WO2013068370A1 - Verfahren und system für einen abgaspartikelfilter - Google Patents

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particulate
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Johannes Ante
Markus Herrmann
Willibald Reitmeier
Denny SCHÄDLICH
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method and a system having the features of the independent claims.
  • the invention relates to a method and system for operating an exhaust particulate filter for a motor vehicle.
  • Motor vehicles equipped with a diesel engine are increasingly equipped with a particle filter for the retention of soot particles, which can arise during the combustion of diesel fuel.
  • a wall-flow filter is often used. To the filtered out
  • Silicon carbide (SIC) coated allow a catalytically assisted regeneration.
  • the regeneration can be passive if the exhaust gas, and thus the filter, reaches a sufficiently high temperature, which can take place, for example, in the predominant motorway operation of the motor vehicle.
  • the motor vehicle over a longer
  • the invention is based on the object, a method and a system for improved operation of a regenerable
  • An inventive method for determining a regeneration phase of an exhaust particulate filter for an internal combustion engine includes steps of detecting an increased exhaust gas temperature, sensing a signal of a sensor for detecting the particulate content in the exhaust gas stream exiting the exhaust particulate filter, detecting that the particulate content is increased, and determining the regeneration phase.
  • a temperature of the filter is characteristically high, so that it is possible to deduce from the temperature to a regeneration phase.
  • a filter performance of the particulate filter decreases, so that soot particles in the exhaust gas stream, which flow from the
  • Particle filter exits can be detected.
  • a concentration of particles in the exhaust gas is then about 0-10 mg per cubic meter
  • This determination can be used advantageously for diagnostic purposes and for controlling an operation of both the internal combustion engine and the particle filter, for example, it may be easier to control the ash charge of the particle filter.
  • a decrease in the increase in particulate content in the exhaust gas stream exiting the exhaust particulate filter is detected within a predetermined period of time after the increase. Within about 10 minutes, the increase should have fallen back to almost zero. By observing this criterion, the determination of the generation phase with further improved accuracy and quality.
  • the method may be used to terminate active regeneration of the exhaust particulate filter.
  • the method may be used to terminate active regeneration of the exhaust particulate filter.
  • Exhaust particulate filter to stimulate regeneration be terminated.
  • the injection of fuel may thus be performed at a time when the regeneration is actually completed.
  • the period during which fuel is injected can be shortened and fuel saved. In this way, an environmental impact of the injected fuel can be kept low.
  • the exhaust particulate filter is subject to interference, although the elevated temperature and also an increased particulate content can be detected
  • Particle content does not fall within the predetermined period back to a value close to zero.
  • an improved functional control of a motor vehicle with internal combustion engine and exhaust gas particulate filter can be performed. Pollutant emissions of the motor vehicle or its internal combustion engine can be kept low, which can reduce environmental pollution.
  • the particular regeneration phase can also be used for improved operation of the internal combustion engine.
  • a first particulate content of the exhaust gas stream entering the exhaust particulate filter is based on an operating model for the internal combustion engine and a second particulate content of the exhaust gas stream exiting the exhaust particulate filter based on the signal of the exhaust gas particulate filter
  • Soot sensor determines. Knowing the reduced filter performance of the exhaust particulate filter, the particular particulate levels or emissions can be compared. The specific emissions may be mutually consistent if an anticipated raw emissions, which would be expected under the reduced retention capacity due to the second particulate matter, coincides with the first particulate matter content.
  • a parameter of the operating model can thus be made plausible against the sensor signal.
  • the operating model or its parameters can be checked, so that the plausibility or reliability of the operating model can be increased.
  • a parameter of the operating model may be adjusted to reduce a difference between the expected raw emissions and the first particulate content.
  • a disturbance of the sensor can also be determined if the expected raw emission does not coincide with the specific second particle content.
  • a diagnosis of the sensor can be carried out without additional components in the To use area of the internal combustion engine or the exhaust particulate filter.
  • a raw emission of the internal combustion engine can also be determined on the basis of the determined regeneration phase of the exhaust gas particulate filter.
  • the raw emission that is to say the particle content of the exhaust gas stream which enters the exhaust gas particulate filter, is determined for this purpose on the basis of the sensor signal and a reduced retention capacity of the exhaust gas particulate filter during the regeneration phase.
  • the regeneration phase of the exhaust particulate filter can be used to carry out a measurement of the raw emission based on a measurement instead of on a model.
  • the particular raw emission can be used to optimize the combustion state of the internal combustion engine in terms of improved power output or reduced emission of exhaust particulate matter.
  • the described methods and procedures may be expressed by a computer program product having program code means.
  • the computer program product can run on a processing device or be stored on a computer-readable data carrier.
  • a system for determining a regeneration phase of an exhaust gas particulate filter for an internal combustion engine comprises a temperature sensor for detecting an increased exhaust gas temperature, a sensor for detecting the particulate content in the exhaust gas flow emerging from the exhaust gas particulate filter and a processing device for determining the regeneration phase on the basis of the detected values.
  • the system is to be used advantageously for controlling and monitoring the internal combustion engine or the exhaust gas particulate filter.
  • Figure 2 shows time courses of a temperature and a
  • FIG. 3 is a flowchart of a first method
  • Figure 4 is a flowchart of a second method.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine 100 with a
  • the internal combustion engine 100 is preferably a diesel engine and in the illustrated embodiment has a number of auxiliary units that are not necessarily required for the function of the exhaust particulate filter 105.
  • the compressed air is cooled in an intercooler 120 before being provided to the engine 100.
  • the supplied air is mixed with fuel 130 by means of an injection system 125 and brought to combustion.
  • Via an exhaust tract 135 exits exhaust gas during combustion.
  • a portion of the exhaust gas is cooled by means of an exhaust gas cooler 140 and admixed by means of an exhaust gas recirculation valve 145 of the internal combustion engine 100 supplied air.
  • the remaining exhaust gas is passed to a pump stage of the turbocharger 115.
  • the exhaust gas 150 leaving the turbocharger 115 is directed to the exhaust particulate filter 105.
  • the exhaust particulate filter 105 is preferably designed for catalytically assisted regeneration and is catalytically coated, preferably with cordierite or silicon carbide. In the exhaust particulate filter 105, particulate matter from the exhaust gas 150 exiting the engine 100 is removed.
  • the removed particles must be removed from the exhaust particulate filter 105 at regular intervals.
  • a number of sensors may be mounted on the exhaust particulate filter 105, which may be used to control a regeneration phase.
  • a temperature sensor 155 and a first pressure sensor 160 are arranged in the feeding region of the exhaust-gas particle filter 105.
  • a second pressure sensor 165 and a soot sensor 170 for detecting a particulate content are mounted in the flow of exhaust gas 175 exiting the exhaust particulate filter 105.
  • the temperature sensor 155 may also be arranged in the discharging region or between the feeding and the discharging region of the exhaust gas particulate filter 105.
  • a differential sensor 180 a differential pressure between the inlet and the outlet side of the exhaust particulate filter 105 is determined.
  • a fuel injection 185 is provided in a region between the internal combustion engine 100 and the exhaust gas particulate filter 105 in order to lift off the temperature of the exhaust gas 150 and thus enable active regeneration of the exhaust gas particulate filter 105. Passive regeneration may occur when the engine 100 is operated with sufficient load such that the exhaust 150 heats the exhaust particulate filter 105 to a temperature required for regeneration even without the additional injection of fuel.
  • a control device 190 is provided whose connections to the sensors 155 to 170 and 180 from are not shown for reasons of clarity.
  • the controller 190 is also configured to control other operating conditions of the exhaust particulate filter 105.
  • the controller 190 is also configured to control a combustion state of the engine 100.
  • the control device 190 may be connected to further, illustrated and not shown, measuring and control elements on the internal combustion engine 100.
  • the control device 190 is set up, in particular, to determine when a regeneration phase of the exhaust-gas particle filter 105 takes place or has been completed based on the temperature recorded by the temperature sensor 155 and a particulate content in the exhaust gas 175 recorded by the soot sensor 170.
  • FIG. 2 shows a diagram 200 with temporal profiles of values on the exhaust gas particle filter 105 from FIG. 1.
  • a time In the horizontal direction is a time and in the vertical direction a temperature and a particle content are generally indicated.
  • a first profile of a temperature 205 relates to the temperature of the exhaust gas particle filter 105.
  • a second profile of a particle content 210 relates to the mass of
  • Particles present in a predetermined volume of exhaust gas 175 exiting the exhaust particulate filter 105 are present.
  • a regeneration phase 215 of the exhaust particulate filter 105 takes place.
  • the regeneration phase 215 may be passive during normal operation of the engine 100 or active by injecting fuel via the fuel injection 185.
  • the temperature 205 of the exhaust particulate filter 105 is increased, that is, significantly above a value that prevails outside of the regeneration phase 215.
  • the regeneration phase 215 typically requires an exhaust gas temperature in the range of about 500-550 ° C. At low load, however, the internal combustion engine 100 can achieve substantially lower exhaust-gas temperatures of about 200 ° C., so that the regeneration of the exhaust-gas particle filter 105 can not take place.
  • the exhaust gas temperature can reach values of about 700-800 ° C when the rated power is delivered by the internal combustion engine 100, so that the regeneration can take place for the duration of such a load. Whether the regeneration is completely completed can not or only badly be determined on the basis of the exhaust gas temperature alone.
  • the particle content 210 has a very low value near zero outside the regeneration phase 215. Only shortly before the end of the regeneration phase 215 does the particle content 210 increase and, after about 10 minutes, falls back to the old value close to zero.
  • the increase may be up to 10 mg per cubic meter of exhaust gas 175 exiting the exhaust particulate filter 105 depending on a particulate content in the exhaust gas 150 supplied to the exhaust particulate filter 105.
  • the regeneration phase 215 or its end can be determined. Based on this determination, various functions of the engine 100 or the exhaust particulate filter 105 can be controlled in an improved manner.
  • FIG. 3 shows a flow chart 300 of a first method.
  • the method 300 comprises a plurality of variants, with the aid of which it will be shown below which determination and control processes can be carried out on the internal combustion engine 100 or the exhaust gas particle filter 105 from FIG. 1 on the basis of the relationships shown in FIG.
  • the method 300 is set up in particular for execution on the control device 190 from FIG.
  • an increased exhaust gas temperature 205 is determined.
  • the detected temperature may be the incoming exhaust gas 150, the exiting exhaust gas 175, or the exhaust gas within the exhaust gas
  • Soot sensor 170 detected, which indicates the particulate content 210 of the exiting exhaust gas 175.
  • a step 315 based on this signal, an increase in the particle content 210 in the exiting exhaust gas 175 is detected.
  • the increase in the particulate content 210 indicates a beginning of the regeneration phase 215 of the exhaust particulate filter 105.
  • Step 320 it is then waited until the particle content 210 has fallen off again.
  • Step 320 may be used for a diagnosis of the exhaust particulate filter 105. Does that fall
  • Particle content 210 is not within a predetermined time, usually about 10 minutes, to a value close to zero, it can be assumed that a disturbance of the exhaust particulate filter 105 is present. The method 300 may be terminated in this case. Otherwise, it is determined in a step 325 that the regeneration phase 215 has ended based on the decrease in the particle content 210.
  • a fuel injection into the exhaust tract of the internal combustion engine 100 may be terminated, if this was carried out for the active initiation of the regeneration phase 215.
  • the function of the soot sensor 170 can be checked during the regeneration phase 215.
  • a step 335 following the step 315, in which an increased particle content 210 is determined, a combustion state of the internal combustion engine 100 is changed to vary a particulate content or a temperature in the incoming exhaust gas 150.
  • FIG. 4 shows a flow chart of a further method 400, by means of which further procedures are to be described, which can be carried out on the basis of the determination of the regeneration phase 215 on the internal combustion engine 100 or the exhaust gas particle filter 105 from FIG.
  • the introductory steps 305 to 325 are taken from the method 300 described above.
  • a raw emission of the internal combustion engine 100 is determined.
  • the raw emission corresponds to the particulate content in the exhaust gas 150, which emanates from the internal combustion engine 100 and enters the exhaust particulate filter 105.
  • the raw emission is determined based on an operation model of the engine 100. In this case, operating parameters of the internal combustion engine 100 are used to determine a quantity for the raw emission of the internal combustion engine 100 on the basis of a mathematical model.
  • another soot sensor 170 is provided in the region of the exhaust gas flow 150 entering the exhaust gas particulate filter 105 (not shown in FIG. 1), and the raw emission is determined on the basis of the sensor signal of the further soot sensor 170.
  • the emission of the exhaust gas flow 175 exiting from the exhaust gas particulate filter 105 is determined on the basis of the sensor signal of the soot sensor 170. Steps 410 and 415 may also be reversed in their order.
  • the two emissions determined in steps 405 and 410 can now be compared.
  • Retention performance of the exhaust particulate filter 105 is expected and whether this raw emission coincides with the determined in step 405 raw emissions. Since the exhaust particulate filter 105 discharges particles into the exiting exhaust gas 175 only between the rise and the new fall of the particulate content 210, the described determination is possible only in this period.
  • a parameter of the operating model of the step 405 is changed in order to adapt the operating model such that the emission values correspond to each other, as described above.
  • the engine 100 may be controlled in a step 425 using the improved operating model.
  • the method 400 is cycled in order to be able to continuously improve the operating model.
  • the methods explained with reference to FIGS. 3 and 4 can also be combined with one another to derive multiple benefits from the determined values.

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Abstract

Ein System zur Bestimmung einer Regenerationsphase eines Abgaspartikelfilters (105) für einen Verbrennungsmotor (100), umfasst einen Temperatursensor (155) zur Erfassung einer erhöhten Abgastemperatur, einen Sensor (170) zur Erfassung des Partikelgehalts in dem aus dem Abgaspartikelfilter austretenden Abgasstrom und eine Verarbeitungseinrichtung (190) zur Bestimmung der Regenerationsphase auf der Basis der erfassten Werte. Ein Verfahren zum Bestimmen einer Regenerationsphase eines Abgaspartikelfilters für einen Verbrennungsmotor umfasst Schritte des Erfassens einer erhöhten Abgastemperatur (205), des Abtastens eines Signals eines Sensors (170) zum Erfassen des Partikelgehalts in dem aus dem Abgaspartikelfilter (105) austretenden Abgasstrom, des Erfassens, dass der Partikelgehalt erhöht ist, und des Bestimmens der Regenerationsphase.

Description

Beschreibung
Verfahren und System für einen Abgaspartikelfilter Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren und ein System für den Betrieb eines Abgaspartikelfilters für ein Kraftfahrzeug. Kraftfahrzeuge, die mit einem Dieselmotor ausgestattet sind, werden in zunehmenden Maße mit einem Partikelfilter zur Rückhaltung von Rußpartikeln ausgerüstet, die bei der Verbrennung von Dieselkraftstoff entstehen können. Zum Entfernen der Partikel aus dem Abgasstrom des Verbrennungsmotors wird häufig ein Wandstromfilter verwendet. Um die ausgefilterten
Rußpartikel aus dem Wandstromfilter wieder zu entfernen, ist eine Regeneration des Partikelfilters erforderlich.
Wandstromfilter, die beispielsweise mit Cordierit oder
Siliciumcarbid (SIC) beschichtet sind, erlauben eine katalytisch unterstützte Regeneration. Die Regeneration kann einerseits passiv erfolgen, falls das Abgas, und damit der Filter, eine ausreichend hohe Temperatur erreicht, was beispielsweise im überwiegenden Autobahnbetrieb des Kraftfahrzeugs erfolgen kann. Andererseits kann, wenn das Kraftfahrzeug über eine längere
Zeitdauer unter nur geringer Last betrieben wird, eine aktive Regeneration ausgelöst werden, indem Kraftstoff in das Abgas eingespritzt und verbrannt wird, um dessen Temperatur zu erhöhen . DE 10 2009 026 753 AI zeigt eine Abgassteuerungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die einen Partikelfilter der beschriebenen Art unterstützt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein System zum verbesserten Betrieb eines regenerierbaren
Partikelfilters für einen Verbrennungsmotor anzugeben. Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen von Anspruch 1 und eines Systems mit den Merkmalen von Anspruch 10. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder .
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Bestimmen einer Regenerationsphase eines Abgaspartikelfilters für einen Verbrennungsmotor umfasst Schritte des Erfassens einer erhöhten Abgastemperatur, des Abtastens eines Signals eines Sensors zum Erfassen des Partikelgehalts in dem aus dem Abgaspartikelfilter austretenden Abgasstrom, des Erfassens, dass der Partikelgehalt erhöht ist, und des Bestimmens der Regenerationsphase.
Während der katalytisch unterstützten Regeneration eines Partikelfilters, insbesondere eines Dieselrußpartikelfilters mit Cordierit-Beschichtung, liegt eine Temperatur des Filters charakteristisch hoch, so dass bereits aus der Temperatur auf eine Regenerationsphase geschlossen werden kann. Gegen Ende der Regenerationsphase sinkt eine Filterleistung des Partikelfilters ab, so dass Rußpartikel in dem Abgasstrom, der aus dem
Partikelfilter austritt, nachgewiesen werden können. Man spricht dabei von einem „Soot-Schlupf" . Je nach Rohemission des Verbrennungsmotors liegt eine Konzentration von Partikeln im Abgas dann bei ca. 0-10 mg pro Kubikmeter. Durch Betrachten sowohl der Temperatur als auch des Partikelgehalts im austretenden Abgasstrom kann mit verbesserter Sicherheit und guter zeitlicher Auflösung die Regenerationsphase bzw. deren Ende bestimmt werden. Diese Bestimmung lässt sich zu Diagnosezwecken und zur Steuerung eines Betriebs sowohl des Verbrennungsmotors als auch des Partikelfilters vorteilhaft nutzen. Beispielsweise kann so eine Kontrolle der Aschebeladung des Partikelfilters erleichtert sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Rückgang der Erhöhung des Partikelgehalts in dem aus dem Abgaspartikelfilter austretenden Abgasstrom innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne nach der Erhöhung erfasst. Innerhalb von circa 10 Minuten sollte die Erhöhung wieder bis auf nahe Null abgefallen sein. Durch Beachten dieses Kriteriums kann die Bestimmung der Re- generationsphase mit weiter verbesserter Genauigkeit und Qualität bestimmt werden.
Beispielsweise kann das Verfahren verwendet werden, um eine aktive Regeneration des Abgaspartikelfilters zu beenden. Dazu kann nach Bestimmen des Endes der Regenerationsphase ein Einspritzen von Kraftstoff in den Abgasstrom, um den
Abgaspartikelfilter zur Regeneration anzuregen, beendet werden. Das Einspritzen von Kraftstoff kann so zu einem Zeitpunkt durchgeführt werden, zu dem die Regeneration tatsächlich abgeschlossen ist. Die Zeitdauer, während derer Kraftstoff eingespritzt wird, kann dadurch verkürzt und Kraftstoff eingespart werden. Auf diese Weise kann eine Umweltbelastung durch den eingespritzten Kraftstoff gering gehalten werden.
In einer weiteren Ausführungsform kann auf der Basis der Bestimmung der Regenerationsphase bestimmt werden, ob der Sensor für den Partikelgehalt einer Störung unterliegt. Beispielsweise kann, während der Partikelgehalt erhöht ist, weil die Fil- terleistung des Abgaspartikelfilters gegen Ende der Regenerationsphase verringert ist, ein Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors variiert werden, um den Gehalt von Partikeln in dem in den Abgaspartikelfilter eintretenden Abgasstrom zu variieren. Folgt das Sensorsignal dieser Variation nicht oder nur unzureichend, kann auf eine Störung des Sensors geschlossen werden .
Es kann auch bestimmt werden, dass der Abgaspartikelfilter einer Störung unterliegt, falls zwar die erhöhte Temperatur und auch ein erhöhter Partikelgehalt erfasst werden können, der
Partikelgehalt jedoch nicht innerhalb der vorbestimmten Zeitspanne wieder auf einen Wert nahe Null absinkt.
Durch die verbesserte Diagnose des Sensors bzw. des Abgas- partikelfilters kann eine verbesserte Funktionskontrolle eines Kraftfahrzeugs mit Verbrennungsmotor und Abgaspartikelfilter durchgeführt werden. Ein Schadstoffausstoß des Kraftfahrzeugs bzw. dessen Verbrennungsmotors kann gering gehalten werden, wodurch eine Umweltbelastung sinken kann.
Die bestimmte Regenerationsphase kann auch zum verbesserten Betrieb des Verbrennungsmotors verwendet werden. In einer weiteren Ausführungsform werden ein erster Partikelgehalt des Abgasstroms, der in den Abgaspartikelfilter eintritt, auf der Basis eines Betriebsmodells für den Verbrennungsmotor, und ein zweiter Partikelgehalt des Abgasstroms, der aus dem Abgas- partikelfilter austritt, auf der Basis des Signals des
Soot-Sensors bestimmt. In Kenntnis der verringerten Filterleistung des Abgaspartikelfilters können die bestimmten Partikelgehalte bzw. Emissionen miteinander verglichen werden. Die bestimmten Emissionen können einander entsprechen, falls sich eine voraussichtliche Rohemission, die unter der verringerten Rückhalteleistung aufgrund des zweiten Partikelgehalts zu erwarten wäre, mit dem ersten Partikelgehalt deckt.
Ein Parameter des Betriebsmodells kann so gegenüber dem Sen- sorsignal plausibilisiert werden. Dadurch kann das Betriebsmodell bzw. dessen Parameter überprüft werden, so dass die Plausibilität bzw. Zuverlässigkeit des Betriebsmodells gesteigert sein kann. In einer Ausführungsform kann ein Parameter des Betriebsmodells angepasst werden, um eine Differenz zwischen der erwarteten Rohemission und dem ersten Partikelgehalt zu verringern. Dadurch kann das Betriebsmodell des Verbrennungsmotors verbessert werden, so dass der Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors besser gesteuert werden kann, um eine effizientere Verbrennung oder einen geringeren Ausstoß von Partikeln im Abgasstrom zu erzielen .
Umgekehrt kann auch eine Störung des Sensors bestimmt werden, falls sich die die voraussichtliche Rohemission nicht mit dem bestimmten zweiten Partikelgehalt deckt. So kann eine Diagnose des Sensors durchgeführt werden, ohne zusätzliche Komponenten im Bereich des Verbrennungsmotors oder des Abgaspartikelfilters einsetzen zu müssen.
In einer Variante des Verfahrens kann auf der Basis der bestimmten Regenerationsphase des Abgaspartikelfilters auch eine Rohemission des Verbrennungsmotors bestimmt werden. Die Rohemission, also der Partikelgehalt des Abgasstroms, der in den Abgaspartikelfilter eintritt, wird hierzu auf der Basis des SensorSignals und einer während der Regenerationsphase verringerten Rückhalteleistung des Abgaspartikelfilters bestimmt. So kann die Regenerationsphase des Abgaspartikelfilters dafür genutzt werden, eine auf einer Messung statt auf einem Modell basierende Bestimmung der Rohemission durchzuführen. Die bestimmte Rohemission kann dazu verwendet werden, den Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors im Sinne einer verbesserten Leistungsabgabe oder einer verringerten Emission von Abgaspartikeln zu optimieren .
Die beschriebenen Verfahren und Vorgehensweisen können durch ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln ausgedrückt sein. Das Computerprogrammprodukt kann auf einer Verarbeitungseinrichtung ablaufen oder auf einem computerlesbaren Datenträger abgespeichert sein.
Ein erfindungsgemäßes System zur Bestimmung einer Regenerationsphase eines Abgaspartikelfilters für einen Verbrennungsmotor umfasst einen Temperatursensor zur Erfassung einer erhöhten Abgastemperatur, einen Sensor zur Erfassung des Partikelgehalts in dem aus dem Abgaspartikelfilter austretenden Abgasstrom und eine Verarbeitungseinrichtung zur Bestimmung der Regenerationsphase auf der Basis der erfassten Werte.
Das System ist zur Steuerung und Überwachung des Verbren- nungsmotors oder des Abgaspartikelfilters vorteilhaft zu verwenden . Kurze Beschreibung der Figuren
Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
Figur 1 einen Verbrennungsmotor mit Abgaspartikelfilter;
Figur 2 zeitliche Verläufe einer Temperatur und eines
Partikelausstoßes am Abgaspartikelfilter von Figur 1;
Figur 3 ein Ablaufdiagramm eines ersten Verfahrens; und
Figur 4 ein Ablaufdiagramm eines zweiten Verfahrens darstellt.
Genaue Beschreibung von Ausführungsformen
Figur 1 zeigt einen Verbrennungsmotor 100 mit einem
Abgaspartikelfilter 105. Der Verbrennungsmotor 100 ist bevorzugterweise ein Dieselmotor und verfügt in der dargestellten Ausführungsform über eine Anzahl Zusatzaggregate, die für die Funktion des Abgaspartikelfilters 105 nicht unbedingt erforderlich sind.
Über einen Ansaugkanal 110 tritt Frischluft ein, die in einer Kompressionsstufe eines Turboladers 115 komprimiert wird. Die komprimierte Luft wird in einem Zwischenkühler 120 abgekühlt, bevor sie dem Verbrennungsmotor 100 bereitgestellt wird. Im Verbrennungsmotor 100 wird die zugeführte Luft mittels eines Einspritzsystems 125 mit Kraftstoff 130 vermengt und zur Verbrennung gebracht. Über einen Abgastrakt 135 tritt bei der Verbrennung entstehendes Abgas aus. Ein Teil des Abgases wird mittels eines Abgaskühlers 140 abgekühlt und mittels eines Abgasrückführungsventils 145 der dem Verbrennungsmotor 100 zugeführten Luft beigemengt. Das restliche Abgas wird an eine Pumpenstufe des Turboladers 115 geleitet. Das aus dem Turbolader 115 austretende Abgas 150 wird an den Abgaspartikelfilter 105 geleitet. Der Abgaspartikelfilter 105 ist vorzugsweise zur katalytisch unterstützten Regeneration eingerichtet und ist katalytisch beschichtet, vorzugsweise mit Cordierit oder Siliciumcarbid . Im Abgaspartikelfilter 105 werden Partikel aus dem Abgas 150, das aus dem Verbrennungsmotor 100 austritt, entfernt.
Die entfernten Partikel müssen in regelmäßigen Abständen aus dem Abgaspartikelfilter 105 entfernt werden. Zur Steuerung dieses Vorgangs kann eine Anzahl Sensoren am Abgaspartikelfilter 105 angebracht sein, die zur Steuerung einer Regenerationsphase verwendet werden können. In der Darstellung von Figur 1 sind im zuführenden Bereich des Abgaspartikelfilters 105 ein Tempe- ratursensor 155 und ein erster Drucksensor 160 angeordnet. In einem abführenden Bereich des Abgaspartikelfilters 105 sind ein zweiter Drucksensor 165 und ein so genannter Soot-Sensor 170 zum Erfassen eines Partikelgehalts in dem aus dem Abgaspartikelfilter 105 austretenden Strom von Abgas 175 angebracht. Der Temperatursensor 155 kann auch im abführenden Bereich oder zwischen dem zuführenden und dem abführenden Bereich des Abgaspartikelfilters 105 angeordnet sein. Mittels eines Differenzgebers 180 wird ein Differenzdruck zwischen der Eintrittsund der Austrittsseite des Abgaspartikelfilter 105 bestimmt.
Außerdem ist in einem Bereich zwischen dem Verbrennungsmotor 100 und dem Abgaspartikelfilter 105 eine Kraftstoffeinspritzung 185 vorgesehen, um die Temperatur des Abgases 150 abzuheben und so eine aktive Regeneration des Abgaspartikelfilter 105 zu er- möglichen. Eine passive Regeneration kann erfolgen, wenn der Verbrennungsmotor 100 mit ausreichender Last betrieben wird, so dass das Abgas 150 den Abgaspartikelfilter 105 auch ohne das zusätzliche Einspritzen von Kraftstoff auf eine Temperatur erwärmt, die zur Regeneration erforderlich ist.
Um insbesondere die aktive Regeneration des Abgaspartikelfilters 105 zu steuern, ist eine Steuereinrichtung 190 vorgesehen, deren Verbindungen zu den Sensoren 155 bis 170 sowie 180 aus Über- sichtlichkeitsgründen nicht dargestellt sind. In einigen Ausführungsformen ist die Steuereinrichtung 190 auch für die Steuerung weiterer Betriebszustände des Abgaspartikelfilters 105 eingerichtet. In noch einer weiteren Ausführungsform ist die Steuereinrichtung 190 auch zur Steuerung eines Verbrennungszustands des Verbrennungsmotors 100 eingerichtet. Dazu kann die Steuereinrichtung 190 mit weiteren, dargestellten und nicht dargestellten Mess- und Stellgliedern am Verbrennungsmotor 100 verbunden sein.
Die Steuereinrichtung 190 ist insbesondere dazu eingerichtet, anhand der mittels des Temperatursensors 155 aufgenommenen Temperatur und eines mittels des Soot-Sensors 170 aufgenommenen Partikelgehalts im Abgas 175 zu bestimmen, wann eine Regene- rationsphase des Abgaspartikelfilters 105 erfolgt bzw. abgeschlossen ist .
Figur 2 zeigt ein Diagramm 200 mit zeitlichen Verläufen von Werten am Abgaspartikelfilter 105 aus Figur 1. In horizontaler Richtung ist eine Zeit und in vertikaler Richtung sind gualitativ eine Temperatur und ein Partikelgehalt angetragen.
Ein erster Verlauf einer Temperatur 205 bezieht sich auf die Temperatur des Abgaspartikelfilters 105. Ein zweiter Verlauf eines Partikelgehalts 210 bezieht sich auf die Masse von
Partikeln, die in einem vorbestimmten Volumen von Abgas 175 das aus dem Abgaspartikelfilter 105 austritt, vorhanden sind.
Zwischen einem Zeitpunkt tl und einem Zeitpunkt t2 findet eine Regenerationsphase 215 des Abgaspartikelfilters 105 statt. Die Regenerationsphase 215 kann passiv im normalen Betrieb des Verbrennungsmotors 100 oder aktiv durch Einspritzen von Kraftstoff mittels der Kraftstoffeinspritzung 185 erfolgen. Während der Regenerationsphase 215 ist die Temperatur 205 des Abgaspartikelfilters 105 erhöht, liegt also merklich über einem Wert, der außerhalb der Regenerationsphase 215 vorherrscht. Die Regenerationsphase 215 erfordert üblicherweise eine Abgastemperatur im Bereich von ca. 500-550°C. Bei geringer Last kann der Verbrennungsmotor 100 jedoch wesentlich niedrigere Abgastemperaturen von ca. 200°C erreichen, so dass die Rege- neration des Abgaspartikelfilters 105 nicht erfolgen kann. Andererseits kann die Abgastemperatur bei Abgabe der Nennleistung durch den Verbrennungsmotor 100 Werte von ca. 700-800°C erreichen, so dass für die Dauer einer solchen Belastung die Regeneration stattfinden kann. Ob die Regeneration vollständig abgeschlossen ist, lässt sich anhand der Abgastemperatur alleine nicht oder nur schlecht bestimmen.
Der Partikelgehalt 210 weist außerhalb der Regenerationsphase 215 einen sehr geringen Wert nahe Null auf. Lediglich kurz vor Ende der Regenerationsphase 215 steigt der Partikelgehalt 210 an und fällt nach ca. 10 Minuten wieder auf den alten Wert nahe Null zurück. Der Anstieg kann in Abhängigkeit eines Partikelgehalts im Abgas 150, das dem Abgaspartikelfilter 105 zugeführt wird, bis zu 10 mg pro Kubikmeter Abgas 175, das aus dem Abgaspartikelfilter 105 austritt, betragen.
Durch das Ansteigen des Partikelgehalts 210, während die Temperatur 205 erhöht ist, lässt sich die Regenerationsphase 215, bzw. deren Ende, bestimmen. Auf der Basis dieser Bestimmung lassen sich unterschiedliche Funktionen am Verbrennungsmotor 100 oder dem Abgaspartikelfilter 105 in verbesserter Weise steuern.
Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm 300 eines ersten Verfahrens . Das Verfahren 300 umfasst mehrere Varianten, anhand derer im folgenden aufgezeigt wird, welche Bestimmungs- und Steuervorgänge am Verbrennungsmotor 100 bzw. dem Abgaspartikelfilter 105 aus Figur 1 auf der Basis der in Figur 2 dargestellten Zusammenhänge durchführbar sind. Das Verfahren 300 ist insbesondere zur Ausführung auf der Steuereinrichtung 190 aus Figur 1 eingerichtet.
In einem ersten Schritt 305 wird eine erhöhte Abgastemperatur 205 bestimmt. In Abhängigkeit der Position des Temperatursensors 155 kann die erfasste Temperatur das eintretende Abgas 150, das austretende Abgas 175 oder das Abgas innerhalb des
Abgaspartikelfilters 105 betreffen. Anschließend wird in einem Schritt 310 ein Signal des
Soot-Sensors 170 erfasst, der auf den Partikelgehalt 210 des austretenden Abgases 175 hinweist.
In einem Schritt 315 wird auf der Basis dieses Signals ein Anstieg des Partikelgehalts 210 im austretenden Abgas 175 erfasst.
Verbunden mit dem Anstieg ist eine verringerte Rückhalteleistung des Abgaspartikelfilters 105. Der Anstieg des Partikelgehalts 210 weist auf einen Beginn der Regenerationsphase 215 des Abgaspartikelfilters 105 hin.
In einem Schritt 320 wird dann abgewartet, bis der Partikelgehalt 210 wieder abgefallen ist. Der Schritt 320 kann für eine Diagnose des Abgaspartikelfilters 105 genutzt werden. Fällt der
Partikelgehalt 210 nicht innerhalb einer vorbestimmten Zeit, üblicherweise circa 10 Minuten, auf einen Wert nahe Null zurück, so kann davon ausgegangen werden, dass eine Störung des Abgaspartikelfilters 105 vorliegt. Das Verfahren 300 kann in diesem Fall beendet werden. Andernfalls wird in einem Schritt 325 auf der Basis des Rückgangs des Partikelgehalts 210 bestimmt, dass die Regenerationsphase 215 beendet ist.
Nachdem das Ende der Regenerationsphase 215 bestimmt wurde, kann in einem optionalen Schritt 330 eine Kraftstoffeinspritzung in den Abgastrakt des Verbrennungsmotors 100 beendet werden, falls diese zur aktiven Einleitung der Regenerationsphase 215 durchgeführt wurde . In einer anderen Variante des Verfahrens 300 kann während der Regenerationsphase 215 der Soot-Sensor 170 in seiner Funktion überprüft werden. Dazu wird in einem Schritt 335, im Anschluss an den Schritt 315, in dem ein erhöhter Partikelgehalt 210 bestimmt wurde, ein Verbrennungszustand des Verbrennungsmotors 100 verändert, um einen Partikelgehalt oder eine Temperatur im eintretenden Abgas 150 zu variieren. In einem nachfolgenden Schritt 340 wird dann überprüft, ob der mittels des Soot-Sensors 170 erfasste Partikelgehalt 210 diese Änderung widerspiegelt. Tut er dies nicht, so kann von einem gestörten Soot-Sensor 170 ausgegangen werden.
Figur 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines weiteren Verfahrens 400, anhand dessen weitere Vorgehensweisen beschrieben werden sollen, die auf der Basis der Bestimmung der Regenerationsphase 215 am Verbrennungsmotor 100 bzw. dem Abgaspartikelfilter 105 aus Figur 1 durchgeführt werden können. Die einführenden Schritte 305 bis 325 sind aus dem oben beschriebenen Verfahren 300 übernommen.
In einem Schritt 405 wird eine Rohemission des Verbrennungsmotors 100 bestimmt. Die Rohemission entspricht dem Partikelgehalt im Abgas 150, das aus dem Verbrennungsmotor 100 aus- und in den Abgaspartikelfilter 105 eintritt. Die Rohemission wird auf der Basis eines Betriebsmodells des Verbrennungsmotors 100 bestimmt. Dabei werden Betriebsparameter des Verbrennungsmotors 100 dazu verwendet, anhand eines rechnerischen Modells eine Größe für die Rohemission des Verbrennungsmotors 100 zu bestimmen. In einer alternativen Ausführungsform ist ein weiterer Soot-Sensor 170 im Bereich des in den Abgaspartikelfilter 105 eintretenden Abgasstroms 150 vorgesehen (nicht in Figur 1 dargestellt) und die Rohemission wird auf der Basis des SensorSignals des weiteren Soot-Sensors 170 bestimmt. In einem anschließenden Schritt 410 wird die Emission des aus dem Abgaspartikelfilter 105 austretenden Abgasstroms 175 auf der Basis des Sensorsignals des Soot-Sensors 170 bestimmt. Die Schritte 410 und 415 können in ihrer Reihenfolge auch vertauscht sein .
Die beiden Emissionen, die in den Schritten 405 und 410 bestimmt wurden, können nun einander gegenüber gestellt werden. In einer ersten Variante des Verfahrens 400 wird in einem Schritt 415 bestimmt, dass der Soot-Sensor 170 einer Störung unterworfen ist, falls die beiden Emissionswerte einander nicht entsprechen. Dazu kann bestimmt werden, welche Rohemission auf der Basis des Signals des Soot-Sensors 170 in Kenntnis der verringerten
Rückhalteleistung des Abgaspartikelfilters 105 zu erwarten ist und ob sich diese Rohemission mit der im Schritt 405 bestimmten Rohemission deckt. Da der Abgaspartikelfilter 105 nur zwischen dem Anstieg und dem erneuten Abfall des Partikelgehalts 210 Partikel in das austretende Abgas 175 entlässt, ist die beschriebene Bestimmung nur in diesem Zeitabschnitt möglich.
In einer zweiten Variante des Verfahrens 400 wird in einem Schritt 420 ein Parameter des Betriebsmodells des Schritts 405 verändert, um das Betriebsmodell so anzupassen, dass die Emissionswerte einander entsprechen, wie oben beschrieben ist.
Anschließend kann der Verbrennungsmotor 100 in einem Schritt 425 mithilfe des verbesserten Betriebsmodells gesteuert werden. Vorteilhafterweise wird das Verfahren 400 zyklisch durchlaufen, um das Betriebsmodell kontinuierlich verbessern zu können. Die anhand der Figuren 3 und 4 erläuterten Verfahren können auch miteinander kombiniert werden, um mehrfachen Nutzen aus den bestimmten Werten zu ziehen.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren (300, 400) zum Bestimmen einer Regenerationsphase eines Abgaspartikelfilters (105) für einen Verbrennungs- motor (100), mit folgenden Schritten:
Erfassen (305) einer erhöhten Abgastemperatur;
Abtasten (310) eines Signals eines Sensors (170) zum Erfassen des Partikelgehalts (210) in dem aus dem Abgaspartikelfilter (105) austretenden Abgasstrom (175); - Erfassen (315), dass der Partikelgehalt (210) erhöht ist;
Bestimmen (325) der Regenerationsphase (215).
2. Verfahren (300, 400) nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Erfassen (320) eines Rückgangs der Erhöhung des
Partikelgehalts (210) in dem aus dem Abgaspartikelfilter
(105) austretenden Abgasstrom (175) innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne nach der Erhöhung.
3. Verfahren (300, 400) nach Anspruch 1 oder 2 , ferner umfassend den Schritt des Beendens (330) eines Einspritzens von
Kraftstoff in den Abgasstrom (150), um eine Anregung des Abgaspartikelfilters (105) zur Regeneration zu beenden.
4. Verfahren (300, 400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend den Schritt des Bestimmens (320) einer
Störung des Sensors (170), falls das Sensorsignal einer Änderung eines Verbrennungs zustands des Verbrennungsmotors (100) nicht entspricht. 5. Verfahren (300, 400) zum Steuern eines Verbrennungsmotors (100) mit einem Abgaspartikelfilter (105), folgende Schritte umfassend :
- Bestimmen (325) einer Regenerationsphase (215) das
Abgaspartikelfilters mittels eines Verfahrens (300, 400) nach einem der Ansprüche 1 bis 4;
- Bestimmen (410) eines ersten Partikelgehalts des Abgasstroms, der in den Abgaspartikelfilter eintritt, auf der Basis eines Betriebsmodells für den Verbrennungsmotor ;
Bestimmen (415) eines zweiten Partikelgehalts (210) des Abgasstroms, der aus dem Abgaspartikelfilter austritt, auf der Basis des ersten Partikelgehalts und einer während der Regenerationphase (215) verringerten Rückhalteleistung des Abgaspartikelfilters (105);
Plausibilisieren (415, 420) eines Parameters des Betriebsmodells gegenüber dem Sensorsignal auf der Basis eines Vergleichs des Sensorsignals mit dem bestimmten zweiten Partikelgehalt.
Verfahren (300, 400) nach Anspruch 5, wobei eine Störung des Sensors (170) bestimmt (415) wird, falls das Sensorsignal nicht dem bestimmten zweiten Partikelgehalt entspricht.
7. Verfahren (300, 400) nach Anspruch 5, ferner umfassend ein Anpassen (420) des Parameters. 8. Verfahren (300, 400) zum Steuern eines Verbrennungsmotors (100) mit einem Abgaspartikelfilter (105), folgende Schritte umfassend :
- Bestimmen (325) einer Regenerationsphase (215) das
Abgaspartikelfilters (105) mittels eines Verfahrens (300, 400) nach einem der Ansprüche 1 bis 4;
- Bestimmen (405) eines Partikelgehalts des Abgasstroms (150), der in den Abgaspartikelfilter (105) eintritt, auf der Basis des Sensorsignals und einer während der Regenerationphase (215) verringerten Rückhalteleistung des Abgaspartikelfilters (105).
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung eines der Verfahren (300, 400) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Verarbeitungseinrichtung (190) abläuft oder auf einem Computerlesbaren Datenträger abgespeichert ist. System zur Bestimmung einer Regenerationsphase (215) eines Abgaspartikelfilters (105) für einen Verbrennungsmotor (100) , umfassend:
einen Temperatursensor (155) zur Erfassung einer erhöhten
Abgastemperatur ;
einen Sensor (170) zur Erfas sung des Partikelgehalts (210) in dem aus dem Abgaspartikelfilter (105) austretenden Abgasstrom (175);
eine Verarbeitungseinrichtung (190) zur Bestimmung der Regenerationsphase (215) auf der Basis der erfassten Werte .
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