the so-called "shift operation" of these engines soot formation occurs in the exhaust gas.

Aus der DE 100 14 224 A1 und der DE 101 00 418 A1 geht ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einer solchen Abgasnachbehandlungseinrichtung hervor. Zur präzisen Steuerung der Brennkraftmaschine muss der Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung bekannt sein. Insbesondere muss der Beladungszustand des Parti kelfilters, d.h. die momentane Menge an ausgefilterten Rußpartikeln, möglichst genau bekannt sein.From the DE 100 14 224 A1 and the DE 101 00 418 A1 is a method for controlling an internal combustion engine with such an exhaust gas aftertreatment device. The state of the exhaust gas aftertreatment device must be known for precise control of the internal combustion engine. In particular, the loading condition of the particle filter, ie the current amount of soot particles filtered out, must be known as precisely as possible.

Die Kontrolle der Filterbeladung und die Regenerationsüberwachung des Partikelfilters erfolgen bekanntermaßen mittels Drucksensoren, da das Druckgefälle über den Filter Rückschlüsse auf die im Filter angesammelte Rußmasse ermöglicht. Das von den Drucksensoren gelieferte Drucksignal wird dabei in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine ausgewertet und unter Berücksichtigung der durch das Druckgefälle, die Temperatur, den Abgasvolumenstrom etc. bedingten Strömungsverhältnisse im Filter der Strömungswiderstand des Filters berechnet, der wiederum repräsentativ für die Rußbeladung ist. Hierbei wird vereinfachend angenommen, dass die Rußmasse im Filter räumlich gleichverteilt ist. Zur Rußmassenbestimmung wird aus dem Abgasvolumenstrom V und dem Differenzdruck p_Diff längs des Partikelfilters ein Strömungswiderstand R_Gleich berechnet gemäß der Beziehung R_Gleich = p_Diff/V.Checking the filter load and regeneration monitoring the particle filter is known to be made by means of pressure sensors, because the pressure drop across the Filter conclusions on the mass of soot collected in the filter allows. The pressure signal supplied by the pressure sensors becomes dependent evaluated from the current operating point of the internal combustion engine and considering by the pressure drop, the flow conditions, the temperature, the exhaust gas volume flow etc. the flow resistance in the filter of the filter, which in turn is representative of the soot load. Here will Simplifyingly assumed that the soot mass is spatially evenly distributed in the filter is. For determining soot mass is calculated from the exhaust gas volume flow V and the differential pressure p_Diff along the Particle filter a flow resistance R_Gleich calculated according to the relationship R_Gleich = p_Diff / V.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine erhöhte Genauigkeit bei der Beladungsbestimmung des Partikelfilters ermöglicht wird.The present invention lies the task of a method and an apparatus of the beginning mentioned type to improve that increased accuracy is enabled when determining the loading of the particle filter.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.This task is solved by the characteristics of the independent Expectations. Advantageous refinements are the subject of the respective subclaims.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die räumliche Verteilung an Abgaspartikeln im Wesentlichen in Längsrichtung des Partikelfilters zu modellieren. Aus der räumlichen Verteilung der Partikelmasse/-volumen wird dann ein Korrekturfaktor für wenigstens eine aus Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine und/oder der Abgasnachbehandlungseinrichtung berechnete charakteristische Größe des Partikelfilters ermittelt. Als charakteristische Größe kommt bspw. die im Filter akkumulierte Partikelmasse/-volumen oder den Strömungswiderstand des Partikelfilters in Betracht. Die charakteristische Größe ist demnach charakteristisch für den Beladungszustand des Filters. D.h. der Korrekturfaktor wird bevorzugt dazu verwendet, eine gemäß dem Stand der Technik berechnete vorge nannte charakteristische Größe des Partikelfilters zu korrigieren, um dadurch letztlich die Genauigkeit für die Bestimmung des Beladungszustandes des Filters zu erhöhen.The invention is based on the idea that spatial Distribution of exhaust gas particles essentially in the longitudinal direction to model the particle filter. From the spatial distribution of the particle mass / volume then becomes a correction factor for at least one from operating parameters of Internal combustion engine and / or the exhaust gas aftertreatment device calculated characteristic size of the particle filter determined. The characteristic variable is, for example, that in the filter accumulated particle mass / volume or the flow resistance of the particle filter into consideration. The characteristic size is therefore characteristic for the Loading status of the filter. That the correction factor is preferred used one according to the state the technology calculates the aforementioned characteristic size of the particle filter correct, in the end the accuracy for the determination to increase the load of the filter.

Eine Korrektur des genannten Strömungswiderstandes aufgrund der Ungleichverteilung der Partikel in Längsrichtung des Partikelfilters R_Ungleich erfolgt bevorzugt in linearer Näherung gemäß der Beziehung R_Ungleich – R_Gleich·(1 + Kappa), wobei Kappa eine dimensionslose Korrekturgröße darstellt.A correction of the mentioned flow resistance due to the uneven distribution of the particles in the longitudinal direction of the particle filter R_Unleich preferably takes place in a linear approximation according to the relationship R_Ungleich - R_Gleich · (1 + Kappa), where Kappa is a dimensionless correction quantity.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur genannten Modellierung der Partikelfilter in Längsrichtung in bevorzugt gleich lange Segmente unterteilt. Der einströmende Partikelmassen- oder -volumenstrom wird auf die einzelnen Segmente mittels einer Verteilungsfunktion verteilt und zu einem betrachteten Zeitpunkt die in jedes Segment einströmende Partikelmasse bzw. -volumen aufsummiert, um die Verteilung der Partikelmasse bzw. des -volumens in Strömungsrichtung des Partikelstromes zu ermitteln.According to a preferred embodiment of the inventive method becomes the modeling of the particle filter in the longitudinal direction divided into segments of preferably the same length. The inflowing particle mass or volume flow is distributed to the individual segments using a distribution function distributed and at a given time in each segment inflowing particle mass or volume added up to the distribution of the particle mass or of the volume in the direction of flow to determine the particle flow.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird aus dem für jedes Segment ermittelten Partikelstrom mittels einer für das jeweilige Partikelfiltermaterial charakteristischen Kennlinie der Strömungswiderstand eines einzelnen Segments des Partikelfilters berechnet.According to an advantageous further development from the for each segment determined particle flow by means of one for the respective Particle filter material characteristic curve of flow resistance of a single segment of the particle filter.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird aus der sich aus den einzelnen Segmenten ergebenden Verteilung des Strömungswiderstandes über die Partikelfilterlänge mittels einer Gewichtungsfunktion über die Segmente ein über die Gesamtlänge des Partikelfilters sich ergebender Gesamtströmungswiderstand berechnet.According to a further embodiment becomes from the distribution resulting from the individual segments the flow resistance over the particle filter length by means of a weighting function over the segments one over the total length the resulting total flow resistance of the particle filter is calculated.

Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer hier betroffenen Abgasnachbehandlungseinrichtung erhöht sich die Genauigkeit der Bestimmung der im Partikelfilter akkumulierten Partikelmasse.By using the method according to the invention in an exhaust gas aftertreatment device affected here increases the accuracy of the determination of the particle mass accumulated in the particle filter.

Die Erfindung wird nachfolgend, unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele eingehender erläutert, aus denen weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung hervorgehen.The invention will be described below with reference to the accompanying drawings preferred embodiments explained in more detail, from which further features and advantages of the invention emerge.

Im Einzelnen zeigenShow in detail

1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Betrieb einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß dem Stand der Technik; 1 a block diagram of a device for operating an exhaust gas aftertreatment device of an internal combustion engine according to the prior art;

2 eine detaillierte Darstellung eines Verfahrens zur Beladungsbestimmung in einem Partikelfilters gemäß dem Stand der Technik; 2 a detailed representation of a method for determining the load in a particle filter according to the prior art;

3 einen schematisch dargestellten Partikelfilter zur weiteren Illustration des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere der Modellierung der räumlichen Verteilung von Abgaspartikeln in einem Partikelfilter; und 3 a schematically illustrated particle filter for further illustration of the method according to the invention, in particular the modeling of the spatial distribution of exhaust gas particles in a particle filter; and

4a,b Diagramme zur Illustration einer Partikelverteilungsfunktion gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. 4a . b Diagrams to illustrate a particle distribution function according to the method according to the invention.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION OF PREFERRED EMBODIMENTS

Unter Bezugnahme auf die 1 wird eine Vorrichtung zum Betrieb einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß dem Stand der Technik, in der das erfindungsgemäße Verfahren implementierbar ist, beschrieben. Die Vorrichtung ist im vorliegenden Beispiel in einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, bspw. einem Dieselmotor, angeordnet. Bei dieser Brennkraftmaschine wird die Kraftstoffzumessung mittels eines sogenannten Common-Rail-Systems gesteuert. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist aber nicht auf diese Systeme beschränkt und kann grds. auch bei anderen Brennkraftmaschinen eingesetzt werden.With reference to the 1 A device for operating an exhaust gas aftertreatment device of an internal combustion engine according to the prior art, in which the method according to the invention can be implemented, is described. In the present example, the device is arranged in a self-igniting internal combustion engine, for example a diesel engine. In this internal combustion engine, the fuel metering is controlled by means of a so-called common rail system. However, the procedure according to the invention is not limited to these systems and can generally. can also be used in other internal combustion engines.

Mit 100 ist die Brennkraftmaschine bezeichnet, der über eine Ansaugleitung 102 Frischluft zugeführt wird und die über eine Abgasleitung 104 Abgase abgibt. In der Abgasleitung 104 ist ein Abgasnachbehandlungsmittel 110 angeordnet, von dem die gereinigten Abgase über die Leitung 106 in die Umgebung gelangen. Das Abgasnachbehandlungsmittel 110 umfasst im Wesentlichen einen Vorkatalysator 112 und stromabwärts einen Partikelfilter 114. Vorzugsweise zwischen dem Vorkatalysator 112 und dem Filter 114 ist ein Temperatursensor 124 angeordnet, der ein Temperatursignal ,T' bereitstellt. Vor dem Vorkatalysator 112 und hinter dem Partikelfilter 114 sind jeweils Sensoren 120a und 120b vorgesehen. Diese Sensoren wirken insgesamt als Differenzdrucksensor 120 und stellen ein Differenzdrucksignal ,DP' bereit, das den Differenzdruck zwischen Eingang und Ausgang des Abgasnachbehandlungsmittels charakterisiert.With 100 the internal combustion engine is called, which has an intake line 102 Fresh air is supplied and via an exhaust pipe 104 Exhaust fumes. In the exhaust pipe 104 is an exhaust gas aftertreatment agent 110 arranged, from which the cleaned exhaust gases via the line 106 get into the environment. The exhaust aftertreatment agent 110 essentially comprises a pre-catalyst 112 and a particle filter downstream 114 , Preferably between the pre-catalyst 112 and the filter 114 is a temperature sensor 124 arranged, which provides a temperature signal, T '. Before the pre-catalyst 112 and behind the particle filter 114 are sensors 120a and 120b intended. Overall, these sensors act as a differential pressure sensor 120 and provide a differential pressure signal, DP ', which characterizes the differential pressure between the inlet and outlet of the exhaust gas aftertreatment agent.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Sensor 125 vorgesehen, der ein Signal liefert, das die Sauerstoffkonzentration im Abgas charakterisiert. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass diese Größe ausgehend von anderen Messwerten berechnet oder mittels einer Simulation bestimmt wird. Der Brennkraftmaschine 100 wird über eine Kraftstoffzumesseinheit 140 Kraftstoff zugemessen. Diese misst über Injektoren 141, 142, 143 und 144 den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine 100 Kraftstoff zu. Vorzugsweise handelt es sich bei der Kraftstoffzumesseinheit um ein sogenanntes Common-Rail-System. Eine Hochdruckpumpe fördert Kraftstoff in einen Druckspeicher. Vom Speicher gelangt der Kraftstoff über die Injektoren in die Brennkraftmaschine.In a particularly advantageous embodiment, there is a sensor 125 provided that provides a signal that characterizes the oxygen concentration in the exhaust gas. As an alternative or in addition, it can be provided that this variable is calculated on the basis of other measured values or is determined by means of a simulation. The internal combustion engine 100 is via a fuel metering unit 140 Fuel metered. This measures via injectors 141 . 142 . 143 and 144 the individual cylinders of the internal combustion engine 100 Fuel too. The fuel metering unit is preferably a so-called common rail system. A high pressure pump delivers fuel to an accumulator. The fuel reaches the internal combustion engine via the injectors.

An der Kraftstoffzumesseinheit 140 sind verschiedene Sensoren 151 angeordnet, die Signale bereitstellen, die den Zustand der Kraftstoffzumesseinheit charakterisieren. Hierbei handelt es sich bei einem Common-Rail-System bspw. um den Druck ,P' im Druckspeicher. An der Brennkraftmaschine 100 sind ferner Sensoren 152 angeordnet, die den Zustand der Brennkraftmaschine charakterisieren. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um einen Drehzahlsensor, der ein Drehzahlsignal ,N' bereitstellt und um weitere Sensoren, die hier nicht dargestellt sind.At the fuel metering unit 140 are different sensors 151 arranged, which provide signals that characterize the state of the fuel metering unit. In the case of a common rail system, this is, for example, the pressure "P" in the pressure accumulator. On the internal combustion engine 100 are also sensors 152 arranged, which characterize the state of the internal combustion engine. This is preferably a speed sensor that provides a speed signal, N 'and other sensors that are not shown here.

Die Ausgangssignale dieser Sensoren gelangen zu einer Steuerung 130, die aus einer ersten Teilsteuerung 132 und einer zweiten Teilsteuerung 134 zusammengesetzt ist. Vor zugsweise bilden die beiden Teilsteuerungen eine bauliche Einheit. Die erste Teilsteuerung 132 steuert vorzugsweise die Kraftstoffzumesseinheit 140 mit Ansteuersignalen ,AD', die die Kraftstoffzumessung beeinflussen, an. Hierzu beinhaltet die erste Teilsteuerung 132 eine Kraftstoffmengensteuerung 136. Diese liefert ein Signal ,NW', das die einzuspritzende Menge charakterisiert, an die zweite Teilsteuerung 134.The output signals from these sensors go to a controller 130 that from a first partial control 132 and a second partial control 134 is composed. Before preferably the two sub-controls form a structural unit. The first partial control 132 preferably controls the fuel metering unit 140 with control signals, AD ', which influence the fuel metering. For this purpose, the first partial control includes 132 a fuel quantity control 136 , This supplies a signal 'NW', which characterizes the quantity to be injected, to the second partial control 134 ,

Die zweite Teilsteuerung 134 steuert vorzugsweise das Abgasnachbehandlungssystem und erfasst hierzu die entsprechenden Sensorsignale. Des Weiteren tauscht die zweite Teilsteuerung 134 Signale, insbesondere die eingespritzte Kraftstoffmenge ,ME', mit der ersten Teilsteuerung 132 aus. Vorzugsweise nutzen die beiden Teilsteuerungen gegenseitig die Sensorsignale und die internen Signale.The second partial control 134 preferably controls the exhaust gas aftertreatment system and for this purpose detects the corresponding sensor signals. Furthermore, the second partial control swaps 134 Signals, in particular the injected fuel quantity, ME ', with the first partial control 132 out. Preferably, the two partial controls mutually use the sensor signals and the internal signals.

Die erste Teilsteuerung, die auch als Motorsteuerung 132 bezeichnet wird, stellt ein Ansteuersignal ,AD' zur Ansteuerung der Kraftstoffzumesseinheit 140 bereit, und zwar abhängig von verschiedenen Signalen, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 100, den Zustand der Kraftstoffzumesseinheit 140 und die Umgebungsbedingung charakterisieren. Dabei kann auch ein Signal berücksichtigt werden, welches die von der Brennkraftmaschine gewünschte Leistung und/oder Drehmoment charakterisiert. Solche Einrichtungen sind bekannt und vielfältig eingesetzt.The first partial control, which is also called an engine control 132 a control signal, AD 'for controlling the fuel metering unit 140 ready, depending on various signals that indicate the operating state of the internal combustion engine 100 , the state of the fuel metering unit 140 and characterize the environmental condition. Here, a signal can also be taken into account, which characterizes the power and / or torque desired by the internal combustion engine. Such devices are known and used in a variety of ways.

Insbesondere bei Dieselbrennkraftmaschinen können Partikelemissionen im Abgas auftreten. Hierzu ist vorgesehen, dass die Abgasnachbehandlungsmittel 110 diese aus dem Abgas herausfiltern. Durch diesen Filtervorgang sammeln sich in dem Partikelfilter 114 Abgaspartikel an. Diese Partikel werden dann in bestimmten Betriebszuständen und/oder nach Ablauf bestimmter Zeiten verbrannt, um den Partikelfilter zu reinigen. Hierzu ist üblicherweise vorgesehen, dass zur Regeneration des Filters 114 die Temperatur im Abgasnachbehandlungsmittel 110 soweit erhöht wird, dass die Partikel verbrennen.Particle emissions can occur in the exhaust gas, especially in diesel engines. For this purpose, it is provided that the exhaust gas aftertreatment agent 110 filter them out of the exhaust gas. This filtering process collects in the particle filter 114 Exhaust gas particles. These particles are then burned in certain operating states and / or after certain times have elapsed in order to clean the particle filter. For this purpose, it is usually provided that the filter is regenerated 114 the temperature in the exhaust gas treatment agent 110 is increased so far that the particles burn.

Zur Temperaturerhöhung ist der Vorkatalysator 112 vorgesehen. Die Temperaturerhöhung erfolgt bspw. dadurch, dass der Anteil an unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgas erhöht wird. Diese unverbrannten Kohlenwasserstoffe reagieren dann in dem Vorkatalysator 112 und erhöhen dadurch dessen Temperatur und damit auch die Temperatur des Abgases, das in den Filter 114 gelangt. Diese Temperaturerhöhung des Vorkatalysators und der Abgastemperatur erfordert einen erhöhten Kraftstoffverbrauch und soll daher nur dann durchgeführt werden, wenn dies erforderlich ist, d.h. der Filter 114 mit einem gewissen Anteil von Partikeln beladen ist.The pre-catalyst is used to increase the temperature 112 intended. The temperature is increased, for example, by increasing the proportion of unburned hydrocarbons in the exhaust gas. These unburned hydrocarbons then react in the pre-catalyst 112 and thereby increase its temperature and thus the temperature of the exhaust gas that enters the filter 114 arrives. This temperature increase of the pre-catalytic converter and the exhaust gas temperature requires an increased fuel consumption and should therefore only be carried out when this is necessary, ie the filter 114 is loaded with a certain proportion of particles.

Eine Möglichkeit, den Beladungszustand des Partikelfilters zu erkennen, besteht darin, den Differenzdruck ,DP' zwischen Eingang und Ausgang des Abgasnachbehandlungsmittels zu erfassen und ausgehend von diesem den Beladungszustand zu ermitteln. Dies erfordert einen Differenzdrucksensor 120. Ausgehend von verschiedenen Größen, insbesondere der Drehzahl ,N' und der eingespritzten Kraftstoffmenge ,NM', wird die erwartete Partikelemission bestimmt und dadurch der Beladungszustand simuliert. Wird ein entsprechender Beladungszustand erreicht, wird durch Ansteuerung der Kraftstoffzumesseinheit 140 die Regeneration des Filters 114 durchgeführt.One way of recognizing the loading condition of the particle filter is to record the differential pressure 'DP' between the inlet and outlet of the exhaust gas aftertreatment agent and to determine the loading condition on the basis thereof. This requires a differential pressure sensor 120 , The expected particle emission is determined on the basis of various variables, in particular the speed, N 'and the injected fuel quantity, NM', thereby simulating the loading condition. If a corresponding loading condition is reached, the fuel metering unit is activated 140 the regeneration of the filter 114 carried out.

Anstelle der Drehzahl ,N' und der eingespritzten Kraftstoffmenge ,ME' können auch andere Signale, die diese Größe charakterisieren, verwendet werden. So kann bspw. das Ansteuersignal, insbes. die Ansteuerdauer für die Injektoren und/oder eine Momentengröße, als Kraftstoffmenge ,ME' verwendet werden.Instead of the speed, N 'and the injected Fuel quantity, ME 'can also other signals that characterize this quantity be used. For example, the control signal, in particular the Control duration for the injectors and / or a torque variable are used as fuel quantity, ME '.

Neben der eingespritzten Kraftstoffmenge ,NM' und der Drehzahl ,N' wird auch die Temperatur ,T' im Abgasnachbehandlungssystem zur Berechnung des Beladungszustandes verwendet. Hierzu wird vorzugsweise der Sensor 124 eingesetzt. Die so berechnete Größe für den Beladungszustand wird dann zur Steuerung des Abgasnachbehandlungssystems verwendet, d.h. abhängig von dem Beladungszustand wird dann die Regeneration über die Temperaturerhöhung eingeleitet.In addition to the amount of fuel injected, NM 'and the speed, N', the temperature, T 'in the exhaust gas aftertreatment system is also used to calculate the loading condition. For this purpose, the sensor is preferably used 124 used. The quantity for the load state calculated in this way is then used to control the exhaust gas aftertreatment system, ie, depending on the load state, the regeneration is then initiated via the temperature increase.

Ein im Stand der Technik bekanntes Verfahren zur Ermittlung des Beladungszustandes eines Partikelfilters ist in der 2 als Blockdiagramm dargestellt. Der Beladungszustand charakterisiert letztlich den Zustand des Abgasnachbehandlungssystems. Bereits in der 1 beschriebene Elemente werden mit entsprechenden Bezugszeichen referiert.A method known in the prior art for determining the loading state of a particle filter is shown in US Pat 2 shown as a block diagram. The state of loading ultimately characterizes the state of the exhaust gas aftertreatment system. Already in the 1 elements described are referenced with corresponding reference numerals.

Einem Grundkennfeld 200 werden die Ausgangssignale N eines Drehzahlsensors 152, eine Größe ,NM` der Kraftstoffzumesssteuerung 136, welche die eingespritzte Kraftstoffmenge kennzeichnet, und/oder eine Größe, welche die Sauerstoffkonzentration cha rakterisiert, zugeleitet. Vorzugsweise wird die Größe, welche die Sauerstoffkonzentration charakterisiert, mittels eines Sensors oder einer Berechnung 125 vorgegeben.A basic map 200 become the output signals N of a speed sensor 152 , a quantity, NM` of the fuel metering control 136 , which characterizes the amount of fuel injected, and / or a quantity which characterizes the oxygen concentration. The variable which characterizes the oxygen concentration is preferably determined by means of a sensor or a calculation 125 specified.

Das Grundkennfeld 200 beaufschlagt einen ersten Verknüpfungspunkt 205 mit einer Größe ,GR', die den Grundwert des Partikelausstoßes charakterisiert. Der erste Verknüpfungspunkt 205 beaufschlagt einen zweiten Verknüpfungspunkt 210 mit einem Signal, der wiederum einen Integrator 220 mit einer Größe ,KR', die den Partikelzuwachs im Filter 114 charakterisieren, beaufschlagt. Der Integrator 220 iefert eine Größe ,B', die den Zustand des Abgasnachbehandlungssystems charakterisiert. Diese Größe ,B' entspricht dem Beladungszustand des Filters 114 und wird der Steuerung 130 zur Verfügung gestellt.The basic map 200 applies a first connection point 205 with a size, GR ', which characterizes the basic value of the particle emission. The first link point 205 applies a second connection point 210 with a signal that in turn is an integrator 220 with a size, KR ', which indicates the particle increase in the filter 114 characterize, acted upon. The integrator 220 delivers a quantity, B ', which characterizes the state of the exhaust gas aftertreatment system. This size, B 'corresponds to the loading condition of the filter 114 and becomes the controller 130 made available.

Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 205 liegt das Ausgangssignal einer ersten Korrektur 230, der das Ausgangssignal verschiedener Sensoren 235 zugeleitet wird. Die Sensoren 235 liefern Signale, die insbesondere die Umgebungsbedingung charakterisieren. Dies sind z.B. die Kühlwassertemperatur 'TW', die Lufttemperatur und der Luftdruck ,PL'. Dem zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 210 wird über ein Schaltmittel 245 das Ausgangssignal einer zweiten Korrektur 240 zugeleitet. Der zweiten Korrektur 240 wird das Ausgangssignal ,T' des Sensors 124 zugeleitet.At the second input of the connection point 205 is the output signal of a first correction 230 which is the output signal of various sensors 235 is forwarded. The sensors 235 provide signals that characterize the environmental conditions in particular. These are, for example, the cooling water temperature 'TW', the air temperature and the air pressure, PL '. The second input of the connection point 210 is via a switching means 245 the output signal of a second correction 240 fed. The second correction 240 becomes the output signal, T 'of the sensor 124 fed.

In dem Grundkennfeld 200 sind, abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine, insbesondere charakterisiert durch die Drehzahl ,N', die eingespritzte Kraftstoffmenge ,NM' und/oder einer Größe, welche die Sauerstoffkonzentration charakterisiert, der Grundwert ,GR' der Partikelemission abgelegt. Neben diesen Größen können noch weitere Größen berücksichtigt werden. Anstelle der Menge ,NM' kann auch eine Größe verwendet werden, welche die Menge an eingespritztem Kraftstoff charakterisiert.In the basic map 200 are, depending on the operating state of the internal combustion engine, in particular characterized by the rotational speed, N ', the amount of fuel injected, NM' and / or a quantity which characterizes the oxygen concentration, the basic value, GR 'of the particle emission. In addition to these sizes, other sizes can also be taken into account. Instead of the quantity 'NM', a quantity can also be used which characterizes the quantity of fuel injected.

In dem ersten Verknüpfungspunkt 205 wird dieser Wert abhängig von der Temperatur des Kühlwassers und der Umgebungsluft sowie dem Atmosphärendruck korrigiert. Diese Korrektur berücksichtigt deren Einfluß auf den Partikelausstoß der Brennkraftmaschine 100. In dem zweiten Verknüpfungspunkt 210 wird der Einfluss der Temperatur des Katalysators berücksichtigt. Die Korrektur berücksichtigt, dass ab einer bestimmten Temperatur ,T1' die Partikel in dem Filter nicht abgelagert, sondern unmittelbar in unschädliche Bestandteile umgesetzt werden. Unterhalb dieser Temperatur ,T1' erfolgt keine Umsetzung und die Partikel werden alle im Filter abgelagert. Die zweite Korrektur 240 gibt, abhängig von der Temperatur ,T' des Abgasnachbehandlungsmittels 110, einen Faktor ,F' vor, mit dem die Grundemission ,GR' vorzugsweise multipliziert wird.In the first link point 205 this value is corrected depending on the temperature of the cooling water and the ambient air as well as the atmospheric pressure. This correction takes into account their influence on the particle emission of the internal combustion engine 100 , In the second tie point 210 the influence of the temperature of the catalyst is taken into account. The correction takes into account that from a certain temperature, T1 ', the particles are not deposited in the filter, but are immediately converted into harmless components. No conversion takes place below this temperature, T1 'and the particles are all deposited in the filter. The second correction 240 there, depending on the temperature, T 'of the exhaust gas aftertreatment agent 110 , a factor 'F' by which the base emission, GR 'is preferably multiplied.

Der in der 3 schematisch dargestellte Partikelfilter wird bei der erfindungsgemäßen Modellierung in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in Längsrichtung in l + 1 vorzugsweise gleichlange Segmente aufgeteilt. Diese Segmente werden zunächst einzeln in Bezug auf die Partikelausfilterung von vorzugsweise Rußpartikeln modelliert bzw. simuliert. Eine für diese Modellierung (Simulation) erforderliche Größe ist der in den Partikelfilter insgesamt einströmende Partikelmassenstrom dm/dt (entspricht der vorgenannten Größe ,KR'), wobei m die Partikelmasse ist. Dieser Partikelmassenstrom wird maßgeblich bestimmt durch den Ablauf der Verbrennung, vorliegend im Dieselmotor, und kann in an sich bekannter Weise aus einer Partikelfiltersimulation ermittelt werden. Unter der in erster Näherung sicherlich erfüllten Annahme, dass der einströmende Partikelmassenstrom von dem Partikelfilter zu 100% ausgefiltert wird, d.h. am Ausgang des Partikelfilters keine Partikel mehr ausströmen, wird der einstömende Partikelmassenstrom auf die einzelnen Segmente des Partikelfilters verteilt. Aufgrund dieser Verteilung ergibt sich entlang der Segmente eine Partikelverteilung wie bspw. in den 4a und 4b gezeigt.The Indian 3 schematically represented particle filter is in the modeling according to the invention in a preferred embodiment in Longitudinal direction in 1 + 1 preferably divided segments of equal length. These segments are first individually modeled or simulated with respect to the particle filtering of preferably soot particles. A size required for this modeling (simulation) is the total particle mass flow dm / dt flowing into the particle filter (corresponds to the aforementioned size, KR '), where m is the particle mass. This particle mass flow is largely determined by the course of the combustion, in the present case in the diesel engine, and can be determined in a manner known per se from a particle filter simulation. Assuming the assumption that the incoming particle mass flow is 100% filtered out by the particle filter, ie no more particles are flowing out at the outlet of the particle filter, the incoming particle mass flow is distributed to the individual segments of the particle filter. This distribution results in a particle distribution along the segments, such as in the 4a and 4b shown.

Die Partikelverteilung wird im Rahmen der Modellierung durch eine lineare, in der Summe aller Segmente auf 1 normierte Verteilungsfunktion V(k) berücksichtigt, wobei k ein Segmentindex ist, der von 0 bis lläuft. Mittels der Verteilungsfunktion V(k) berechnet sich der Partikelmassenstrom dm/dt eines einzelnen Segments k gemäß dm/dt(k) = V(k)·dm/dt.The particle distribution is in the frame the modeling by a linear, in the sum of all segments distribution function V (k) normalized to 1, where k is a segment index that runs from 0 to 11. The particle mass flow is calculated using the distribution function V (k) dm / dt of a single segment k according to dm / dt (k) = V (k) · dm / dt.

In einem betrachteten Zeitschritt wird die in jedes Segment k einströmende Partikelmasse dm/dt(k) aufsummiert. Daraus ergibt sich insgesamt die Verteilung der Partikelmasse in Strömungsrichtung m(k). Für jedes Segment wird daraus über eine in an sich bekannter Weise vorberechnete Kennlinie ein Wert für den Strömungswiderstand R(k) abgeleitet. Aus den Strömungswiderständen R(k) der einzelnen Segmente wird mittels einer Gewichtungsfunktion w(k) gemäß nachfolgender Formel ein resultierender Gesamtströmungswiderstand R berechnet.In one considered time step the particle mass dm / dt (k) flowing into each segment k summed up. This results in the overall distribution of the particle mass in the direction of flow m (k). For each segment is made from it a characteristic curve precalculated in a manner known per se is a value for the flow resistance R (k) derived. From the flow resistances R (k) of the individual segments is calculated using a weighting function w (k) according to the following Formula a resulting total flow resistance R is calculated.

Kappa = Σ[w(k)/R(k)] (1),wobei die Summe über sämtliche Segmente k = 0 bis 1 läuft. Die Gewichtungsfunktion w(k) besitzt die Einheit mbar/(m^3/h). Kappa = Σ [w (k) / R (k)] (1), the sum running over all segments k = 0 to 1. The weighting function w (k) has the unit mbar / (m ^ 3 / h).

Es ist anzumerken, dass durch geeignete Wahl der Gewichtungsfunktion w(k) mit positiven und negativen Werten erreicht werden kann, dass Kappa positive bzw. negative Werte annimmt.It should be noted that by appropriate choice the weighting function w (k) with positive and negative values can be achieved that Kappa takes positive or negative values.

Aus der durch die vorbeschriebene Modellierung ermittelten, d.h. aus der räumlichen Verteilung der Partikelmasse in Längsrichtung des Partikelfilters bestimmten Korrekturgröße Kappa, wird in dem Ausführungsbeispiel gemäß der Gleichung R_Ungleich = R_Gleich·(1 + Kappa) (2)der korrigierte Strömungswiderstand R_ngleich aufgrund der Ungleichverteilung der Partikel in Längsrichtung des Partikelfilters berechnet.In the exemplary embodiment according to the equation, the correction variable Kappa determined by the above-described modeling, ie determined from the spatial distribution of the particle mass in the longitudinal direction of the particle filter, becomes R_Unqual = R_Equal · (1 + Kappa) (2) the corrected flow resistance R_nleich is calculated on the basis of the uneven distribution of the particles in the longitudinal direction of the particle filter.

Alternativ oder zusätzlich zum Strömungswiderstand kann auch die im Partikelfilter akkumulierte Partikelmasse mit hoher Präzision bestimmt werden. Der mittels der genannten Größen präziser bestimmbare Beladungszustand des Partikelfilters kann in an sich bekannter Weise zur verbesserten Steuerung des Dieselmotors verwendet werden.Alternatively or in addition to flow resistance can also the particle mass accumulated in the particle filter with high precision be determined. The load state that can be determined more precisely by means of the above-mentioned variables the particle filter can be improved in a manner known per se Control of the diesel engine can be used.

Anhand der 4a und 4b soll die Berechnung der genannten Partikelverteilungsfunktion V(k) in größerem Detail beschrieben werden. In dem vorliegenden Beispiel ist der Partikelfilter in acht Segmente unterteilt. Der Modellierung liegen dabei vier Zeitschritte zugrunde. Wie aus der 4a zu ersehen, tritt in jedem dieser Zeitschritte eine bestimmte, durch senkrechte Balken dargestellte Partikelmasse in den Partikelfilter ein. Hierbei ist angenommen, dass die Höhe der einströmenden Partikelmasse zu den verschiedenen Zeitpunkten entsprechend der verschiedenen Balkengrößen unterschiedlich ist. Aufgrund der in jedem Zeitschritt neu berechneten Verteilungsfunktion V(k) ergibt sich nach Ablauf der vier Zeitschritte die in der 4b gezeigte Partikelverteilung m(0) bis m(7) über die einzelnen Segmente. Die Partikelanteile aus den einzelnen, durch die Balken repräsentierten einströmenden Partikelmassen sind aus dem Verteilungsdiagramm in der 4a entnehmbar.Based on 4a and 4b the calculation of the aforementioned particle distribution function V (k) will be described in greater detail. In the present example, the particle filter is divided into eight segments. The modeling is based on four time steps. As from the 4a can be seen, in each of these time steps a certain particle mass represented by vertical bars enters the particle filter. It is assumed here that the height of the inflowing particle mass at the different times is different according to the different bar sizes. Due to the distribution function V (k) recalculated in each time step, after the four time steps have elapsed, the result in the 4b Particle distribution shown m (0) to m (7) over the individual segments. The particle proportions from the individual inflowing particle masses represented by the bars are from the distribution diagram in FIG 4a removable.

Die vorbeschriebene Vorrichtung sowie das Verfahren werden bevorzugt als Steuerprogramm in ein Motorsteuergerät eines Kraftfahrzeuges implementiert. Neben dem vorbeschriebenen Dieselmotor kann die Erfindung dabei allerdings auch in Benzinmotoren, insbesondere solchen mit einer Benzin-Direkteinspritzung, mit den genannten Vorteilen eingesetzt werden. Es versteht sich, dass die Prinzipien der Erfindung auch außerhalb der Kraftfahrzeugtechnik auf anderen Gebieten, in denen Partikelfilter der eingangs beschriebenen An zum Einsatz kommen, wie bspw. bei Wasser- oder Luftfahrzeugen oder sogar bei Nicht-Fahrzeugen wie bspw. Verbrennungsanlagen, vorteilhaft einsetzbar sind.The device described above as well the method is preferably used as a control program in an engine control unit Motor vehicle implemented. In addition to the diesel engine described above however, the invention also in petrol engines, in particular those with a direct petrol injection, with the advantages mentioned be used. It is understood that the principles of the invention also outside automotive engineering in other areas where particle filters the An described at the beginning are used, such as Water or aircraft or even non-vehicles such as For example, incinerators can be used advantageously.

Claims (8)

Verfahren zum Betrieb einer einen Partikelfilter aufweisenden Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeuges, wobei wenigstens eine für den Beladungszustand des Partikelfilters charakteristische Größe aus Betriebskenngrößen des Partikelfilters ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Verteilung von Abgaspartikeln im Wesentlichen in Längsrichtung des Partikelfilters modelliert und mittels der modellierten räumlichen Verteilung der Abgaspartikel eine Korrektur der charakteristischen Größe durchgeführt wird.Method for operating an exhaust gas aftertreatment device of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, having a particle filter, wherein at least one parameter characteristic of the loading condition of the particle filter is determined from operating parameters of the particle filter, characterized in that the spatial distribution of exhaust gas particles is modeled essentially in the longitudinal direction of the particle filter and by means of the modeled spatial distribution of the exhaust gas particles a correction of the characteristic size is carried out. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die für den Beladungszustand des Partikelfilters charakteristische Größe durch die im Partikelfilter aggregierte Partikelmasse oder durch das aggregierte Partikelvolumen oder durch den Strömungswiderstand des Partikelfilters gebildet wird.A method according to claim 1, characterized in that the for the loading state of the Particle filter characteristic size is formed by the particle mass aggregated in the particle filter or by the aggregated particle volume or by the flow resistance of the particle filter. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur der charakteristischen Größe linear gemäß der Beziehung R_Ungleich = R_Gleich·(1 + Kappa) erfolgt, wobei R_Gleich die charakteristische Größe bei angenommener Gleichverteilung von Partikeln im Partikelfilter, R_Ungleich die charakteristische Größe bei angenommener Ungleichverteilung von Partikeln und Kappa eine Korrekturgröße darstellen.A method according to claim 1 or 2, characterized in that that the correction of the characteristic quantity is linear according to the relationship R_Unqual = R_equal · (1 + Kappa), where R_Gleich is the characteristic size when assumed Uniform distribution of particles in the particle filter, R_Unqual the characteristic size with assumed Unequal distribution of particles and kappa represent a correction factor. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Modellierung der Partikelfilter in Längsrichtung in Segmente unterteilt wird, der auf die einzelnen Segmente einströmende Partikelmassenstrom oder Partikelvolumenstrom mittels einer Verteilungsfunktion verteilt wird und dass zu einem betrachteten Zeitpunkt die in jedes Segment einströmende Partikelmasse oder Partikelvolumen aufsummiert wird, um die Verteilung der Parti kelmasse oder des Partikelvolumens im Partikelfilter in der Strömungsrichtung des Partikelstromes zu ermitteln.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized that when modeling the particle filter in longitudinal direction is divided into segments, the mass flow of particles flowing onto the individual segments or particle volume flow distributed by means of a distribution function and that at a given point in time in each segment incoming Particle mass or particle volume is added up to the distribution the particle mass or the particle volume in the particle filter the direction of flow to determine the particle flow. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem für jedes Segment ermittelten Partikelvolumenstrom oder Partikelmassenstrom mittels einer für das jeweilige Partikelfiltermaterial charakteristischen Kennlinie der Strömungswiderstand eines einzelnen Segments des Partikelfilters berechnet wird.A method according to claim 4, characterized in that out of for particle volume flow or particle mass flow determined by means of one for the characteristic curve of the respective particle filter material the flow resistance of a single segment of the particle filter is calculated. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus der sich aus den einzelnen Segmenten ergebenden Verteilung des Strömungswiderstandes in Längsrichtung des Partikelfilters mittels einer Gewichtungsfunktion über die Segmente ein über die Gesamtlänge des Partikelfilters sich ergebender Gesamtströmungswiderstand berechnet wird.A method according to claim 5, characterized in that from the distribution resulting from the individual segments the flow resistance longitudinal of the particle filter by means of a weighting function over the Segments one over the overall length of the particle filter resulting total flow resistance is calculated. Vorrichtung zum Betrieb einer einen Partikelfilter aufweisenden Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit Mitteln zur Berechnung wenigstens einer für den Beladungszustand des Partikelfilters charakteristischen Größe aus Betriebskenngrößen des Partikelfilters, gekennzeichnet durch Rechenmittel zur Modellierung der räumlichen Verteilung von Abgaspartikeln im Wesentlichen in Längsrichtung des Partikelfilters und zur Durchführung einer Korrektur der charakteristischen Größe mittels der modellierten räumlichen Verteilung der Abgaspartikel.Device for operating a particle filter having exhaust gas aftertreatment device of an internal combustion engine in particular a motor vehicle, with means for calculation at least one for the loading condition of the particle filter characteristic size from operating parameters of the Particle filter, characterized by computing means for modeling the spatial Distribution of exhaust gas particles essentially in the longitudinal direction of the particle filter and to carry out a correction of the characteristic Size by means of modeled spatial Distribution of the exhaust gas particles. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenmittel zur Modellierung der räumlichen Verteilung von Abgaspartikeln in Längsrichtung des Partikelfilters nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet sind.Apparatus according to claim 7, characterized in that the computing means for modeling the spatial distribution of exhaust gas particles longitudinal of the particle filter by the method according to any one of claims 1 to 6 are formed.
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