WO2004016339A2 - Verfahren zur reinigung eines partikelfilters - Google Patents

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Gerd RÖSEL
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Definitions

  • the invention relates to a method for regenerating a particle filter, which is arranged in the exhaust duct of an internal combustion engine, which filters particles in the exhaust gas flowing exhaust gas and is regenerated intermittently during operation.
  • Modern internal combustion engines in particular gasoline and diesel engines, are usually equipped with an exhaust gas purification system in order to reduce exhaust gas emissions.
  • an exhaust gas purification system in order to reduce exhaust gas emissions.
  • particle filters are increasingly being used in exhaust gas cleaning systems. Particle filters are particularly important in diesel engines, since comparatively large emissions of soot particles can occur there.
  • a particle filter filters out particles contained in the exhaust gas, mostly soot particles, and stores these particles. It typically contains a filter element through which the exhaust gas to be filtered flows. The porosity of the filter is selected depending on the size of the particles to be filtered out. The particles are retained in the filter element of the particle filter above a certain size. As a result, the loading of the particle filter with particles increases steadily.
  • the particle filter must be cleaned or replaced at certain intervals to avoid clogging ("clogging") of the particle filter. This is necessary so that the particle filter can always fulfill its function in exhaust gas cleaning with sufficient efficiency.
  • the particle filter can be replaced with a new particle filter, or the particle filter used can be cleaned.
  • An external cleaning method is used Cleaning the filter outside the internal combustion engine into consideration, or cleaning during operation, which in the context of this invention is referred to as regeneration of the particle filter.
  • the particle filter can be regenerated, for example, by burning the stored particles.
  • the particle filter is temporarily brought to a temperature above the ignition temperature of the particles. As soon as the ignition temperature is reached, with sufficient oxygen concentration in the exhaust gas, the stored particles spontaneously burn off. Since the ignition temperature is significantly higher than the normal operating temperature of the particle filter, this typically requires active heating of the particle filter. For example, the combustion of soot particles without the addition of additives requires an ignition temperature of at least 550 ° C. Adding additives can lower the ignition temperature, but this requires an addition device for the additives and a control method for its operation.
  • a permanent monitoring of the particle filter is typically carried out in the prior art.
  • the purpose of monitoring is to determine the optimal time for a regeneration process. If the regeneration takes place in too long time intervals, the efficiency of the particle filter decreases significantly, especially towards the end of each time interval.
  • Pressure sensors can be used to monitor the particle filter, which measure the exhaust gas pressure in the exhaust duct upstream and downstream of the particle filter. Monitoring methods are also conceivable in which only a single pressure sensor is used, which directly measures the pressure difference of the exhaust gas upstream and downstream of the particle filter. In both cases, pressure measurement signals are fed to a control device, which determines the pressure difference between the exhaust gas pressure upstream and downstream of the particle filter. If the pressure difference exceeds a predetermined threshold value, measures for regenerating the particle filter are initiated.
  • the pressure sensors must either be mounted directly on the exhaust pipe or connected to the exhaust system via pipes. Mounting directly on the exhaust pipe is problematic since the pressure sensor (s) in this case must be designed in particular for high exhaust gas temperatures, for vibration loading, for splash water from outside, and for stone chips from outside.
  • this object is achieved in a first variant in that the air mass flow supplied to the internal combustion engine is measured, the air requirement of the internal combustion engine to be expected with the current operating parameters is determined, and regeneration of the particle filter is initiated on the basis of a deviation between the air mass flow and the air requirement.
  • the invention is therefore based on the idea of not determining the regeneration times on the basis of the pressure drop across the particle filter in the exhaust gas duct, but rather of using another effect associated with the increasing blockage of the particle filter.
  • the solution according to the invention is based on the observation that the exhaust gas back pressure increases with increasing loading of the particle filter, which leads to a reduction in the fresh air mass drawn in by the internal combustion engine per work cycle. This reduction in the fresh air mass reduces the air mass flow during operation of the internal combustion engine, and at the same time the maximum output decreases. Without the effect of the particle filter on increasing the exhaust gas back pressure, a higher air requirement of the internal combustion engine would be expected.
  • the state of the particle filter can thus be inferred directly from the deviation between the air mass flow that is fed to the internal combustion engine and the air requirement to be expected at the current operating point. In this way, an immediate effect of the constipation is advantageously evaluated.
  • the air requirement is calculated on the basis of operating parameters of the internal combustion engine, for example by means of a model, and the regeneration times of the particle filter are determined on the basis of the deviation of the instantaneous size of the measured air mass flow from the calculated air requirement.
  • the determination of the size of the air mass flow includes in the context of the invention in particular both a direct measurement of the air mass flow and a measurement of a variable related to the air mass flow, from which the air mass flow can then be determined.
  • the size of the current supplied to the internal combustion engine mass air flow by means disposed in an intake tract of the engine air mass measuring device or NEN egg arranged in the intake tract of the internal combustion engine 'pressure sensor is determined.
  • a model for load detection is generally integrated into modern controls for internal combustion engines, which determines its air requirement on the basis of various operating parameters of the internal combustion engine. Thus, no additional effort is required for determining the cleaning times according to the method according to the invention if the determination of the air requirement which is already carried out for the load detection can also be used for monitoring the state of the particle filter.
  • the particle filter is assessed as clogged and a regeneration process is triggered if the deviation of the instantaneous size of the measured air mass flow from the air pressure calculated from operating parameters may exceed a predetermined threshold.
  • the control can be made particularly simple by such an evaluation.
  • the predetermined threshold value can be determined experimentally, for example. Its size then advantageously also takes into account the fact that the air requirement calculated according to a load detection model and the measured air mass flow do not completely match in practice. It goes without saying that other factors other than the particle loading of the particle filter are also taken into account and included in the calculation of the air requirement of the internal combustion engine. These influencing variables, for example the ambient pressure or component tolerances, can trim the load detection system and thus lead to a deviation of the measured one
  • the ambient pressure is generally measured by means of a suitable sensor, so that it can easily be taken into account in the load detection model.
  • methods are also known in the prior art for adapting the load detection model to the ambient pressure in suitable operating states without using an ambient pressure sensor. Adaptations to other variables influencing the load detection model, such as the component tolerances mentioned, can be achieved, for example, by adapting the load research model in areas with a well-defined state of the particle filter, for example an empty or freshly regenerated filter.
  • the threshold value should be chosen larger than for an exact compensation of numerous influencing variables.
  • a calculation scheme for the air requirement of the internal combustion engine is then adapted to the determined, actual air mass flow.
  • the particulate filter is evaluated in this variant as clogged and regenerate approximately operation triggered when 'leaves the calculation scheme by the adaptation predetermined parameter ranges. This is particularly the case when the load detection model mentioned above comes into areas of implausible behavior of the model. The conclusion can then be drawn that the deviation of the model from the plausible behavior is due to a blockage of the particle filter.
  • lambda 1, so the signal of the lambda probe and variables derived therefrom, such as from lambda control, lambda adaptation, or adaptation information with regard to the injection valves, are also used to improve the air requirement calculation and thus the assessment of the condition of the particle filter. This effectively prevents misinterpretations regarding the condition of the particle filter, which can otherwise occur, for example, with a leaky intake manifold.
  • the air requirement of the internal combustion engine is advantageously calculated in a model which (unadapted) assumes an empty or cleaned particle filter in order to obtain a well-defined and reproducible fixed point for the calculation. Furthermore, the calculation of the air requirement and the decision as to whether a regeneration process is triggered can take place at all operating points or only at one or some predetermined operating points of the internal combustion engine. Then, in the case of the second variant of the invention, the calculation of the air requirement in the remaining operating areas can be better adapted to the actual current state of the particle filter, which on average represents a partially loaded particle filter.
  • the air requirement of the internal combustion engine is calculated to determine the regeneration times using a model which is based on an empty or cleaned particle filter, and for controlling the internal combustion engine, an air requirement is calculated using a model which is based on a partially loaded particle filter sets.
  • the air requirement for determining the regeneration times at one or a few predetermined operating points is calculated on the basis of an empty or cleaned particle filter, and the air requirement for controlling the internal combustion engine is based on the other operating points of a partially loaded particle filter.
  • the selected operating points then allow an assessment of the state of the particle filter, the remaining operating areas a realistic calculation of the engine's air requirement, for example for control using a load detection model.
  • the calculation scheme for the air requirement of the internal combustion engine is readjusted after a regeneration process of the particle filter has been carried out.
  • FIG. 1 shows a diagram of an internal combustion engine in which the method according to the invention is used
  • FIG. 2 shows a flowchart for carrying out a method according to the invention.
  • An internal combustion engine 10 is shown schematically in FIG. 1.
  • the internal combustion engine 10 is supplied with fuel 14 by an injection device 12.
  • Combustion air 16 is brought in via an intake tract 18.
  • exhaust gases 20 are expelled via an exhaust tract 22.
  • a particulate filter 24 is arranged in the exhaust tract 22 and filters out particles, in particular soot particles, contained in the exhaust gas 20 by storing them.
  • the particle filter 24 is intermittently cleaned of accumulated particles in so-called regeneration processes.
  • the temperature of the particle filter 24 is raised above the ignition temperature of the soot particles to a control signal 36 output by a control unit 30 by means of a heating device.
  • the operating point can also be adjusted on the internal combustion engine to increase the exhaust gas temperature (dashed line). When the oxygen concentration in the exhaust gas 20 is sufficient, the soot particles stored in the particle filter 24 are burned off spontaneously.
  • the control unit 30 contains an arithmetic unit 32 which calculates the air requirement Lcalc of the internal combustion engine 10 on the basis of various operating parameters, designated 40 in FIG. 1.
  • a load detection model is used for this.
  • Such models the operating parameters of the internal combustion engine, e.g. The person skilled in the art is familiar with the speed, pressure in the intake tract, supplied fuel mass, throttle valve position, operating temperature or the like, and the air requirement that is to be expected at the operating point is known.
  • the operating parameters 40 include, for example, the ambient pressure and the operating temperature of the internal combustion engine or the like.
  • the control unit 30 is connected to an air mass flow sensor 26 arranged in the intake tract 18, which measures an actual air mass flow flowing through the intake tract and supplies a corresponding signal 38 to the control unit 30.
  • a measured value Lexp for the actual air mass flow is fed on the one hand to the computing unit 32 in order to adapt the load detection model to the current conditions, if necessary.
  • it is fed together with the calculated air requirement Lcalc to an evaluation unit 34 which, as described in more detail below, decides on the basis of both variables, whether a regeneration process for the particle filter 24 should be initiated.
  • the load detection system for an empty or a freshly cleaned particle filter 24 is first adapted by the computing unit 32 and a threshold value Lthres is determined, the meaning of which becomes clear from the description below.
  • a threshold value Lthres is determined, the meaning of which becomes clear from the description below.
  • a step S12 the computing unit 32 first calculates the current air requirement Lcalc of the internal combustion engine 10 for the current operating parameters 40 on the basis of the load detection model.
  • the actual value Lexp of the air mass flow in the intake tract 18 is determined from the signal 38 of the air mass flow sensor 26 and the like Control unit 30 supplied.
  • the evaluation unit 34 receives the calculated air mass requirement Lcalc and the measured air mass flow Lexp as input variables in the control unit 30 and determines the amount-based deviation of both values in a step S16.
  • a step S18 the deviation ⁇ L is compared with a predetermined threshold value Lthres. If the deviation is less than the threshold, no action is taken. The method then returns to step S12, in which it calculates the air requirement for the current operating parameters again.
  • the particle filter 24 is rated as clogged and a regeneration of the particle filter is carried out in a step S20. ters 24 initiated. The method then ends in step S22.
  • the regeneration itself is known in the prior art and is therefore not explained in detail.
  • the load detection model is adapted to the new state of the particle filter 24. If this adaptation of the load recording model or its components delivers an implausible result, error avoidance is output. Otherwise, the method shown in FIG. 2 is started again.

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Abstract

Es wird beschrieben ein Verfahren zur Regenerierung eines Partikelfilters, der im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, der Partikel aus im Abgaskanal strömenden Abgas filtert und im laufenden Betrieb intermittierend regeneriert wird, wobei der Brennkraftmaschine zugeführte Ist-Luftmassenstrom (Lexp) gemessen wird, und der Luftbedarf (Lcalc) der Brennkraftmaschine ermittelt wird eine Regenerierung des Partikelfilters auf Grundlage einer Abweichung (DL) zwischen Luftmassenstrom und Luftbedarf eingeleitet wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Reinigung eines Partikelfilters
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regenerierung eines Partikelfilters, der im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, der Partikel im Abgaskanal strömenden Abgas filtert und im laufenden Betrieb intermittierend regeneriert wird.
Moderne Brennkraftmaschinen, insbesondere Benzin- und Dieselbrennkraftmaschinen, werden üblicherweise mit einem Abgasreinigungssystem ausgestattet, um die Abgasemissionen zu senken. Mit zunehmender Verschärfung der zulässigen Emissionsgrenz- werte in allen wichtigen Industrieländern kommen in den Abgasreinigungssystemen zunehmend Partikelfilter zum Einsatz. Insbesondere bei Dieselbrennkraftmaschinen besitzen Partikelfilter Bedeutung, da dort vergleichsweise große Emissionen von Rußpartikeln auftreten können.
Ein Partikelfilter filtert im Abgas enthaltene Partikel, zumeist Rußpartikel, heraus und speichert diese Partikel ein. Er enthält typischerweise ein Filterelement, das von dem zu filternden Abgas durchströmt wird. Die Porosität des Filters wird dabei in Abhängigkeit von der Größe der auszufilternden Partikel gewählt. Oberhalb einer bestimmten Größe werden die Partikel in dem Filterelement des Partikelfilters zurückgehalten. Die Beladung des Partikelfilters mit Partikeln nimmt dadurch stetig zu. In gewissen Abständen muss der Par- tikelfilter gereinigt oder ersetzt werden, um ein Zusetzen („Verstopfen"") des Partikelfilters zu vermeiden. Dies ist notwendig, damit der Partikelfilter seine Funktion bei der Abgasreinigung stets mit einem ausreichenden Wirkungsgrad erfüllen kann. Der Partikelfilter kann durch einen neuen Partikelfilter ausgetauscht werden, oder der eingesetzte Partikelfilter kann gereinigt werden. Als Reinigungsverfahren kommt eine externe Reinigung des Filters außerhalb der Brennkraftmaschine in Betracht, oder eine Reinigung im laufenden Betrieb, die im Rahmen dieser Erfindung als Regenerierung des Partikelfilters bezeichnet wird.
Die Regenerierung des Partikelfilters kann beispielsweise durch eine Verbrennung der gespeicherten Partikel erfolgen. Dazu wird der Partikelfilter vorübergehend auf eine Temperatur oberhalb der Zündtemperatur der Partikel gebracht. Sobald die Zündtemperatur erreicht ist, erfolgt bei ausreichender Sauerstoffkonzentration im Abgas ein spontaner Abbrand der eingespeicherten Partikel. Da die Zündtemperatur deutlich ü- ber der gewöhnlichen Betriebstemperatur des Partikelfilters liegt, ist dazu typischerweise ein aktives Aufheizen des Par- tikelfilters erforderlich. Beispielsweise erfordert der Abbrand von Rußpartikeln ohne Zusatz von Additiven eine Zündtemperatur von mindestens 550 °C. Ein Zusatz von Additiven kann die Zündtemperatur zwar absenken, doch macht dies eine Zugabevorrichtung für die Additive und ein Steuerungsverfah- ren zu dessen Betrieb erforderlich.
Um eine optimale Wirkung des Partikelfilters zu erhalten und die Betriebskosten, die durch die Regeneration des Partikelfilters entstehen, möglichst gering zu halten, wird im Stand der Technik typischerweise eine permanente Überwachung des Partikelfilters durchgeführt. Die Überwachung hat das Ziel, den optimalen Zeitpunkt für einen Regenerierungsvorgang zu bestimmen. Erfolgt die Regenerierung in zu großen Zeitintervallen, nimmt der Wirkungsgrad des Partikelfilters besonders zum Ende jedes Zeitintervalls hin stark ab. Die zunehmende
"Verstopfung" des Partikelfilters führt zu einer Behinderung des Abgasstroms, die eine Erhöhung des Abgasgegendruckes und somit des Kraftstoffverbrauchs bewirkt. Erfolgt die Regenerierung dagegen in zu kleinen Zeitintervallen, sind die damit verbundenen Betriebskosten höher als notwendig. Für die Überwachung des Partikelfilters können Drucksensoren eingesetzt werden, die den Abgasdruck im Abgaskanal stromauf und stromab des Partikelfilters messen. Es sind auch Überwachungsverfahren denkbar, bei denen nur ein einzelner Druck- sensor eingesetzt wird, der direkt die Druckdifferenz des Abgases vor und nach dem Partikelfilter misst. In beiden Fällen werden Druckmesssignale einer Steuereinrichtung zugeführt, die daraus die Druckdifferenz zwischen dem Abgasdruck stromauf und stromab des Partikelfilters bestimmt. Übersteigt die Druckdifferenz einen vorgegebenen Schwellenwert, so werden Maßnahmen zur Regenerierung des Partikelfilters eingeleitet.
Nachteilig an diesem Vorgehen ist allerdings der mit der benötigten Sensorik verbundene zusätzliche Material- und Ferti- gungsaufwand. So müssen die Drucksensoren entweder direkt am Abgasrohr montiert werden oder über Rohre mit der Abgasanlage verbunden werden. Dabei ist eine Montage direkt am Abgasrohr problematisch, da der bzw. die Drucksensoren in diesem Fall insbesondere auf hohe Abgastemperaturen, auf Schwingbelas- tung, auf Spritzwasser von außen, sowie auf Steinschlag von außen ausgelegt werden müssen.
Wird ein Differenzdrucksensor eingesetzt, so ist eine Verrohrung des Sensors mit den entsprechenden Stellen der Abgasan- läge erforderlich.
Es hat sich darüber hinaus herausgestellt, dass Verrohrung und Drucksensoren gegenüber Verstopfungen anfällig sind. Solche Verstopfungen können beispielsweise durch die im Abgas enthaltenen Partikel oder andere Verschmutzungen, wie etwa ÖlVerbrennungsrückstände verursacht werden. Auch Kondenswas- ser mit der einhergehenden Problematik der Eisbildung bei niedrigen Außentemperaturen kann zu einer Verstopfung führen.
Hier setzt die Erfindung an, der die Aufgabe zugrunde liegt, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art so weiterzubilden, dass die Regenerierungszeitpunkte des Partikelfilters ohne Rückgriff auf zusätzliche Sensorik bestimmt werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in einer ersten Variante dadurch gelöst, dass der der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmassenstrom gemessen wird, der bei den aktuellen Betriebsparametern zu erwartende Luftbedarf der Brennkraftmaschine ermittelt wird und eine Regenerierung des Partikelfilters auf Grundlage einer Abweichung zwischen Luftmassenstrom und Luftbedarf eingeleitet wird.
Die Erfindung beruht somit auf dem Gedanken, die Regenerierungszeitpunkte nicht anhand des Druckabfalls über dem Partikelfilter im Abgaskanal zu bestimmen, sondern einen anderen, mit der zunehmenden Verstopfung des Partikelfilters einhergehenden Effekt auszunutzen. Die erfindungsgemäße Lösung baut auf der Beobachtung auf, dass bei zunehmender Beladung des Partikelfilters der Abgasgegendruck steigt, was zu einer Verringerung der von der Brennkraftmaschine je Arbeitstakt ange- saugten Frischluftmasse führt. Durch diese Verringerung der Frischluftmasse sinkt der Luftmassenstrom im Betrieb der Brennkraftmaschine, und gleichzeitig sinkt die maximale Leistung. Ohne die Abgasgegendruck erhöhende Wirkung des Partikelfilters wäre ein höherer Luftbedarf der Brennkraftmaschine zu erwarten. Somit kann aus der Abweichung zwischen dem Luftmassenstrom, der der Brennkraftmaschine zugeführt wird, und dem beim aktuellen Betriebspunkt zu erwartenden Luftbedarf direkt auf den Zustand des Partikelfilters geschlossen werden. Es wird damit vorteilhaft eine unmittelbare Wirkung der Verstopfung ausgewertet.
Im erfindungsgemäßen Verfahren der ersten Variante wird der Luftbedarf auf Grundlage von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, z.B. mittels eines Modells, berechnet, und die Regenerierungszeitpunkte des Partikelfilters werden aufgrund der Abweichung der momentanen Größe des gemessenen Luftmassenstroms vom berechneten Luftbedarf bestimmt. Erhöht sich nämlich durch eine zunehmende Belegung des Partikelfilters der Abgasgegendruck, so verringert sich der Luftmassendurchsatz durch die Brennkraftmaschine im Vergleich zu dem Zustand mit einem leeren bzw. frisch regenerierten Partikelfilter zu- nehmend. Dieser Effekt tritt bei selbstansaugenden Brennkraftmaschinen auf und ist wegen der Gegendruckempfindlichkeit von Turboladern auch verstärkt bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen zu beobachten.
Die Ermittlung der Größe des Luftmassenstroms schließt dabei im Rahmen der Erfindung insbesondere sowohl eine direkte Messung des Luftmassenstroms als auch eine Messung einer mit dem Luftmassenstrom zusammenhängenden Größe, aus der der Luftmassenstrom dann ermittelt werden kann, ein.
Mit Vorteil ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass die Größe des der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmassenstroms durch eine in einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine angeordnete Luftmassen-Messeinrichtung oder ei- nen in dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine angeordneten 'Drucksensor ermittelt wird.
In moderne Steuerungen für Brennkraftmaschinen ist in der Regel ein Modell zur Lasterfassung integriert, das auf Grundla- ge verschiedener Betriebsparameter der Brennkraftmaschine deren Luftbedarf ermittelt. Somit ist für die Bestimmung der Reinigungszeitpunkte nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kein zusätzlicher Aufwand erforderlich, wenn die für die Lasterfassung bereits erfolgende Ermittlung des Luftbedarfs zu- sätzlich zur Überwachung- des Zustands des Partikelfilters verwendet werden kann.
In einer zweckmäßigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens der ersten Variante wird der Partikelfilter als verstopft bewertet und ein Regenerierungsvorgang ausgelöst, wenn die Abweichung der momentanen Größe des gemessenen Luftmassenstroms vom aus Betriebsparametern berechneten Luftbe- darf einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Durch eine solche Bewertung kann die Steuerung besonders einfach gestaltet werden.
Der vorbestimmte Schwellwert kann beispielsweise experimentell ermittelt werden. Seine Größe trägt dann vorteilhafterweise auch der Tatsache Rechnung, dass der nach einem Lasterfassungsmodell berechnete Luftbedarf und der gemessene Luftmassenstrom in der Praxis nicht völlig übereinstimmen. Dabei versteht es sich, dass bei der Berechnung des Luftbedarfs der Brennkraftmaschine auch andere Einflussgrößen als die Partikelbeladung des Partikelfilters berücksichtigt und einbezogen werden. Diese Einflussgrößen, beispielsweise der Umgebungsdruck oder Bauteiletoleranzen können das Lasterfassungssystem vertrimmen, und damit zu einer Abweichung des gemessenen
Luftmassenstroms vom berechneten Luftbedarf führen, ohne dass eine Reinigung des Partikelfilters erforderlich oder hilfreich wäre.
Bei den vermehrt zum Einsatz kommenden aufgeladenen Brennkraftmaschinen wird der Umgebungsdruck in der Regel mittels eines geeigneten Sensors gemessen, so dass er ohne weiteres im Lasterfassungsmodell berücksichtigt werden kann. Es sind jedoch im Stand der Technik auch Verfahren bekannt, das Las- terfassungsmodell ohne Einsatz eines Umgebungsdrucksensors in geeigneten Betriebszuständen auf den Umgebungsdruck zu adaptieren. Anpassungen an andere das Lasterfassungsmodell beeinflussende Größen, wie etwa die genannten Bauteiltoleranzen können beispielsweise dadurch erreicht werden, dass in Berei- chen mit einem wohldefinierten Zustand des Partikelfilters, beispielsweise einem leeren oder frisch regenerierten Filter, eine Adaption des Lasterforschungsmodells durchgeführt wird.
Es versteht sich, dass eine Wechselwirkung besteht zwischen dem Schwellenwert, bei dessen Überschreitung ein Regenerierungsvorgang des Partikelfilters ausgelöst wird, und der Genauigkeit, mit der weitere Einflussgrößen bei dem Lasterfas- sungsmodell berücksichtigt werden. Kompensiert das Lasterfassungsmodell etwa nur wenige Einflussgrößen oder stellt es nur eine vergleichsweise grobe Kompensation bereit, so uss der Schwellenwert größer gewählt werden, als bei einer exakten Kompensation zahlreicher Einflussgrößen.
In einer zweiten Variante der Erfindung, die ebenfalls die genannte Aufgabe löst, ist bei einem gattungsgemäßen Verfahren vorgesehen, dass der der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmassenstrom gemessen wird, ein Modell zur Ermittlung des beim aktuellen Betriebspunkt zu erwartenden Luftbedarfs an den Luft assenstrom adaptiert wird und eine Regenerierung des Partikelfilters eingeleitet wird, wenn das Modell nach der Adaption außerhalb vorbestimmter Parameterbereiche liegt.
Erfindungsgemäß wird dann ein Berechnungsschema für den Luftbedarf der Brennkraftmaschine an den ermittelten, tatsächlichen Luftmassenstrom adaptiert. Der Partikelfilter wird bei dieser Variante als verstopft gewertet und ein Regenerie- rungsvorgang ausgelöst, wenn 'das Berechnungsschema durch die Adaption vorbestimmte Parameterbereiche verlässt. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das oben genannte Lasterfassungsmodell in Bereiche eines unplausiblen Verhaltens des Modells gelangt. Es kann dann der Schluss gezogen werden, dass die Abweichung des Modells vom plausiblen Verhalten auf eine Verstopfung des Partikelfilters zurückzuführen ist.
Für diese Variante gelten die vorstehende Ausführungen zur Wechselwirkung zwischen dem Schwellenwert und der Modellge- nauigkeit sinngemäß. Je mehr Einflussgrößen mit hoher Genauigkeit in dem Lasterfassungsmodell berücksichtigt werden, desto enger können die Grenzen der Parameterbereiche des Modells gezogen werden, bei deren Verlassen ein Reinigungsvorgang des Partikelfilters auszulösen ist.
Ist das Gesamtsystem, in dem die Erfindung eingesetzt wird, mit einer Lambda-Sonde ausgestattet, welche das Kraftstoff- Luft-Gemisch durch Messung des Restsauerstoffgehalts des Abgases auf den Wert für stöchiometrische Verbrennung, Lambda = 1, regelt, so können das Signal der Lambda-Sonde und daraus abgeleitete Größen, wie etwa aus der Lambda-Regelung, einer Lambda-Adaption, oder Adaptionsinformationen bezüglich der Einspritzventile, zusätzlich herangezogen werden, um die Luftbedarfberechnung und damit die Einschätzung des Zustands des Partikelfilters zu verbessern. Fehlinterpretationen bezüglich des Zustands des Partikelfilters, wie sie ansonsten z.B. bei einem undichten Saugrohr auftreten können, werden damit wirkungsvoll vermieden.
Der Luftbedarf der Brennkraftmaschine wird mit Vorteil in einem Modell berechnet, das (unadaptiert) von einem leeren oder gereinigten Partikelfilter ausgeht, um einen wohldefinierten und reproduzierbaren Fixpunkt für die Berechnung zu erhalten. Weiter kann die Berechnung des Luftbedarfs und die Entscheidung, ob ein Regenerierungsvorgang ausgelöst wird, an allen Betriebspunkten oder nur an einem oder einigen vorbestimmten Betriebspunkten der Brennkraftmaschine erfolgen. Dann kann, ' im Falle der zweiten Variante der Erfindung, die Berechnung des Luftbedarfs in den restlichen Betriebsbereichen besser an den tatsächlichen gegenwärtigen Zustand des Partikelfilters angepasst werden, welcher im Mittel einen teilweise beladenen Partikelfilter darstellt.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Luftbedarf der Brennkraftmaschine zur Bestimmung der Regenerierungszeitpunkte mit einem Modell berechnet, das einen lee- ren oder gereinigten Partikelfilters zugrunde legt, und zur Steuerung der Brennkraftmaschine wird ein Luftbedarf mit einem Modell berechnet, das einen teilweise beladenen Partikelfilter zugrunde legt. Dadurch kann im Standardbetrieb der Luftbedarf für die Steuerung im Mittel genauer berechnet wer- den, und die Entscheidung, ob ein Regenerierungsvorgang erforderlich ist, dagegen auf einen exakteren aktuellen Beladungszustand des Partikelfilters gestützt werden. Werden die beiden letztgenannten Vorgehensweisen zusammenge- fasst, so wird der Luftbedarf für die Bestimmung der Regenerierungszeitpunkte an einem oder einigen vorbestimmten Be- triebspunkten unter Zugrundelegung eines leeren oder gereinigten Partikelfilters berechnet, und der Luftbedarf für die Steuerung der Brennkraftmaschine wird an den anderen Betriebspunkten unter Zugrundelegung eines teilweise beladenen Partikelfilters berechnet. Die ausgewählten Betriebspunkte erlauben dann eine Beurteilung des Zustands des Partikelfilters, die restlichen Betriebsbereiche eine realistische Berechnung des Luftbedarfs des Motors, etwa für die Steuerung anhand eines Lasterfassungsmodells.
In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird das Berechnungsschema für den Luftbedarf der Brennkraftmaschine nach der Durchführung eines Regenerierungsvorgangs des Partikelfilters neu angepasst.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen beispielhaft noch näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 ein Schema darstellen einer Brennkraftmaschine, bei der das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wird und
Fig. 2 ein Flussdiagramm zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 10 schematisch darstellt. Die Brennkraftmaschine 10 wird von einer Einspritzvorrichtung 12 mit Kraftstoff 14 versorgt. Verbrennungsluft 16 wird über einen Ansaugtrakt 18 herangeführt. Nach der Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Brenn- kraftmaschine 10, auf die im Einzelnen nicht näher eingegangen wird, werden Abgase 20 über einen Abgastrakt 22 ausgestoßen. Im Abgastrakt 22 ist ein Partikelfilter 24 angeordnet, der im Abgas 20 enthaltene Partikel, insbesondere Rußpartikel herausfiltert, indem er sie einspeichert. Der Partikelfilter 24 wird intermittierend in sog. Regenerationsvorgängen von angesammelten Partikeln gereinigt. Dazu wird auf ein von einem Steuergerät 30 ausgegebenes Steuersignal 36 mittels einer Heizvorrichtung die Temperatur des Partikelfilters 24 über die Zündtemperatur der Rußpartikel angehoben. Alternativ kann auch eine Betriebspunktverstellung an der Brennkraftmaschine zur Abgastemperaturerhöhung erfolgen (gestrichelte Linie) . Bei ausreichender Sauerstoffkonzentration im Abgas 20 erfolgt dann ein spontaner Abbrand der im Partikelfilter 24 eingespeicherten Rußpartikel.
Das Steuergerät 30 enthält eine Recheneinheit 32, die auf Basis verschiedener, in Fig. 1 gemeinsam mit 40 bezeichneter Betriebsparameter den Luftbedarf Lcalc der Brennkraftmaschine 10 berechnet. Dazu wird ein Lasterfassungsmodell verwendet. Solche Modelle, die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, z.B. Drehzahl, Druck im Ansaugtrakt, zugeführte Kraftstoffmasse, Drosselklappenstellung, Betriebstemperatur o.a., auswerten und den Luftbedarf, der beim Betriebspunkt zu erwarten ist, ausgegeben, sind dem Fachmann bekannt. Die Betriebspara- meter 40 umfassen beispielsweise den Umgebungsdruck und die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine oder dergleichen.
Das Steuergerät 30 ist mit einem in Ansaugtrakt 18 angeordneten Luftmassenstromsensor 26 verbunden, der einen durch den Ansaugtrakt strömenden Ist-Luftmassenstrom misst und ein entsprechendes Signal 38 an das Steuergerät 30 liefert. Ein Messwert Lexp für den Ist-Luftmassenstrom wird einerseits der Recheneinheit 32 zugeleitet, um gegebenenfalls das Lasterfassungsmodell an die aktuellen Bedingungen anzupassen. Anderer- seits wird er zusammen mit dem errechneten Luftbedarf Lcalc einer Auswerteeinheit 34 zugeführt, die, wie weiter unten genauer beschrieben, auf Grundlage beider Größen entscheidet, ob ein Regenerierungsvorgang für den Partikelfilter 24 eingeleitet werden soll.
Zur Ermittlung der optimalen Regenerierungszeitpunkte für den Partikelfilter 24 wird zunächst das Lasterfassungssystem für einen leeren bzw. einen frisch gereinigten Partikelfilter 24 durch die Recheneinheit 32 adaptiert und ein Schwellenwert Lthres festgelegt, dessen Bedeutung anhand der nachfolgenden Beschreibung deutlich wird. Im Betrieb der Brennkraftmaschine 10 wird dann das in Fig. 2 als Flussdiagramm dargestellte Verfahren in einem Schritt S10 gestartet.
In einem Schritt S12 berechnet zunächst die Recheneinheit 32 anhand des Lasterfassungsmodells den aktuellen Luftbedarf Lcalc der Brennkraftmaschine 10 für die momentanen Betriebsparameter 40. In einem Schritt S14 wird aus dem Signal 38 des Luftmassenstromsensors 26 der Ist-Wert Lexp des Luftmassenstroms im Ansaugtrakt 18 ermittelt und dem Steuergerät 30 zugeführt.
Die Auswerteeinheit 34 erhält im Steuergerät 30 als Eingangsgrößen den berechneten Luftmassenbedarf Lcalc und den gemessenen Luftmassenstrom Lexp und bestimmt in einem Schritt S16 die betragsmäßige Abweichung beider Werte,
ΔL = | Lcalc - Lexp |
In einem Schritt S18 wird die Abweichung ΔL mit einem vorbestimmten Schwellenwert Lthres verglichen. Ist die Abweichung kleiner als der Schwellenwert, wird keine Aktion durchgeführt. Das Verfahren kehrt dann zurück zu Schritt S12, in dem es erneut den Luftbedarf für die aktuellen Betriebsparameter errechnet .
Ist die Abweichung ΔL größer als der Schwellenwert Lthres, so wird der Partikelfilter 24 als verstopft gewertet und es wird in einem Schritt S20 eine Regenerierung des Partikelfil- ters 24 eingeleitet. Das Verfahren endet dann im Schritt S22 Die Durchführung der Regenerierung selbst ist im Stand der Technik bekannt und wird daher nicht näher erläutert.
Nachdem die Regenerierung des Partikelfilters 24 erfolgreich beendet wurde, wird eine Anpassung des Lasterfassungsmodells an den neuen Zustand des Partikelfilters 24 vorgenommen. Liefert diese Anpassung des Lasterfassungsmodells oder seiner Komponenten ein unplausibles Ergebnis, so wird eine Fehler- meidung ausgegeben. Andernfalls wird das in Fig. 2 dargestellte Verfahren erneut gestartet.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Regenerierung eines Partikelfilters, der im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, Partikel aus im Abgaskanal strömendem Abgas filtert und im laufenden Betrieb intermittierend regeneriert wird, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der der Brennkraftmaschine zugeführte Ist-Luftmassenstrom gemessen wird, der beim aktu- eilen Betriebspunkt zu erwartende Luftbedarf der Brennkraftmaschine ermittelt wird und eine Regenerierung des Partikelfilters auf Grundlage einer Abweichung zwischen Luftmassenstrom und Luftbedarf eingeleitet wird.
2. Verfahren Anspruch 1, dadur.ch gekennzeichnet, dass eine Regenerierung ausgelöst wird, wenn die Abweichung des Ist- Luftmassenstroms vom berechneten Luftbedarf einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
3. Verfahren nach einem der' obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftbedarf unter Zugrundelegung eines leeren oder gereinigten Partikelfilters ermittelt wird.
4. Verfahren zur Regenerierung eines Partikelfilters, der im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, Partikel aus im Abgaskanal strömendem Abgas filtert und im laufenden Betrieb intermittierend regeneriert wird, a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass der der Brennkraftmaschine zugeführte Ist-Luftmassenstrom gemessen wird, ein Modell zur Ermittlung des beim aktuellen Betriebspunkt zu erwartenden
Luftbedarfs an den Ist-Luftmassenstrom adaptiert wird und eine Regenerierung des Partikelfilters eingeleitet wird, wenn das Modell nach der Adaption außerhalb vorbestimmter Parameterbereiche liegt.
5. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modell an den Ist-Luftmassenstrom a- daptiert wird, indem mindestens ein Korrekturwert geeignet gesetzt werden, und eine Regenerierung ausgelöst wird, wenn der Korrekturwert vorbestimmte Bereiche verlässt.
6. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des Luftbedarfs andere Einflussgrößen auf den Luftbedarf als die Partikelbeladung des Partikelfilters berücksichtigt werden insbesondere der Umgebungsdruck und Bauteiltoleranzen.
7. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Luftbedarfs und die Entscheidung, ob eine Regenerierung ausgelöst wird, nur an diskreten Betriebspunkten der Brennkraftmaschine erfolgt.
8. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Steuerung der Brennkraftmaschine ein Luftbedarf berechnet wird, wobei ein teilweise beladener Partikelfilter zugrundegelegt wird.
9. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der der Brennkraftmaschine zugeführten Ist-Luftmassenstrom durch eine in einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine angeordnete Luftmassen-Messeinrichtung o- der einen in dem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordneten Drucksensor ermittelt wird.
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