DE60119942T2

DE60119942T2 - Regelungsverfahren eines partikelfilters für eine brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE60119942T2
Application number: DE60119942T
Authority: DE
Inventors: Laurent Leprieur; Olivier Meurisse; Jean-Michel Trichard
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2000-09-27
Filing date: 2001-09-27
Publication date: 2006-12-21
Anticipated expiration: 2021-09-28
Also published as: FR2814498A1; EP1320668A1; DE60119942D1; EP1320668B1; FR2814498B1; WO2002027162A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verfahren zur Steuerung eines Partikelfilters.
Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere Verfahren zur Steuerung eines Partikelfilters, mit dem die Abgasleitung eines Verbrennungsmotors ausgestattet ist.
Die Normen bezüglich Verschmutzung und Verbrauch der Verbrennungsmotoren, mit denen insbesondere Automobil- oder Straßenfahrzeuge ausgestattet sind, werden in der Gesamtheit der Industriestaaten mit jedem Tag strenger. Die Automobilindustrie ist folglich heutzutage auf der Suche nach technischen Lösungen, um diesen Anforderungen gerecht zu werden, und dies, ohne weder die Leistungen der Motoren noch deren Gestehungskosten zu stark zu benachteiligen.
Unter den bekannten Systemen zur Eliminierung der durch die Verbrennungsmotoren und insbesondere durch die Dieselmotoren ausgestoßenen Rußpartikel können die Partikelfilter genannt werden, die in die Abgasleitungen der Motoren eingefügt sind. Diese Filter sind dazu ausgelegt, die in den Abgasen enthaltenen Rußpartikel einzufangen. Gesteuerte Regenerationsvorrichtungen erlauben es, die in den Filtern gefangenen Partikel regelmäßig zu verbrennen und eine Verstopfung dieser letzteren zu vermeiden.
In der Tat verbrennen die Rußpartikel bei Temperaturen um die 550 bis 600° C. Solche Wärmebereiche werden durch die Abgase eines Dieselmotors eines Automobils nur selten erreicht, da beispielsweise in der Stadt die Temperatur der Abgase sich zwischen 150 und 250° bewegt. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit, über angemessene Mittel zu verfügen, um die Temperatur der Gase zu erhöhen, wenn man wünscht, einen solchen Partikelfilter zu regenerieren.
Verschiedene Systeme wurden vorgeschlagen. Systeme, bei denen die Erwärmung über einen elektrischen Widerstand erfolgt, insbesondere Heizgitter, ermöglichen es, die Temperatur der Abgase auf einen Wert zu bringen, der ausreicht, um die Verbrennung der Partikel im Filter auszulösen.
Andere Systeme schlagen vor, die Temperatur der Abgase durch Einspritzung einer zusätzlichen Treibstoffmenge in wenigstens eine der Verbrennungskammern in der Form einer Nacheinspritzung zu erhöhen, d.h., dass, nachdem die für den Normalbetrieb des Motors erforderliche Treibstoffmenge eingespritzt wurde, in einem zweiten Schritt eine zusätzliche Menge an Treibstoff eingespritzt wird. Ein Teil dieser zusätzlichen Treibstoffmenge entzündet sich, wobei er eine Erhöhung der Temperatur der Abgase verursacht, und der Rest dieser Menge wird in Teiloxidationsprodukte wie beispielsweise Kohlenstoffmonoxid CO und die Kohlenwasserstoffe HC umgewandelt.
Dieses Monoxid und diese Kohlenwasserstoffe können ebenfalls an der Erhöhung der Temperatur der Abgase teilhaben, indem sie über exothermische Reaktionen reagieren, bevor sie den Partikelfilter erreichen. Die exothermischen Reaktionen ergeben sich beim Durchqueren eines Oxidationskatalysators, der stromaufwärts des Partikelfilters angeordnet ist.
Im Übrigen ist es ebenfalls bekannt, um den für die Verbrennung der Rußpartikel erforderlichen Energieverbrauch zu minimieren, die Verbrennungstemperatur des Rußes zu verringern, indem man angemessene Katalysatoren verwendet. So ist es bekannt, dem Treibstoff ein Additiv wie beispielsweise eine organischmetallische Verbindung beizufügen. Dieses in den Treibstoff gemischte Additiv findet sich in den Rußpartikeln wieder, was es ihm erlaubt, während der Verbren nung der Rußpartikel eine katalytische Rolle zu spielen und die Zündtemperatur der letzteren zu verringern.
Der Einsatz dieser verschiedenen Systeme zur Regenerationshilfe wird durch ein elektronisches Steuersystem gesteuert, welches den Zeitpunkt der Initiierung der Regenerationsphasen in Abhängigkeit einer bestimmten Anzahl Parameter und insbesondere der Beladung des Partikelfilters festlegt.
So offenbart das Dokument FR-A-2.774.421 ein solches System zur Steuerung des Betriebs eines Partikelfilters, der einem Dieselmotor, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, zugeordnet ist, und es beschreibt, wie der Einsatz der Mittel zur Regenerationshilfe ausgelöst wird, sobald die Rußmasse im Filter größer als ein Schwellenwert ist, wobei diese Rußmasse anhand der Messung des Ladungsverlustes an den Anschlüssen des Partikelfilters und der Betriebsbedingungen des Motors bestimmt wird.
Die Kenntnis der Masse des gefangenen Rußes ist in der Tat eine wesentliche Angabe zur Steuerung der Mittel zur Regenerationshilfe. Wenn das Rußniveau zu niedrig ist, ist es sehr schwierig, diese zu verbrennen, und wenn diese Masse zu groß ist, besteht die Gefahr, dass die stark exothermische Verbrennung des Rußes den Filter zerstört.
Der Einsatz der Regenerationsmittel bringt einen relativ beträchtlichen Mehrverbrauch an Treibstoff mit sich, und es ist daher angebracht, diesen Einsatz auf ein striktes Minimum einzustellen. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, insbesondere die Effizienz der vorangehenden Regenerationsphase zu kennen, d.h. das Verhältnis zwischen der Masse an verbrannten Partikeln und der Masse an Partikeln, die sich beim Auslösen der Regenerationsphase im Filter befindet.
In der Tat ist es vorteilhaft, unterschiedliche Bedingungen für die darauffolgende Regenerationsphase vorzusehen, wenn die Regeneration nicht vollständig erfolgt.
Die Partikelmasse kann anhand einer angemessenen mathematischen Behandlung des an den Anschlüssen des Partikelfilters gemessenen Drucks geschätzt werden. Diese Behandlung kann einfach auf einem Vergleich der gemessenen Drücke mit in einem Kennfeld gespeicherten Drücken, das den Druck und die Partikelmasse in Beziehung setzt, basieren.
Bekanntlich hängt aber die Schätzung der Effizienz der Regeneration, d.h. der Partikelmasse, von zahlreichen Parametern ab, insbesondere vom Volumendurchsatz der Abgase in einem Querschnitt des Partikelfilters, vom Betriebspunkt des Motors und von Ungenauigkeiten der Druckmessungen (absolut und differential) in der Abgasleitung des Motors, welche die Schätzung der Partikelmasse im Filter erlauben. So umfasst die Schätzung der Effizienz eine große Anzahl an Parametern, die man nur schwer genau bestimmen kann. Das erzielte Ergebnis ist ungenau und nicht genügend zuverlässig.
Außerdem, wenn der Partikelfilter in einem schlechten Zustand ist, beispielsweise wenn er infolge einer Überhitzung gerissen ist, ist die an seinen Anschlüssen gemessene Druckdifferenz nicht mehr repräsentativ für die in dem Filter gespeicherte Rußmasse. Dementsprechend ist die berechnete Effizienz der Regeneration fehlerhaft. Es ist dann wichtig, den Zustand des Partikelfilters zu berücksichtigen und seine eventuelle Beschädigung zu erfassen.
Es kommt vor, dass die Vorrichtung zur Messung der Beladung des Partikelfilters schlecht funktioniert, und es ist dann wichtig, diese Fehlfunktion zu erfassen.
Mit dem Ziel, diesen Problemen abzuhelfen, schlägt die Erfindung insbesondere vor, die Effizienz der Regeneration des Partikelfilters durch ein Verfahren zur Steuerung des Partikelfilters, das einfach umgesetzt werden kann, genau zu bestimmen.
So schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Partikelfilters vor, mit dem die Abgasleitung eines Verbrennungsmotors ausgestattet ist, durch welches man die Regeneration des Filters durch Verbrennung der Partikel durchführt, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es die Effizienz der Regeneration durch Vergleich des während der Regenerationsphase abgegebenen Energiewertes mit einem der Effizienz der Regeneration entsprechenden Wert bestimmt.
Gemäß anderer Merkmale der Erfindung:

– verändert sich der der Effizienz der Regeneration entsprechende Wert in Abhängigkeit von wenigstens einem Motorparameter, wie beispielsweise die Masse der im Filter gespeicherten Partikel, die Drehzahl des Motors und/oder der Massendurchsatz der Abgase im Partikelfilter;
– wird der der Effizienz der Regeneration entsprechende Wert anhand wenigstens eines Motorparameters durch ein Kennfeld bestimmt;
– wenn die Effizienz der Regeneration größer oder gleich einem ersten Schwellenwert ist, bestimmt es den Wert Rⁿ _f der Endbeladung des Filters mit unverbrennbaren Rückständen durch die Formel: Rn f = Cn f wobei Rⁿ _f die Endbeladung des Filters mit unverbrennbaren Rückständen nach einer n-ten Regenerationsphase des Partikelfilters (14) ist, und Cⁿ _f die Beladung des Partikelfilters im Endzustand nach einer n-ten Regenerationsphase ist;
– bestimmt es den Wert Rⁿ _f der Endbeladung des Filters anhand des durch die im Partikelfilter angesammelten unverbrennbaren Rückstände verursachten Restladungsverlustes, insbesondere durch ein Kennfeld;
– entspricht der erste Schwellenwert einem Regenerationswert des Filters höher oder gleich 75 %.

Gemäß einem anderen erfindungsgemäßen Verfahren umfasst der Verbrennungsmotor eine Vorrichtung zur Messung der Beladung des Partikelfilters, vom Typ, durch welchen man die Regeneration des Filters durch Verbrennung der Partikel durchführt, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Fehlfunktion der Vorrichtung zur Messung der Beladung des Filters erkennt, wenn nach einer Regenerationsphase Cⁿ _f ≥ Cⁿ _i – ΔSschwelle,
wobei Cⁿ _f die Beladung des Partikelfilters im Endzustand nach einer n-ten Regenerationsphase des Partikelfilters ist,
Cⁿ _i die Beladung des Partikelfilters im Anfangszustand vor einer n-ten Regenerationsphase des Partikelfilters ist, und
ΔSschwelle eine Schwelle ist, welche die Minimalmasse an während einer Regenerationsphase des Partikelfilters verbrannten Partikeln darstellt.
Ein weiteres anderes erfindungsgemäßes Verfahren diagnostiziert eine Verschlechterung des Partikelfilters, wenn der Wert der während der Regenerationsphase abgegebenen Energie größer ist als ein vorbestimmter Energiewert.
Gemäß anderer Merkmale der Erfindung:

– wird die während der Regenerationsphase abgegebene Energie anhand einer Schätzung der Temperatur Tabwärtsschätz der Gase am Ausgang des Partikelfilters bestimmt, unter der Annahme, dass in dem Filter keine Verbrennung stattfindet, und indem die geschätzte Temperatur Tabwärtsschätz mit der wirklichen gemessenen Temperatur Tabwärtsmess verglichen wird;
– wird die während der Regenerationsphase abgegebene Energie anhand der folgenden Formel berechnet:
in welcher Qm(t) der Massendurchsatz der den Filter durchquerenden Abgase ist, Cpgas die Wärmekapazität der Abgase ist, i und f der Anfangs- und Endpunkt der Regenerationsphase sind;
– wird die während der Regenerationsphase abgegebene Energie anhand der folgenden Formel berechnet:
in welcher Qm(t) der Massendurchsatz der den Filter durchquerenden Abgase ist, Cpgas die Wärmekapazität der Abgase ist, i und f jeweils der Anfangs- und Endpunkt der Regenerationsphase sind.

Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung offensichtlich, zu deren Verständnis auf die einzige angefügte Figur verwiesen wird, die eine schematische Ansicht eines Verbrennungsmotors ist, der mit einem Partikelfilter ausgerüstet ist, der die Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens erlaubt.
Die einzige Figur zeigt einen Verbrennungsmotor 10, der dazu bestimmt ist, als Ausrüstung z.B. für ein Fahrzeug wie beispielsweise ein Automobil zu dienen. Der Motor 10 in dem veranschaulichten Beispiel ist ein mit einem Turbolader aufgeladener Dieselmotor mit vier in einer Reihe befindlichen Zylindern und mit Kraftstoffdirekteinspritzung.
Der Motor 10 ist mit einer Abgasleitung 12 ausgerüstet, in welcher eine Vorrichtung 14 zur Filterung der ausgestoßenen Rußpartikel eingefügt ist, die Partikelfilter genannt wird.
In herkömmlicher Weise wird der Motor 10 über einen Einlasskreislauf 16 mit Luft versorgt.
Angemessene Sensoren und insbesondere ein Durchsatzmesser 18 sind Teil des Einlasskreislaufs 16, um einem elektronischen Steuersystem oder einem Steuerrechner 20 des Motors Informationen zu liefern, die für den Druck, die Temperatur oder auch den Durchsatz der den Motor versorgenden Einlassluft repräsentativ sind.
Die Einspritzung des Treibstoffs in die Zylinder wird durch nicht dargestellte elektromagnetische Injektoren sichergestellt, die in die Verbrennungskammern münden und durch den Motorsteuerrechner 20 gesteuert werden, anhand eines unter Druck stehenden Treibstoffkreislaufs 22 vom Typ eines Hochdruckversorgungssystems mit gemeinsamer Leitung, das auch „Common Rail" genannt wird.
Am Ausgang des Motors 10 durchqueren die in die Leitung 12 evakuierten Abgase den Partikelfilter 14. Verschiedene Sensoren 24, wie beispielsweise Druck- und Temperatursensoren, die stromaufwärts und stromabwärts des Filters 14 angeordnet sind, liefern dem Motorsteuerrechner 20 entsprechende Informationen. Es ist im Übrigen möglich, die Abgasleitung 12 mit einem Oxidationskatalysator 26 auszurüsten, der die HC- und die CO-Emissionen behandelt und es so ermöglicht, die Erhöhung der Temperatur der Gase durch eine exothermische Oxidationsreaktion zu begünstigen.
Die Sensoren 24 umfassen auch Mittel zur Messung der Beladung des Partikelfilters 14.
Ein Teil der Abgase kann mittels eines EGR-Kreislaufs 28 herkömmlicher Form mit einem Ventil 30, dessen Öffnen durch den Motorrechner 20 gesteuert wird, zurück zum Einlass geleitet werden.
Der Motorsteuerrechner 20 besteht in herkömmlicher Weise aus einem Mikroprozessor oder einer Zentraleinheit CPU, Speichern mit wahlfreiem Zugriff RAM, Festwertspeichern ROM, Analog-digital-Wandlern A/D und verschiedenen Eingangs- und Ausgangschnittstellen.
Der Mikroprozessor des Motorsteuerrechners 20 umfasst elektronische Schaltungen und Software, die dafür geeignet sind, Signale zu verarbeiten, die insbesondere von den verschiedenen Sensoren stammen, daraus die Zustände des Motors abzuleiten und die angemessenen Steuerungssignale zu erzeugen, die insbesondere für die verschiedenen gesteuerten Aktuatoren bestimmt sind.
Der Rechner 20 steuert folglich den Treibstoffdruck im Rail und die Öffnung der Injektoren, und dies anhand der durch die verschiedenen Sensoren gelieferten Informationen, insbesondere der Masse der eingelassenen Luft, der Motordrehzahl sowie gespeicherter Formeln und Kalibrierungen, die es ermöglichen, die erwünschten Verbrauchs- und Leistungswerte zu erreichen. Die Öffnung der Injektoren ist insbesondere durch den Zeitpunkt des Beginns der Einspritzung und die Dauer der Öffnung der Injektoren definiert, eine Dauer, die bei einem gegebenen Versorgungsdruck einer eingespritzten Kraftstoffmenge und dementsprechend einem Gehalt des die Verbrennungskammern füllenden Gemischs entspricht.
Der Rechner 20 ist ebenfalls dafür ausgelegt, die Steuerung des Betriebs des Abgassystems und insbesondere der Regeneration des Partikelfilters 14 sicherzustellen. Er ermöglicht es, die Wärmemenge und/oder die Treibstoffmenge zu bestim men, die stromaufwärts des Partikelfilters 14 zugeführt oder eingespritzt werden muss, um dessen Regeneration zu ermöglichen.
Die Regenerationsphase besteht im Wesentlichen darin, die Temperatur der den Filter 14 durchquerenden Abgase zu erhöhen, um so die gefangenen Partikel zu entzünden.
Verschiedene Heizmittel können eingesetzt werden. Beispielhaft können elektrische Heizwiderstände genannt werden, die im Fluss der Abgase angeordnet sind, oder eine Erhöhung der Temperatur der Abgase durch Nachverbrennung einer zusätzlichen Treibstoffmenge.
Der Rechner 20 ermöglicht es, die optimale Menge an zusätzlicher Energie zu bestimmen, die dem Partikelfilter 14 zugeführt werden muss, um dessen Regeneration auszulösen, insbesondere anhand der Effizienz der vorangehenden Regeneration des Partikelfilters, die durch ein Steuerungsverfahren des Filters 14 bestimmt wird.
Erfindungsgemäß bestimmt das Verfahren zur Steuerung des Partikelfilters 14 die Effizienz der Regeneration durch Vergleich des während der Regenerationsphase des Partikelfilters abgegebenen Energiewertes mit einem der Effizienz der Regeneration entsprechenden Wert.
So ist der Wert der abgegebenen Energie immer proportional zur Menge der während der Regenerationsphase verbrannten Partikel, selbst wenn der Filter 14 in einem schlechten Zustand ist.
In der Tat, wenn der Partikelfilter 14 in der Struktur einen Riss aufweist, der eine Verringerung des Differenzdrucks an seinen Anschlüssen verursacht, wird diese Beschädigung den Wert der durch die Verbrennung der Partikel abgegebenen Energie nicht verändern.
Die Erfindung schlägt vor, die während der Regenerationsphase des Filters 14 durch die Verbrennung der Partikel abgegebene Energie anhand einer Schätzung der Temperatur Tabwärtsschätz der Gase am Ausgang des Partikelfilters 14 zu bestimmen, unter der Annahme, dass in dem Filter 14 keine Verbrennung stattfindet, und durch Vergleich der geschätzten Temperatur Tabwärtsschätz mit der wirklichen gemessenen Temperatur Tabwärtsmess, die dem Rechner 20 durch einen Temperatursensor geliefert werden kann, der sich am Ausgang des Partikelfilters 14 befindet.
Zur Berechnung der geschätzten Temperatur Tabwärtsschätz betrachtet man den Partikelfilter 14 als einen homogenen Reaktor mit perfekter Bewegung, der durch die ihn durchquerenden Abgase erwärmt wird, d.h. dass die interne Temperatur des Partikelfilters 14 gleichförmig ist, und dass die geschätzte Temperatur Tabwärtsschätz gleich seiner internen Temperatur ist. Das verwendete mathematische Modell berücksichtigt absichtlich nicht den Term, der durch die Verbrennung der Partikel verursacht wird.
Man nimmt an, dass die im Partikelfilter 14 ablaufenden Wärmeaustausche die folgenden sind:

– eine Zuführung von Wärme im Inneren des Partikelfilters 14, die durch die ihn durchquerenden warmen Abgase verursacht wird;
– eine augenblickliche Wärmeübertragung im Inneren des Filters 14 zwischen der Struktur des Filters 14, die aus Keramik bestehen kann, und den gespeicherten Partikeln;
– eine Wärmeübertragung in die Umgebung des Partikelfilters 14, die auch Konvektion genannt wird; und
– eine aus dem Partikelfilter 14 austretende Wärmemenge in der Form einer Enthalpie der Gase.

Die Wärmeenergie der Gase, die in den Filter 14 eindringen, verteilt sich zwischen dem Filter 14 und den Partikeln, den Konvektionsverlusten des Filters 14 an die Umgebung und der Energie der aus dem Partikelfilter 14 austretenden Gase.
Die Energiebilanz des Partikelfilters 14 schreibt sich dann gemäß der folgenden Formel: (Qm × Cpgas × Taufwärtsmess(t))= [Mpf × Cppf × (Tpf(t) – Tpf(t – 1)] + [h × S × (Tpf(t) – Text)] + (Qm × Cpgas × Tabwärtsschätz(t))wobei
Qm der Massendurchsatz der Abgase in der Abgasleitung 12 ist, der durch einen Durchsatzsensor gemessen werden kann;
Cpgas die Wärmekapazität der Abgase ist;
Taufwärtsmess(t) die Temperatur stromaufwärts des Partikelfilters 14 zum Zeitpunkt t ist, die durch einen Sensor gemessen werden kann oder in einem Kennfeld vorkalibriert sein kann;
Mpf die Masse des Partikelfilters 14 ist;
Cppf die Wärmekapazität des Partikelfilters 14 ist, deren Wert experimentell bestimmt wird und in dem Motorsteuerrechner 20 gespeichert ist;
Tpf(t) die Temperatur des Partikelfilters 14 zum Zeitpunkt t ist;
Tpf(t – 1) die Temperatur des Partikelfilters 14 zum Zeitpunkt t – 1 ist;
h der Konvektionskoeffizient ist, der in einem Kennfeld vorkalibriert sein kann;
S die Austauschfläche des Filters 14 mit der Umgebung ist; und
Tabwärtsschätz(t) die geschätzte Temperatur der Abgase stromabwärts des Partikelfilters 14 zum Zeitpunkt t ist.
Bei der Initiierung des Verfahrens ist die geschätzte Temperatur Tabwärtsschätz(t) gleich der gemessenen Temperatur Tabwärtsmess, wenn im Partikelfilter keine Verbrennung stattfindet.
Weiterhin, da man die Temperatur im Inneren des Partikelfilters 14 als gleichförmig annimmt, ist die Temperatur Tpf des Partikelfilters 14 gleich der geschätzten Temperatur Tabwärtsschätz. So wird die geschätzte Temperatur Tabwärtsschätz zum Zeitpunkt t durch die folgende Formel bestimmt:
Der Steuerrechner 20 erlaubt es, die Temperatur Tabwärtsschätz zu jedem Zeitpunkt zu schätzen und sie mit der gemessenen Temperatur Tabwärtsmess stromabwärts des Partikelfilters zu vergleichen.
Wenn der Unterschied zwischen den Werten der gemessenen Temperatur Tabwärtsmess und geschätzten Temperatur Tabwärtsschätz größer ist als eine erste vorbestimmte Schwelle S1, d.h. wenn: Tabwärtsmess – Tabwärtsschätz > S1,wird die Verbrennung der Partikel im Inneren des Partikelfilters 14 ausgelöst. In der Tat erhöht sich die gemessene Temperatur Tabwärtsmess wegen der Wärmeentwicklung durch die Verbrennung der Partikel, wohingegen die geschätzte Temperatur Tabwärtsschätz stabil bleibt, da deren Berechnung die Energieentwicklung durch die Verbrennung der Partikel nicht berücksichtigt.
Die Erfassung der Initiierung der Regenerationsphase erlaubt den Beginn der Berechnung der während der Regenerationsphase durch die Verbrennung der Partikel abgegebenen Energie.
Auf ähnliche Weise, wenn die Differenz zwischen den Werten der gemessenen Temperatur Tabwärtsmess und der geschätzten Temperatur Tabwärtsschätz geringer ist als eine zweite vorbestimmte Schwelle S2, d.h. wenn: Tabwärtsmess – Tabwärtsschätz < S2,ist die Verbrennung der Partikel im Inneren Partikelfilters 14 abgeschlossen.
Es ist auch möglich, die Initiierung und das Ende der Regenerationsphase durch Vergleich des Unterschiedes zwischen den geschätzten Temperaturen Tabwärtsschätz zum Zeitpunkt i und zum Zeitpunkt i – 1 und den gemessenen Temperaturen Tabwärtsmess zum Zeitpunkt i und zum Zeitpunkt i – 1 zu erfassen. Dies erlaubt in bestimmten Fällen die Neutralisierung bestimmter Ungenauigkeiten des mathematischen Modells zur Schätzung der Temperatur Tabwärtsschätz.
Das Verfahren zur Steuerung des Partikelfilters 14 gemäß der Erfindung besteht darin, die während der Regenerationsphase, d.h. zwischen der Initiierung und dem Ende der Verbrennung der Partikel, abgegebene Energie anhand der folgenden Formel zu berechnen:
wobei
Eⁿ die während der n-ten Regenerationsphase abgegebene Energie ist, und
i und f die Anfangs- und Endzeitpunkte der Regenerationsphase sind.
Die Berechnung der während der Regenerationsphase abgegebenen Energie kann durch die Trapezmethode anhand der folgenden Formel genähert werden:
Am Ende einer jeden Regenerationsphase bestimmt der Rechner 20 die Effizienz der Regeneration.
Um dies zu tun, vergleicht er den Wert Eⁿ der während der n-ten Regenerationsphase abgegebenen Energie mit einem Wert, welcher der Effizienz ε der Regeneration entspricht.
Der Wert, welcher der Effizienz ε der Regeneration entspricht, verändert sich in Abhängigkeit der Motorparameter, wie beispielsweise der Masse an in dem Filter 14 gespeicherten Partikel, der Motordrehzahl, dem Massedurchsatz der Abgase im Partikelfilter 14.
So kann der Rechner 20 für jede Regenerationsphase in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen des Motors und in Abhängigkeit der Effizienz ε der vorangehenden Regeneration einen Wert der abgegebenen Energie bestimmen, welcher der Effizienz ε der Regeneration des Partikelfilters 14 entspricht. Um dies zu tun, ist es möglich, ein Kennfeld zu verwenden, das jeden Wert der bei der Effizienz ε der Regeneration abgegebenen Energie in Abhängigkeit wenigstens eines Motorparameters in Beziehung setzt.
Wenn die Effizienz ε der Regeneration größer oder gleich einem ersten Schwellenwert εtot ist, ist es möglich, davon auszugehen, dass die Regeneration des Partikelfilters 14 vollständig ist.
Der erste Schwellenwert εtot kann gleich 75 % sein.
Wenn die Effizienz ε der Regeneration geringer oder gleich einem zweiten Schwellenwert εab ist, ist es möglich, davon auszugehen, dass die Regeneration des Partikelfilters 14 abgebrochen wurde, d.h. dass die Regeneration des Partikelfilters initiiert wurde, aber nicht lange genug erfolgte, um die Gesamtheit der in dem Filter 14 gespeicherten Partikel zu verbrennen.
Der zweite Schwellenwert εab kann 25 % betragen.
Gemäß einer Variante ist es möglich, um den vollständigen, teilweisen oder abwesenden Charakter der Regeneration festzustellen, dass der Rechner 20 zwei vorkalibrierte Energiewerte Etot und Eab bestimmt.
Zum Beispiel kann man so, wenn der während der Regenerationsphase abgegebene Energiewert E größer oder gleich dem Energiewert Etot ist, davon ausgehen, dass die Regeneration vollständig ist und dass deren Effizienz beispielsweise höher als 75 % ist.
Wenn der während der Regenerationsphase abgegebene Energiewert E zwischen den Energiewerten Etot und Eab liegt, kann man davon ausgehen, dass die Regeneration des Partikelfilters 14 teilweise erfolgt ist.
In ähnlicher Weise, wenn der während der Regenerationsphase abgegebene Energiewert E geringer oder gleich dem Energiewert Eab ist, kann man davon ausgehen, dass die Regeneration des Partikelfilters null ist, d.h. dass sie abgebrochen wurde.
Dementsprechend erlaubt es das erfindungsgemäße Verfahren, die Effizienz ε der Regeneration in Abhängigkeit des während der Regenerationsphase abgegebenen Energiewerts E zu bestimmen.
Wenn die Regeneration als vollständig betrachtet wird, d.h. dass die Effizienz ε größer als der erste Schwellenwert εtot ist, ist es möglich, den Wert Rⁿ _f der Endbeladung des Filters mit unverbrennbaren Rückständen, die sich im Partikelfilter während dessen Betrieb angesammelt haben, durch die Formel: Rn f = Cn f zu bestimmen,
in welcher
Rⁿ _f die Endbeladung des Filters (14) mit unverbrennbaren Rückständen nach einer n-ten Regenerationsphase ist, und
Cⁿ _f die Beladung des Partikelfilters (14) im Endzustand nach einer n-ten Regenerationsphase ist.
Die unverbrennbaren Rückstände können von der Verwendung von Zusätzen im Treibstoff, wie beispielsweise Zer, zur Verringerung der Entzündungstemperatur der Partikel stammen. Sie können auch durch die Anwesenheit von Zusätzen im Schmiermittel des Motors verursacht sein.
In der Tat, wenn die Regeneration des Partikelfilters 14 als vollständig betrachtet wird, bedeutet dies, dass die Gesamtheit der gespeicherten Partikel verbrannt wurde. Es verbleiben dann im Inneren des Partikelfilters 14 lediglich unverbrennbare Rückstände.
So entspricht der an den Anschlüssen stromaufwärts und stromabwärts des Partikelfilters 14 gemessene Differenzdruck dem durch den Partikelfilter 14 selber sowie durch die unverbrennbaren Rückstände verursachten Ladungsverlust. Da der durch den Partikelfilter 14 verursachte Ladungsverlust normalerweise wäh rend dessen Betrieb konstant ist, ermöglicht es der Rechner 20, den durch die unverbrennbaren Rückstände verursachten Ladungsverlust zu bestimmen, durch Abziehen des durch den Partikelfilter 14 verursachten Ladungsverlustes von dem an den Anschlüssen stromaufwärts und stromabwärts des Partikelfilters 14 gemessenen Differenzdruck.
Beispielsweise erlaubt die Verwendung eines Kennfelds die Bestimmung des Wertes Rⁿ _f der Endbeladung des Filters 14 anhand des Restladungsverlustes, der durch die im Partikelfilter 14 angesammelten unverbrennbaren Rückstände verursacht wird.
Wenn die Regeneration als vollständig betrachtet wird, kann der Rechner 20 ebenso direkt den Wert des an den Anschlüssen des Partikelfilters 14 gemessenen Differenzdrucks verwenden. In der Tat erlaubt die Differenz zwischen dem Wert des an den Anschlüssen des Filters 14 während des Betriebs des Partikelfilters 14 gemessenen Differenzdrucks und dem Wert des an den Anschlüssen des Filters 14 am Ende der als vollständig betrachteten Regenerationsphase gemessenen Differenzdrucks die Bestimmung des der Partikelbeladung des Filters 14 entsprechenden Differenzdrucks.
So wird die Bestimmung der Beladung des Partikelfilters 14 nicht fehlerhaft sein, wenn der Partikelfilter 14 während des Betriebs beschädigt wird, d.h. beispielsweise dass er einen Riss bekommt, da die Veränderung des durch den Partikelfilters 14 selber verursachten Ladungsverlustes bei der Messung und der Speicherung durch den Rechner 20 des Differenzdrucks an den Anschlüssen des Filters 14 am Ende der als vollständig betrachteten vorangehenden Regenerationsphase berücksichtigt werden wird.
Die Erfindung schlägt ein Verfahren zur Steuerung des Partikelfilters 14 vor, das es erlaubt, eine Fehlfunktion der Vorrichtung zur Messung der Beladung des Partikelfilters 14 zu erfassen.
Wenn eine Regenerationsphase durch den Rechner 20 erfasst wurde und die Bestimmung der Beladung des Filters vor und nach der Regenerationsphase des Partikelfilters 14 zwei im Wesentlichen gleiche Beladungswerte liefert, bedeutet dies, dass eine Fehlfunktion der Vorrichtung zur Messung der Beladung des Filters 14 vorliegt.
Zum Beispiel wird eine Fehlfunktion der Vorrichtung zur Messung der Beladung des Partikelfilters 14 festgestellt, wenn Cⁿ _f ≥ Cⁿ _i – ΔSschwelle ist,
wobei Cⁿ _f die Beladung des Partikelfilters im Endzustand nach der n-ten Regenerationsphase ist, und
wobei Cⁿ _i die Beladung des Partikelfilters im Anfangszustand vor der n-ten Regenerationsphase ist, und
wobei ΔSschwelle eine Schwelle ist, welche die während einer Regenerationsphase minimale Masse an verbrannten Partikeln repräsentiert.
Die Erfindung schlägt weiterhin ein Verfahren zur Steuerung eines Partikelfilters 14 vor, das eine Beschädigung (Verschlechterung) des Partikelfilters 14 diagnostiziert, wenn der Wert E der am Ende der Regenerationsphase abgegebenen Energie größer ist als ein vorbestimmter maximaler Energiewert Emax.
In der Tat ist jeder Partikelfilter 14 dafür vorgesehen, einer bestimmten Maximaltemperatur zu widerstehen. Wenn der Filter 14 auf eine Temperatur erwärmt wird, die höher ist als die Maximaltemperatur, kann eine Verschlechterung (Beschädigung) des Partikelfilters 14 erfolgen, wie beispielsweise ein Riss in seiner Struktur.
So erlaubt es der Rechner 20, am Ende einer Regenerationsphase die durch die n-te Regeneration abgegebene Energie Eⁿ mit dem vorbestimmten maximalen Energiewert Emax zu vergleichen, was es erlaubt, die Erhöhung der Temperatur des Partikelfilters 14 auf eine Temperatur höher als die Maximaltemperatur der Verschlechterung des Filters 14 zu diagnostizieren.

Claims

Verfahren zur Steuerung eines Partikelfilters (14), mit dem die Abgasleitung eines Verbrennungsmotors (10) ausgestattet ist, durch welches man die Regeneration des Filters (14) durch Verbrennung der Partikel durchführt, dadurch gekennzeichnet, dass es die Effizienz (ε) der Regeneration durch Vergleich des während einer Regenerationsphase abgegebenen Energiewertes (E) mit einem der Effizienz (ε) der Regeneration entsprechenden Wert bestimmt.
Verfahren zur Steuerung eines Partikelfilters (14) nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der der Effizienz (ε) der Regeneration entsprechende Wert sich in Abhängigkeit zu wenigstens einem Betriebsparameter verändert, wie beispielsweise die Masse der im Filter (14) gespeicherten Partikel, die Drehzahl des Motors (10) und/oder der Massendurchsatz der Abgase im Partikelfilter (14).
Verfahren zur Steuerung eines Partikelfilters (14) nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der der Effizienz (ε) der Regeneration entsprechende Wert anhand wenigstens eines Betriebsparameters durch ein Kennfeld bestimmt wird.
Verfahren zur Steuerung eines Partikelfilters (14) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn die Effizienz (ε) der Regeneration größer oder gleich einem ersten Schwellenwert ist, es den Wert Rⁿ _f der Endbeladung des Filters (14) mit unverbrennbaren Rückständen durch die Formel: Rn f = Cn f bestimmt, in welcher Rⁿ _f die Endbeladung des Filters (14) mit unverbrennbaren Rückständen nach einer n-ten Regenerationsphase des Partikelfilters (14) ist, und Cⁿ _f die Beladung des Partikelfilters (14) im Endzustand nach einer n-ten Regenerationsphase ist.
Verfahren zur Steuerung eines Partikelfilters (14) nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es den Weit Rⁿ _f der Endbeladung des Partikelfilters (14) anhand des durch die im Partikelfilter (14) angesammelten unverbrennbaren Rückstände verursachten Restladungsverlustes bestimmt, insbesondere durch ein Kennfeld.
Verfahren zur Steuerung eines Partikelfilters (14) nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schwellenwert einem Regenerationswert des Filters (14) höher oder gleich 75% entspricht.
Verfahren zur Steuerung eines Partikelfilters (14), der eine Vorrichtung zur Messung der Beladung des Partikelfilters (14) umfasst, nach einem der vorherigen Ansprüche, vom Typ durch welchen man die Regeneration des Filters (14) durch Verbrennung der Partikel durchführt, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Fehlfunktion der Vorrichtung zur Messung der Beladung des Filters (14) erkennt, wenn nach einer Regenerationsphase Cn f ≥ Ci n – ΔSschwellegegeben ist, wobei Cⁿ _f die Beladung des Partikelfilters (14) im Endzustand nach einer n-ten Regenerationsphase des Partikelfiters (14) ist, und wobei C_i ⁿ die Beladung des Partikelfilters (14) im Anfangszustand vor einer n-ten Regenerationsphase des Partikelfilters (14) ist, und wobei ΔSschwelle eine Schwelle ist, welche die Minimalmasse an während einer Regenerationsphase des Partikelfilters (14) verbrannten Partikeln darstellt.
Verfahren zur Steuerung eines Partikelfilters (14) nach einem der vorherigen Ansprüche, mit welchem man die Regeneration des Filters (14) durch Verbrennung der Partikel durchführt, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Verschlechterung des Partikelfilters (14) diagnostiziert, wenn der Wert (E) der während der Regenerationsphase abgegebenen Energie größer als ein vorbestimmter maximaler Energiewert (Emax) ist.
Verfahren zur Steuerung eines Partikelfilters (14) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die während der Regenerationsphase abgegebene Energie (E) anhand einer Schätzung der Temperatur Tabwärtsschätz der Gase am Ausgang des Partikelfilters (14) bestimmt wird, unter der Annahme, das in dem Filter (14) keine Verbrennung stattfindet, und indem die geschätzte Temperatur Tabwärtsschätz mit der wirklichen gemessenen Temperatur Tabwärtsmess verglichen wird.
Verfahren zur Steuerung eines Partikelfilters (14) nach dem vorherigen Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die während einer Regenerationsphase abgegebene Energie (E) anhand der folgenden Formel berechnet wird:
in welcher Qm(t) der Massendurchsatz der den Filter (14) durchquerenden Abgase ist, Cpgas die Wärmekapazität der Abgase ist, i und f der Anfangs- und Endpunkt der Regenerationsphase sind.
Verfahren zur Steuerung eines Partikelfilters (14) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die während einer Regenerationsphase abgegebene Energie (E) näherungsweise gemäß der Trapezmethode anhand der folgenden Formel:
berechnet wird, in welcher Qm(t) der Massendurchsatz der den Filter (14) durchquerenden Abgase ist, Cpgas die Wärmekapazität der Abgase ist, i und f jeweils der Anfangs- und Endpunkt der Regenerationsphase des Partikelfilters (14) sind.