WO2016070972A1 - Verfahren zum ermitteln einer russbeladung eines mit einer selektiv katalytischen beschichtung versehenen partikelfilters - Google Patents

Verfahren zum ermitteln einer russbeladung eines mit einer selektiv katalytischen beschichtung versehenen partikelfilters Download PDF

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nitrogen oxide
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soot
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Berthold Keppeler
Thorsten Woog
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Daimler Ag
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Definitions

  • the invention relates to a method for determining a soot loading of a particle filter provided with a selectively catalytic coating.
  • Soot loading of the particulate filter to determine as accurately as possible It turns out that too frequent triggering of a regeneration leads to an increased aging of the applied on the filter catalytic coating and in addition has a higher carbon dioxide and pollutant emission of the internal combustion engine result. On the other hand, if the regeneration is initiated too late, very high temperature gradients can occur within the particle filter, which can lead to its mechanical damage.
  • European Patent Application EP 2 749 745 A1 discloses a method for determining a soot charge of a particle filter provided with a selectively catalytic coating, in which two different determination methods are combined with one another. On the one hand, a soot emission model or loading model used, which depending on various motor parameters a
  • a further model is used which calculates the soot load by measuring a differential pressure in the exhaust gas flow dropping across the particulate filter (differential pressure model).
  • Deviations between the calculated by the two models soot load values for the particulate filter can come. Overall, this results in a premature regeneration of the particulate filter without it actually being necessary at the time it appears indexed according to one of the models.
  • the invention has for its object to provide a method which does not have the disadvantages mentioned.
  • the object is achieved in particular by a method for determining a
  • Soot loading of a provided with a selectively catalytic coating particulate filter namely a particulate filter with a coating which acts selectively catalytically for the reduction of nitrogen oxides, is provided with the following steps: It is determined - especially momentary - nitrogen oxide conversion at the particulate filter, and it is from the certain nitrogen oxide conversion determined - especially momentary - soot loading of the particulate filter. In particular, the soot loading of the particulate filter is determined as a function of the determined nitrogen oxide conversion.
  • Nitrogen oxide conversion can also be determined by averaging individual within a predetermined time interval of for example a few seconds to a few minutes
  • Nitrogen conversion values are determined.
  • a selective catalytic coating particle filter by the spatial combination of the selective catalytic reduction function on the one hand and the particle filter function on the other hand interactions between the soot load of the filter and the nitrogen oxide in the filter wall. Based on this dependence, it is possible to infer from the nitrogen oxide conversion on the soot load of the particulate filter.
  • This method has very high accuracy at least in certain operating ranges and is therefore suitable for determining a highly accurate soot load, which can then be used as the basis for deciding on a regeneration measure without fear of premature regeneration.
  • this can also be combined with at least one further determination of the soot load on the basis of at least one further model, this being the case here
  • very accurate method can be used in particular to correct a determined based on the further model soot loading, or to correct or adapt the other model itself.
  • the method is preferably carried out in an exhaust system of an internal combustion engine, wherein the exhaust system is preferably an oxidation catalyst,
  • DOC diesel oxidation catalyst
  • NNK nitrogen oxide storage catalyst
  • an exhaust gas recirculation device is additionally used.
  • a multi-way exhaust gas recirculation device is used, which is a
  • the soot loading from the determined nitrogen oxide is determined by the specific nitrogen oxide is compared with a - preferably stored in a map - nitrogen oxide conversion, which has the provided with the selectively catalytic compound particulate filter, if he is not laden with soot, for example when new or after a complete regeneration.
  • a map - nitrogen oxide conversion which has the provided with the selectively catalytic compound particulate filter
  • An embodiment of the method is preferred, which is characterized in that the soot load is determined with the procedure described here, if a - in particular instantaneous - exhaust gas temperature, which is preferably measured by means disposed in the exhaust line upstream of the particulate filter temperature sensor - greater than or equal a predetermined minimum temperature and less than or equal to a predetermined maximum temperature. It has been shown that a clear and in particular clearly evaluable relationship between the nitrogen oxide conversion and the soot load of the particulate filter is given in particular in a certain temperature range for the exhaust gas temperature upstream of the particulate filter. Therefore, the method can be performed with particularly high accuracy in this temperature range.
  • the minimum temperature is preferably from at least 175 ° C to at most 210 ° C.
  • the maximum temperature is preferably from at least 240 ° C to at most 280 ° C.
  • the soot loading is preferably determined when the exhaust gas temperature upstream of the particulate filter is from at least 150 ° C to at most 300 ° C, preferably from at least 175 ° C to at most 280 ° C, preferably from at least 175 ° C to at most 240 ° C, preferably from at least 210 ° C, to at most 280 ° C, preferably from at least 210 ° C to at most 240 ° C, is.
  • the temperature ranges mentioned here represent particularly suitable ranges for a highly accurate determination of the soot load on the basis of the determined nitrogen oxide conversion.
  • the minimum temperature and / or the maximum temperature can preferably be specified variably in a control unit of an internal combustion engine.
  • a - especially momentary - ratio of nitrogen dioxide concentration to a total nitrogen oxide concentration in the exhaust gas which is the sum of the nitrogen dioxide concentration and a nitric oxide concentration (NO) is used upstream of the particulate filter.
  • An embodiment of the method is also preferred, which is characterized in that the soot loading is determined when the ratio of the nitrogen dioxide concentration to the total nitrogen oxide concentration in the exhaust gas upstream of the particulate filter is greater than a predetermined minimum value.
  • a predetermined minimum value is from at least 10% to at most 50%, preferably from at least 20% to at most 40%, and particularly preferably from at least 30% to at most 50%. In these areas is a highly accurate evaluation of the soot load depending on the particular
  • an embodiment of the method is preferred, which is characterized in that the nitrogen oxide conversion at the particle filter is determined by means of nitrogen oxide sensors arranged upstream and downstream of the particle filter.
  • Such sensors are preferably already provided in the exhaust system, so that it requires no additional, expensive elements for the implementation of the method. The method is therefore very inexpensive feasible.
  • the nitrogen oxide conversion at the particulate filter can be determined very accurately using the sensors provided upstream and downstream thereof. In this case, preferably a differential measurement of the total nitrogen oxide concentration in the exhaust gas is carried out between the measuring point upstream and the measuring point downstream of the particle filter. The nitrogen oxide conversion can be determined very easily and very accurately at the same time.
  • a nitrogen oxide sensor arranged downstream of the particulate filter can also be arranged downstream of an additional SCR catalytic converter provided downstream of the particulate filter and without a particulate filter function.
  • An embodiment of the method is also preferred, which is characterized in that the ratio of the nitrogen dioxide concentration to the total nitrogen oxide concentration in the exhaust gas upstream of the particulate filter based on the - in particular momentary - exhaust gas temperature upstream of the particulate filter or upstream of - in particular upstream of the particulate filter arranged - oxidation catalyst , an exhaust gas mass flow over the oxidation catalyst, and / or an aging state of the oxidation catalyst is determined.
  • the ratio of nitrogen dioxide to total nitrogen oxide is particularly preferably read from a characteristic field as a function of at least one of the parameters mentioned. This is particularly preferably deposited in a control unit of the internal combustion engine which has the exhaust gas line in which the method is carried out.
  • a characteristic field as a function of at least one of the parameters mentioned.
  • Ratio in particular, the said parameters together allow a very accurate determination of the ratio, so that they are suitable to open a map for the ratio.
  • An embodiment of the method is also preferred, which is characterized in that the soot loading is compared by comparing the determined nitrogen oxide conversion with a predetermined nitrogen oxide conversion of the unloaded particulate filter, ie without soot loading.
  • the method performed in this way achieves a particularly high accuracy, which has already been described in detail above.
  • the predetermined nitrogen oxide conversion of the unloaded particulate filter is preferably in
  • the predetermined nitrogen oxide conversion is read out as a function of at least one of the parameters mentioned here from a characteristic map stored in particular in a control device for the internal combustion engine.
  • a characteristic map stored in particular in a control device for the internal combustion engine.
  • Each of the parameters mentioned here is already characteristic of the predetermined nitrogen oxide conversion.
  • the parameters mentioned here in combination with each other are characteristic of the predetermined nitrogen oxide conversion, so that they are particularly suitable for building up a characteristic diagram for the predetermined nitrogen oxide conversion.
  • the nitrogen oxide conversion of the non-carbon black is preferred
  • Particle filter as a function of the exhaust gas mass flow through the particulate filter, the Temperature upstream of the particulate filter, the nitrogen dioxide to nitrogen oxide ratio before the particulate filter, the reducing agent loading of the particulate filter and the
  • the reducing agent loading of the particulate filter is preferably determined using a suitable model, in particular calculated.
  • At least one of the aging states of the oxidation catalyst and / or the particulate filter are preferably determined as an aging factor, in particular depending on the factors temperature over time.
  • a temperature-time integral can be formed for at least one of the abovementioned exhaust-gas treatment elements, from which an aging state is then determined.
  • An embodiment of the method is also preferred, which is characterized in that the soot loading of the particulate filter in addition to the previously described procedure in the context of the method by means of a loading model and further additionally with reference to a falling over the particulate filter
  • Differential pressure - in particular via a differential pressure model - is determined.
  • soot load available that can be used mutually to correct the determined soot load and so in combination with each other a particularly high accuracy of the determination of the
  • soot loading Preferably, regeneration of the particulate filter is performed when one of the detection methods returns soot loading as a result that reaches or exceeds a predetermined maximum soot loading value.
  • soot loading it can be ensured that the particulate filter is always regenerated, if this is indicated.
  • An embodiment of the method is also preferred, which is characterized in that the soot loading is determined on the basis of the nitrogen oxide conversion, if a first loading value determined on the basis of the loading model for the
  • the second load value for the soot load have a difference that reaches or exceeds a predetermined differential limit.
  • the very precise method described here for determining the soot loading via the determined nitrogen oxide conversion is thus preferably used when the other two determination methods yield strongly differing results, this being an indication that at least one of the determination methods currently does not provide reliable load values.
  • the soot loading determined on the basis of the nitrogen oxide conversion is preferably used to correct the first and / or the second load value, and / or to correct the load values
  • soot loading determined by means of the process from the nitrogen oxide conversion - at least in certain operating ranges - represents the most accurately determinable soot load. This can therefore be used in a particularly favorable manner for the correction of the load values determined elsewhere and / or the determination method for determining these load values. It is possible that a regeneration of the particulate filter is postponed, although this is indicated by one of the models, namely, if the method according to which the soot loading is determined based on the specific nitrogen oxide conversion, does not indicate regeneration. In this case, rather, the one
  • Regeneration indexing determination method and / or the determined using this determination method load value using the determined by the method described here loading value corrected.
  • an embodiment of the method is preferred, which is characterized in that by controlling an exhaust gas recirculation device and / or by means of active heating of an oxidation catalyst targeted conditions are set, under which the soot loading of the particulate filter from the determined nitrogen oxide conversion can be determined.
  • an exhaust gas recirculation device is used which has a high-pressure exhaust gas return path and a low-pressure exhaust gas recirculation path.
  • a strategy for controlling the exhaust gas recirculation device can then be adjusted as needed so that the exhaust gas recirculation takes place completely via the high pressure exhaust gas recirculation path, whereby the best possible formation of nitrogen dioxide is achieved at the oxidation catalyst.
  • a desired temperature range for the exhaust gas temperature can be adjusted in a targeted manner by a change in an overall exhaust gas recirculation rate and / or by active heating of the oxidation catalytic converter, in particular by means of an electrical heating device.
  • the targeted setting of such favorable conditions is preferably carried out in particular when the other two methods of determination, that is to say in particular the loading model and the differential pressure model, have greatly different load values return, wherein a difference between the load values preferably reaches or exceeds a predetermined differential limit.
  • the invention also includes a control device for an internal combustion engine, which is set up to carry out a preferred embodiment of the method. It is possible that the control unit is the engine control unit (ECU) of the internal combustion engine. Alternatively, it is also possible that a separate control unit is provided for carrying out the method.
  • ECU engine control unit
  • the method is implemented directly in an electronic structure, in particular a hardware, of the control device.
  • a computer program product is preferably loaded into the control unit, which comprises steps on the basis of which an embodiment of the method is carried out when the computer program product is running on the control unit.
  • the invention also includes an internal combustion engine which is set up to carry out an embodiment of the method, and / or which has a control unit which is set up to carry out the method.
  • the internal combustion engine is in particular assigned an exhaust gas line with at least one of the exhaust gas aftertreatment elements described in the context of the method.
  • the invention finally also includes a motor vehicle having an internal combustion engine according to one of the previously described embodiments.
  • the motor vehicle is preferably designed as a passenger car, as a truck or as a commercial vehicle.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine together with exhaust gas line, for which an embodiment of the method for determining a soot load can be carried out;
  • Fig. 2 is a schematic representation of the relationship between the
  • Fig. 3 is a schematic representation of the relationship between the
  • Nitrogen oxide conversion and soot loading as a function of a ratio of a nitrogen dioxide concentration to a total nitrogen oxide concentration in the exhaust gas upstream of the particulate filter
  • Fig. 4 is a schematic representation of an embodiment of the method.
  • Figure 1 shows a schematic representation of an embodiment of a
  • the exhaust gas line 3 has a particle filter 5 provided with a selectively catalytic coating, which is set up in order, on the one hand, to filter soot particles from the exhaust gas flow of the internal combustion engine 1 and, on the other hand, to selectively reduce catalytic nitrogen oxides present in the exhaust gas.
  • a particulate filter 5 is also commonly referred to as SDPF.
  • an SCR catalyst 7 is additionally arranged in the embodiment shown here, which is also adapted for the selective catalytic reduction of nitrogen oxides, but it has no particulate filter function.
  • a metering device 9 for a reducing agent is arranged, which can be metered into the exhaust gas flow by means of the metering device 9, where it is then reacted with the nitrogen oxides on the selectively catalytic coating of the particle filter 5 and the SCR catalyst 7, whereby the nitrogen oxides reduced to nitrogen.
  • a urea-water solution is preferably injected into the exhaust gas stream via the metering device 9, the urea reacting with the hot exhaust gas and decomposing to form ammonia, which then acts as the actual reducing agent in the particle filter 5 and preferably in the SCR catalyst 7 acts.
  • a first nitrogen oxide sensor 11 is arranged upstream of the metering device 9, with a second nitrogen oxide sensor immediately downstream of the particle filter 5 -in particular between the particle filter 5 and the SCR catalytic converter 7 13 is arranged.
  • the second nitrogen oxide sensor 13 may also be arranged downstream of the SCR catalytic converter 7.
  • Nitrogen oxide conversion on the particle filter 5 determinable.
  • an oxidation catalytic converter 15 is arranged upstream of the particle filter 5 and in particular also upstream of the metering device 9. Instead of the oxidation catalyst 15 or in addition to the
  • Oxidation catalyst 15 it is possible that upstream of the particulate filter 5 and in particular upstream of the metering device 9, a nitrogen oxide storage catalyst (NSK) is arranged.
  • NNK nitrogen oxide storage catalyst
  • the oxidation catalytic converter 15 has a heating device 17, which is preferably designed as an electrical heating device.
  • the internal combustion engine 1 also has a charge air line 19, via which charge air can be supplied.
  • a compressor 21 is arranged in the charge air line, which is drivable by a arranged in the exhaust line 3 turbine 23. It is insofar realized a turbocharger device in the embodiment shown here.
  • the illustrated embodiment also has an exhaust gas recirculation device 25, which here has a high-pressure exhaust gas recirculation path 27 and a low-pressure exhaust gas recirculation line 29.
  • the high-pressure exhaust gas recirculation path 27 branches off the high-pressure region of the exhaust line 3 upstream of the turbine 23, wherein it opens into the high-pressure region of the charge air line 19 downstream of the compressor 21.
  • the low-pressure exhaust gas recirculation line 29 branches off downstream of the SCR catalytic converter 7 from the low-pressure region of the exhaust line 3 and flows upstream of the compressor 21 into the low-pressure region of the charge air line 19.
  • the heating device 17 is preferably selectively controlled in order to bring the exhaust gas temperature into a range in which the method can be carried out with high accuracy.
  • the exhaust gas recirculation device 25 is preferably also controlled in such a way that conditions are created in which the method can be carried out with high accuracy. In this case, provision is made in particular for the total recirculation of the exhaust gas to be switched over to the high-pressure exhaust gas recirculation path 27, so that the highest possible formation of nitrogen dioxide on the oxidation catalytic converter 15 is achieved.
  • a total exhaust gas recirculation rate to be influenced in a targeted manner in order to reduce the exhaust gas Temperature - in addition to or as an alternative to the control of the heater 17, is brought into a range in which the method is particularly efficient and feasible with high accuracy.
  • a temperature sensor not shown in FIG. 1, is preferably provided, with which the exhaust gas temperature upstream of the particulate filter 5 can be detected.
  • Figure 2 shows a schematic, diagrammatic representation of a dependence of the nitrogen oxide conversion U (NO x ) - plotted against the exhaust gas temperature T upstream of the particulate filter 5 - of the soot loading of the particulate filter 5. It is with a solid curve 31 of the nitrogen oxide conversion at the particulate filter 5 at a the first, higher soot load of the particulate filter 5 is shown, wherein the nitrogen oxide conversion is applied to the particulate filter 5 at a second, lower soot loading against the temperature of the exhaust gas before the particulate filter 5 with a second, dashed curve 33. It is also indicated in FIG.
  • Figure 3 shows schematically and diagrammatically the dependence of the nitrogen oxide conversion U (NOx) - plotted against the temperature T of the exhaust gas upstream of the
  • a first curve pair 35 is shown in the diagram of Figure 3, which represents nitrogen oxide sales at a first, higher ratio of nitrogen dioxide to total nitrogen oxide in the exhaust gas.
  • a first curve 37 which is shown in solid lines, shows the temperature dependence of the nitrogen oxide conversion for a first, higher soot load of the particulate filter 5, wherein a second dash-dotted curve 39 this curve for a second, lower
  • Soot loading of the particulate filter 5 shows.
  • a second pair of curves 39 is shown correspondingly for a second, lower ratio of nitrogen dioxide to total nitrogen oxide in the exhaust gas.
  • This second pair of curves 39 has a third curve 41, shown in dashed lines which represents the nitrogen oxide conversion as a function of the temperature for the first, larger soot load of the particulate filter 5, wherein the second pair of curves 39 has a fourth, dotted curve 43 which the nitrogen oxide conversion as a function of the temperature for the second, lower soot loading of Particulate filter 5 represents.
  • the curve pairs 35, 39 are based on the identical first and second soot loadings.
  • the method can be carried out with particularly high accuracy with a comparatively high ratio of nitrogen dioxide to total nitrogen oxide, in particular if a predetermined minimum value for the ratio is exceeded. This is between at least 10% to at most 50%, preferably between at least 20% to at most 40% and more preferably between at least 30% to at most 50%.
  • Figure 4 shows a schematic representation of an embodiment of the method in the manner of a flow chart.
  • the instantaneous nitrogen oxide conversion 45 at the particle filter 5 is preferably determined by means of the nitrogen oxide sensors 11, 13. From a map 47 is the reference value of the load-free nitrogen oxide 49, which the particulate filter 5 has when it is not loaded with soot, so either new or completely regenerated has.
  • the map 47 is spanned by an aging factor 51 for the particulate filter 5, the ratio 53 of the nitrogen dioxide concentration to the total nitrogen oxide concentration upstream of the particulate filter 5 in the exhaust gas, the temperature 55 upstream of the particulate filter 5 in the exhaust gas, an exhaust gas mass flow 57 via the particulate filter 5, and a Reducing agent loading 59, in particular an ammonia loading of the particulate filter. 5
  • the load-free nitrogen oxide conversion 49 is read in dependence on the parameters shown on the left of the map 47.
  • the aging factor 51 and the nitrogen dioxide concentration ratio 53 are the same.
  • the temperature 55 is preferably given in ° C, the exhaust gas mass flow 57 preferably in kg / h, and the reducing agent loading 59 preferably in g.
  • the aging factor 51 is preferably determined as a function of the temperature and time factors, in particular as a temperature-time integral.
  • the ratio of nitrogen dioxide to total nitrogen oxide in the exhaust gas is preferably determined based on the temperature of the exhaust gas upstream of the oxidation catalyst 15 or the temperature upstream of the particulate filter 5, the exhaust gas mass flow over the oxidation catalyst, and the aging state of the oxidation catalyst 15 - also from a map not shown here.
  • the reducing agent loading 59 preferably results from a model calculation.
  • a difference 62 between the instantaneous nitrogen oxide conversion 45 and the charge-free nitrogen oxide conversion 49 is now preferably formed.
  • This difference 62 enters into a determination element 63, into which, in addition, the ratio 53 of the nitrogen dioxide concentration to the total nitrogen oxide concentration preferably enters. From this ratio 53 and the difference 62 determined in the difference 62, the current soot load 65 of the
  • Particulate filter 5 is calculated. This represents a very accurate value for the soot loading of the particulate filter 5, in particular in the optimum temperature range for the method and at a predetermined minimum value ratio 53. In this case, it is possible to correct this value for correcting other determination methods, in particular a soot loading model and / or a differential pressure model, to use.
  • Regeneration interval of the particulate filter 5 extends, resulting in a saving of fuel and a reduced thermal load of the catalytic coating of the

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Rußbeladung (65) eines mit einer selektiv katalytischen Beschichtung versehenen Partikelfilters (5), mit folgenden Schritten: Bestimmen eines Stickoxidumsatzes (45) an dem Partikelfilter (5) und Ermitteln einer Rußbeladung (65) des Partikelfilters (5) aus dem bestimmten Stickoxidumsatz (45).

Description

Verfahren zum Ermitteln einer Rußbeladung eines mit einer selektiv katalytischen Beschichtung versehenen Partikelfilters
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Rußbeladung eines mit einer selektiv katalytischen Beschichtung versehenen Partikelfilters.
Gemäß aktueller und zukünftiger Emissionsrichtlinien sind deutliche Begrenzungen für Emissionen von Brennkraftmaschinen vor allem in Hinblick auf Kohlenwasserstoff-, Kohlenmonoxid-, Stickoxid- und Partikelemissionen vorgesehen. Aufgrund der
zunehmenden Kraftstoffverbrauchseinsparungen beim Betrieb von Brennkraftmaschinen fallen Abgastemperaturen, welche für die katalytische Abgasnachbehandlung zur Verfügung stehen, immer weiter ab. Aus diesem Grund spielen motornahe SCR-Systeme (Selective Catalytic Reduction - SCR), welche einen motornah angeordneten Partikelfilter mit integrierter selektiv katalytischer Beschichtung beziehungsweise SCR-Beschichtung aufweisen (SDPF), bei zukünftigen Abgasnachbehandlungskonzepten eine immer wichtigere Rolle, um den gestiegenen Anforderungen begegnen zu können. Dabei ist für die Betriebsstrategie eines solchen Abgasnachbehandlungssystems wichtig, die
Rußbeladung des Partikelfilters möglichst genau ermitteln zu können. Es zeigt sich nämlich, dass ein zu häufiges Auslösen einer Regeneration zu einer verstärkten Alterung der auf dem Filter aufgebrachten katalytischen Beschichtung führt und zusätzlich eine höhere Kohlendioxid- und Schadstoffemission der Brennkraftmaschine zur Folge hat. Bei einer zu späten Einleitung der Regeneration kann es dagegen zu sehr hohen Temperaturgradienten innerhalb des Partikelfilters kommen, was zu dessen mechanischen Beschädigung führen kann.
Aus der europäischen Patentanmeldung EP 2 749 745 A1 ist ein Verfahren zur Ermittlung einer Rußbeladung eines mit einer selektiv katalytischen Beschichtung versehenen Partikelfilters bekannt, bei welchem zwei verschiedene Ermittlungsmethoden miteinander kombiniert werden. Zum einen wird ein Rußrohemissionsmodell oder Beladungsmodell verwendet, welches in Abhängigkeit verschiedener motorischer Parameter eine
Rußemission berechnet, sowie die im Partikelfilter abgeschiedene und die durch den kontinuierlichen Rußabbrand mit Stickstoffdioxid (N02) abgebaute Masse bestimmt. Es wird ein weiteres Modell eingesetzt, welches die Rußbeladung über die Messung eines über den Partikelfilter abfallenden Differenzdrucks in der Abgasströmung berechnet (Differenzdruckmodell).
Nachteilig hieran ist, dass die Regeneration des Partikelfilters aus Sicherheitsgründen - insbesondere aus Gründen des Bauteilschutzes - stets dann ausgelöst wird, wenn eines der beiden Modelle eine maximal zulässige, im Steuergerät der Brennkraftmaschine hinterlegte Beladungsgrenze erreicht. Dabei zeigt sich, dass die Bestimmung der Rußbeladung aus dem Differenzdruck vor allem nach einer nicht vollständig abgelaufenen Regeneration, welche auch als Teilregeneration bezeichnet wird, sehr ungenau ist. Das Rußrohemissionsmodell zeigt seinerseits je nach Betriebspunkt der Brennkraftmaschine sehr starke Schwankungen in der Genauigkeit, sodass es letztlich zu starken
Abweichungen zwischen den mittels der beiden Modelle berechneten Rußbeladungswerten für den Partikelfilter kommen kann. Insgesamt hat dies zur Folge, dass es zu einer verfrühten Regeneration des Partikelfilters kommen kann, ohne dass diese zu dem Zeitpunkt, an dem sie gemäß einem der Modelle indiziert erscheint, tatsächlich nötig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches die genannten Nachteile nicht aufweist.
Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst, indem ein Verfahren zum Ermitteln einer
Rußbeladung eines mit einer selektiv katalytischen Beschichtung versehenen Partikelfilters, nämlich eines Partikelfilters mit einer Beschichtung, die selektiv katalytisch zur Reduktion von Stickstoffoxiden wirkt, mit folgenden Schritten geschaffen wird: Es wird ein - insbesondere momentaner - Stickoxidumsatz an dem Partikelfilter bestimmt, und es wird aus dem bestimmten Stickoxidumsatz eine - insbesondere momentane - Rußbeladung des Partikelfilters ermittelt. Insbesondere wird die Rußbeladung des Partikelfilters in Abhängigkeit von dem bestimmten Stickoxidumsatz ermittelt. Der
Stickoxidumsatz kann auch durch Mittelwertbildung einzelner in einem vorgebbaren Zeitintervall von beispielsweise einigen Sekunden bis einigen Minuten ermittelter
Stickoxidumsatzwerte bestimmt werden. Insoweit hat sich gezeigt, dass sich bei einem mit einer selektiv katalytischen Beschichtung versehenen Partikelfilter durch die räumliche Zusammenlegung der selektiv katalytischen Reduktionsfunktion einerseits und der Partikelfilterfunktion andererseits Wechselwirkungen zwischen der Rußbeladung des Filters und dem Stickoxidumsatz in der Filterwand ergeben. Anhand dieser Abhängigkeit ist es möglich, aus dem Stickoxidumsatz auf die Rußbeladung des Partikelfilters rückzuschließen. Dieses Verfahren weist zumindest in bestimmten Betriebsbereichen eine sehr hohe Genauigkeit auf und ist daher geeignet zur Ermittlung einer hochgenauen Rußbeladung, die dann der Entscheidung über eine Regenerationsmaßnahme zugrunde gelegt werden kann, ohne dass eine verfrühte Regeneration zu befürchten ist.
Insbesondere kann dies auch mit wenigstens einer weiteren Ermittlung der Rußbeladung anhand wenigstens eines weiteren Modells kombiniert werden, wobei das hier
angesprochene, sehr genaue Verfahren insbesondere genutzt werden kann, um eine anhand des weiteren Modells ermittelte Rußbeladung zu korrigieren, oder um das weitere Modell selbst zu korrigieren oder anzupassen.
Das Verfahren wird bevorzugt durchgeführt in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, wobei der Abgasstrang vorzugsweise einen Oxidationskatalysator,
insbesondere einen Dieseloxidationskatalysator (DOC), und/oder einen Stickoxid- Speicherkatalysator (NSK) aufweist. In Strömungsrichtung des Abgases gesehen stromabwärts des Oxidationskatalysators und/oder des Stickoxidspeicherkatalysators ist ein nachgeschaltetes System zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden angeordnet, welches den die selektiv katalytische Beschichtung aufweisenden Partikelfilter aufweist. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist es möglich, dass dieses für ein SCR-System durchgeführt wird, welches zusätzlich zu dem mit der selektiv katalytischen Beschichtung versehenen Partikelfilter noch einen zur selektiven katalytischen Reduktion eingerichteten Katalysator (SC R- Katalysator) ohne Partikelfilterfunktion aufweist. Dieser ist dann vorzugsweise stromabwärts des mit der selektiv katalytischen Beschichtung versehenen Partikelfilters angeordnet.
Vorzugsweise wird zusätzlich eine Abgasrückführeinrichtung eingesetzt. Besonders bevorzugt wird eine Mehrwege-Abgasrückführeinrichtung eingesetzt, welche eine
Hochdruckabgasrückführstrecke und eine Niederdruckabgasrückführstrecke aufweist.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Rußbeladung aus dem bestimmten Stickoxidumsatz ermittelt, indem der bestimmte Stickoxidumsatz mit einem - vorzugsweise in einem Kennfeld hinterlegten - Stickoxidumsatz verglichen wird, welchen der mit der selektiv katalytischen Verbindung versehene Partikelfilter aufweist, wenn er nicht mit Ruß beladen ist, beispielsweise im Neuzustand oder nach einer vollständigen Regeneration. Insbesondere durch den Vergleich mit diesem Referenzwert des
Partikelfilters ohne Rußbeladung kann die momentane Rußbeladung sehr genau bestimmt werden.
Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Rußbeladung mit der hier beschriebenen Vorgehensweise ermittelt wird, wenn eine - insbesondere momentane - Abgastemperatur, die vorzugsweise mittels eines in dem Abgasstrang stromaufwärts des Partikelfilters angeordneten Temperatursensor gemessen wird - größer oder gleich einer vorbestimmten Mindesttemperatur und kleiner oder gleich einer vorbestimmten Maximaltemperatur ist. Es hat sich nämlich gezeigt, dass ein eindeutiger und insbesondere eindeutig auswertbarer Zusammenhang zwischen dem Stickoxidumsatz und der Rußbeladung des Partikelfilters insbesondere in einem bestimmten Temperaturbereich für die Abgastemperatur stromaufwärts des Partikelfilters gegeben ist. Daher kann das Verfahren mit besonders hoher Genauigkeit in diesem Temperaturbereich durchgeführt werden. Dabei zeigt sich, dass die Mindesttemperatur bevorzugt von mindestens 175 °C bis höchstens 210 °C beträgt. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Maximaltemperatur bevorzugt von mindestens 240 °C bis höchstens 280 °C. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die Rußbeladung vorzugsweise ermittelt, wenn die Abgastemperatur stromaufwärts des Partikelfilters von mindestens 150 °C bis höchstens 300 °C, vorzugsweise von mindestens 175 °C bis höchstens 280 °C, vorzugsweise von mindestens 175 °C bis höchstens 240 °C, vorzugsweise von mindestens 210 °C, bis höchstens 280 °C, vorzugsweise von mindestens 210 °C bis höchstens 240 °C, beträgt. Die hier genannten Temperaturbereiche stellen besonders geeignete Bereiche für eine hochgenaue Ermittlung der Rußbeladung anhand des bestimmten Stickoxidumsatzes dar. Die Mindesttemperatur und/oder die Maximaltemperatur können bevorzugt variabel in einem Steuergerät einer Brennkraftmaschine vorgegeben werden.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass zur Ermittlung der Rußbeladung aus dem bestimmten Stickoxidumsatz ein - insbesondere momentanes - Verhältnis einer Stickstoffdioxid-Konzentration zu einer Gesamtstickoxid-Konzentration im Abgas, die sich als Summe der Stickstoffdioxid- Konzentration und einer Stickstoffmonoxid-Konzentration (NO) ergibt, stromaufwärts des Partikelfilters herangezogen wird. Es hat sich insoweit nämlich gezeigt, dass die
Abhängigkeit des Stickoxidumsatzes von der Rußbeladung selbst zusätzlich von dem Verhältnis der Stickstoffdioxid-Konzentration zu der Gesamtstickoxid-Konzentration im Abgas abhängt. Insbesondere nimmt der Stickoxidumsatz mit steigendem Verhältnis von Stickstoffdioxid zu Gesamtstickoxid bei steigender Rußbeladung verstärkt zu. Eine sehr genaue Auswertung der Rußbeladung anhand des Stickoxidumsatzes kann daher durchgeführt werden, wenn das Verhältnis von Stickstoffdioxid zu Gesamtstickoxid im Abgas berücksichtigt wird.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Rußbeladung ermittelt wird, wenn das - insbesondere momentane - Verhältnis der Stickstoffdioxid-Konzentration zu der Gesamtstickoxid-Konzentration im Abgas stromaufwärts des Partikelfilters größer ist als ein vorbestimmter Mindestwert. Dieser kann so definiert werden, dass jedenfalls eine sehr genaue Bestimmung der Rußbeladung anhand des Stickoxidumsatzes möglich ist. Da die Empfindlichkeit des Verfahrens mit dem steigenden Verhältnis von Stickstoffdioxid zu Gesamtstickoxid steigt, kann so eine sehr hohe Genauigkeit über eine geeignete Definition des vorbestimmten Mindestwerts sichergestellt werden. Dabei wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, bei welcher der vorbestimmte Mindestwert von mindestens 10 % bis höchstens 50 %, vorzugsweise von mindestens 20 % bis höchstens 40 %, und besonders bevorzugt von mindestens 30 % bis höchstens 50 % beträgt. In diesen Bereichen ist eine hochgenaue Auswertung der Rußbeladung in Abhängigkeit von dem bestimmten
Stickoxidumsatz gewährleistet.
Es wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass der Stickoxidumsatz an dem Partikelfilter mittels stromaufwärts und stromabwärts des Partikelfilters angeordneten Stickoxidsensoren bestimmt wird. Solche Sensoren sind bevorzugt ohnehin in dem Abgasstrang vorgesehen, sodass es für die Durchführung des Verfahrens keiner zusätzlichen, teuren Elemente bedarf. Das Verfahren ist daher sehr kostengünstig durchführbar. Zugleich kann der Stickoxidumsatz an dem Partikelfilter mithilfe der stromaufwärts und stromabwärts derselben vorgesehenen Sensoren sehr genau bestimmt werden. Dabei wird bevorzugt eine Differenzmessung der Gesamtstickoxid-Konzentration im Abgas zwischen der Messstelle stromaufwärts und der Messstelle stromabwärts des Partikelfilters durchgeführt. Der Stickoxidumsatz kann so zugleich sehr einfach und sehr genau bestimmt werden.
Ein stromabwärts des Partikelfilters angeordneter Stickoxidsensor kann auch stromabwärts eines zusätzlichen, stromabwärts des Partikelfilters vorgesehenen SCR- Katalysators ohne Partikelfilterfunktion angeordnet sein. Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass das Verhältnis der Stickstoffdioxidkonzentration zu der Gesamtstickoxid-Konzentration im Abgas stromaufwärts des Partikelfilters anhand der - insbesondere momentanen - Abgastemperatur stromaufwärts des Partikelfilters oder stromaufwärts eines - insbesondere stromaufwärts des Partikelfilters angeordneten - Oxidationskatalysators, einem Abgasmassenstrom über dem Oxidationskatalysator, und/oder einem Alterungszustand des Oxidationskatalysators, ermittelt wird. Besonders bevorzugt wird das Verhältnis von Stickstoffdioxid zu Gesamtstickoxid in Abhängigkeit von wenigstens einem der genannten Parameter aus einem Kennfeld ausgelesen. Dieses ist besonders bevorzugt in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine, welche den Abgasstrang, in dem das Verfahren durchgeführt wird, aufweist, hinterlegt. Jeder der hier genannten Parameter charakterisiert für sich genommen das hier angesprochene
Verhältnis, wobei insbesondere die genannten Parameter gemeinsam eine sehr genaue Bestimmung des Verhältnisses ermöglichen, sodass diese geeignet sind, ein Kennfeld für das Verhältnis aufzuspannen.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Rußbeladung durch Vergleichen des bestimmten Stickoxidumsatzes mit einem vorbestimmten Stickoxidumsatz des unbeladenen Partikelfilters - also ohne Rußbeladung - verglichen wird. Das so durchgeführte Verfahren erreicht eine besonders hohe Genauigkeit, was bereits oben näher ausgeführt wurde. Dabei wird der vorbestimmte Stickoxidumsatz des unbeladenen Partikelfilters vorzugsweise in
Abhängigkeit von einem Abgasmassenstrom über dem Partikelfilter, der Abgastemperatur stromaufwärts des Partikelfilters, dem Verhältnis von Stickstoffdioxid zu Gesamtstickoxid stromaufwärts des Partikelfilters, einer Reduktionsmittel-Beladung,
insbesondere einer Ammoniak-Beladung (NH3), des Partikelfilters, einem Alterungszustand des Partikelfilters und/oder einem Betriebspunkt einer Brennkraftmaschine, deren Abgasstrang den Partikelfilter aufweist, ermittelt. Besonders bevorzugt wird der vorbestimmte Stickoxidumsatz in Abhängigkeit von wenigstens einem der hier genannten Parameter aus einem - insbesondere in einem Steuergerät für die Brennkraftmaschine hinterlegten - Kennfeld ausgelesen. Dabei ist jeder der hier genannten Parameter bereits für sich genommen charakteristisch für den vorbestimmten Stickoxidumsatz.
Insbesondere aber sind die hier genannten Parameter in Kombination miteinander charakteristisch für den vorbestimmten Stickoxidumsatz, sodass sie sich in besonderer Weise eignen, um ein Kennfeld für den vorbestimmten Stickoxidumsatz aufzuspannen. Insbesondere wird bevorzugt der Stickoxidumsatz des nicht mit Ruß beladenen
Partikelfilters in Abhängigkeit des Abgasmassenstroms über den Partikelfilter, der Temperatur stromaufwärts des Partikelfilters, dem Stickstoffdioxid zu Stickoxid-Verhältnis vor dem Partikelfilter, der Reduktionsmittel-Beladung des Partikelfilters und dem
Alterungszustand des Partikelfilters in dem Steuergerät hinterlegt und anhand der genannten Faktoren für den aktuellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine ausgelesen. Die Reduktionsmittel-Beladung des Partikelfilters wird vorzugsweise mithilfe eines geeigneten Modells ermittelt, insbesondere berechnet.
Wenigstens einer der Alterungszustände des Oxidationskatalysators und/oder des Partikelfilters werden vorzugsweise als Alterungsfaktor ermittelt, und zwar insbesondere abhängig von den Faktoren Temperatur über Zeit. Insbesondere kann ein Temperatur- Zeit-Integral für wenigstens eines der genannten Abgasnachbehandlungselemente gebildet werden, aus dem dann ein Alterungszustand bestimmt wird.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Rußbeladung des Partikelfilters zusätzlich zu der bisher beschriebenen Vorgehensweise im Rahmen des Verfahrens mittels eines Beladungsmodells und weiter zusätzlich anhand eines über dem Partikelfilter abfallenden
Differenzdrucks - insbesondere über ein Differenzdruckmodell - bestimmt wird. Es stehen dann drei Möglichkeiten zur Bestimmung der Rußbeladung zur Verfügung, die wechselseitig zur Korrektur der ermittelten Rußbeladung genutzt werden können und so in Kombination miteinander eine besonders hohe Genauigkeit der Ermittlung der
Rußbeladung sicherstellen. Bevorzugt wird eine Regeneration des Partikelfilters durchgeführt, wenn eine der Ermittlungsmethoden eine Rußbeladung als Ergebnis zurückgibt, die einen vorbestimmten Maximalwert für die Rußbeladung erreicht oder überschreitet. So kann gewährleistet werden, dass der Partikelfilter jedenfalls stets dann regeneriert wird, wenn dies indiziert ist.
Es wird auch eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass die Rußbeladung anhand des Stickoxidumsatzes bestimmt wird, wenn ein anhand des Beladungsmodells bestimmter, erster Beladungswert für die
Rußbeladung und ein anhand des Differenzdrucks bestimmter, zweiter Beladungswert für die Rußbeladung eine Differenz aufweisen, die einen vorbestimmten Differenzgrenzwert erreicht oder überschreitet. Das hier beschriebene, sehr genaue Verfahren zur Ermittlung der Rußbeladung über den bestimmten Stickoxidumsatz wird also bevorzugt dann eingesetzt, wenn die anderen beiden Ermittlungsmethoden stark differierende Ergebnisse liefern, wobei dies ein Hinweis darauf ist, dass wenigstens eine der Ermittlungsmethoden momentan keine zuverlässigen Beladungswerte liefert. Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens wird die anhand des Stickoxidumsatzes bestimmte Rußbeladung vorzugsweise zur Korrektur des ersten und/oder des zweiten Beladungswerts, und/oder zur Korrektur der diesen Beladungswerten zugrunde liegenden
Ermittlungsmethoden verwendet. Dem liegt der Gedanke zugrunde, dass die mithilfe des Verfahrens aus dem Stickoxid umsatz ermittelte Rußbeladung - jedenfalls in bestimmten Betriebsbereichen - die genauest möglich ermittelbare Rußbeladung darstellt. Diese kann daher in besonders günstiger Weise zur Korrektur der anderweitig ermittelten Beladungswerte und/oder der Ermittlungsmethode zur Ermittlung dieser Beladungswerte herangezogen werden. Es ist dabei möglich, dass eine Regeneration des Partikelfilters verschoben wird, obwohl diese durch eines der Modelle indiziert ist, wenn nämlich das Verfahren, nach welchem die Rußbeladung anhand des bestimmten Stickoxidumsatzes ermittelt wird, keine Regeneration indiziert. In diesem Fall wird vielmehr die eine
Regeneration indizierende Ermittlungsmethode und/oder der anhand dieser Ermittlungsmethode ermittelte Beladungswert mithilfe des durch das hier beschriebene Verfahren ermittelten Beladungswerts korrigiert.
Schließlich wird eine Ausführungsform des Verfahrens bevorzugt, die sich dadurch auszeichnet, dass mittels Ansteuerung einer Abgasrückführeinrichtung und/oder mittels aktivem Heizen eines Oxidationskatalysators gezielt Bedingungen eingestellt werden, unter denen die Rußbeladung des Partikelfilters aus dem bestimmten Stickoxidumsatz ermittelbar ist. Dabei wird vorzugsweise eine Abgasrückführeinrichtung verwendet, welche eine Hochdruckabgasrückstrecke und eine Niederdruckabgasrückführstrecke aufweist. Eine Strategie zur Ansteuerung der Abgasrückführeinrichtung kann dann bedarfsgerecht so angepasst werden, dass die Abgasrückführung komplett über die Hochdruckabgasrückführstrecke erfolgt, wodurch eine möglichst gute Stickstoffdioxidbildung an dem Oxidationskatalysator erreicht wird. Weiterhin kann zusätzlich oder alternativ durch eine Änderung einer Gesamt-Abgasrückführrate und/oder durch aktives Heizen des Oxidationskatalysators, insbesondere mittels einer elektrischen Heizeinrichtung, ein angestrebter Temperaturbereich für die Abgastemperatur gezielt eingestellt werden. Insgesamt ist es so möglich, Bedingungen in Hinblick auf die Abgastemperatur oder in Hinblick auf das Verhältnis von Stickstoffdioxid zu Gesamtstickoxid im Abgas zu schaffen, bei welchen eine sehr genaue Bestimmung der Rußbeladung mithilfe des hier beschriebenen Verfahrens möglich ist.
Die gezielte Einstellung solcher günstigen Bedingungen wird bevorzugt insbesondere dann durchgeführt, wenn die beiden anderen Ermittlungsmethoden, also insbesondere das Beladungsmodell und das Differenzdruckmodell, stark verschiedene Beladungswerte zurückgeben, wobei eine Differenz zwischen den Beladungswerten vorzugsweise einen vorbestimmten Differenzgrenzwert erreicht oder überschreitet.
Zur Erfindung gehört auch ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine, welches zur Durchführung einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens eingerichtet ist. Dabei ist es möglich, dass es sich bei dem Steuergerät um das Motorsteuergerät (Engine Control Unit - ECU) der Brennkraftmaschine handelt. Alternativ ist es auch möglich, dass zur Durchführung des Verfahrens ein separates Steuergerät vorgesehen ist.
Es ist möglich, dass das Verfahren unmittelbar in eine elektronische Struktur, insbesondere eine Hardware, des Steuergeräts implementiert ist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass jedenfalls bestimmte Verfahrensschritte, vorzugsweise das gesamte Verfahren, als Computerprogrammprodukt gegeben ist. Insoweit ist vorzugsweise in das Steuergerät ein Computerprogrammprodukt geladen, welches Schritte aufweist, aufgrund derer eine Ausführungsform des Verfahrens durchgeführt wird, wenn das Computerprogrammprodukt auf dem Steuergerät läuft.
Zur Erfindung gehört auch eine Brennkraftmaschine, die eingerichtet ist zur Durchführung einer Ausführungsform des Verfahrens, und/oder die ein Steuergerät aufweist, welches eingerichtet ist zur Durchführung des Verfahrens. Dabei ist der Brennkraftmaschine insbesondere ein Abgasstrang mit wenigstens einem der im Rahmen des Verfahrens beschriebenen Abgasnachbehandlungselemente zugeordnet.
Zur Erfindung gehört schließlich auch ein Kraftfahrzeug, welches eine Brennkraftmaschine nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele aufweist. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als Personenkraftwagen, als Lastkraftwagen oder als Nutzfahrzeug ausgebildet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen näher beschrieben. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine samt Abgasstrang, für welche eine Ausführungsform des Verfahrens zur Ermittlung einer Rußbeladung durchführbar ist;
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem
Stickoxidumsatz an einem mit einer selektiv katalytischen Beschichtung versehenen Partikelfilter und der Rußbeladung desselben in Abhängigkeit von der Temperatur;
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Zusammenhangs zwischen dem
Stickoxidumsatz und der Rußbeladung in Abhängigkeit einem Verhältnis von einer Stickstoffdioxid-Konzentration zu einer Gesamtstickoxid-Konzentration im Abgas stromaufwärts des Partikelfilters, und
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer
Brennkraftmaschine 1 mit einem Abgasstrang 3, für welche das hier beschriebene Verfahren bevorzugt durchgeführt wird. Der Abgasstrang 3 weist einen mit einer selektiv katalytischen Beschichtung versehenen Partikelfilter 5 auf, der eingerichtet ist, um einerseits Rußpartikel aus dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine 1 zu filtern und andererseits im Abgas vorhandene Stickoxide selektiv katalytisch zu reduzieren. Ein solcher Partikelfilter 5 wird allgemein auch als SDPF bezeichnet. Stromabwärts des Partikelfilters 5 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zusätzlich noch ein SCR-Katalysator 7 angeordnet, der ebenfalls eingerichtet ist zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden, wobei er jedoch keine Partikelfilterfunktion aufweist.
Stromaufwärts des Partikelfilters 5 ist eine Eindosiereinrichtung 9 für ein Reduktionsmittel angeordnet, welches mittels der Eindosiereinrichtung 9 in den Abgasstrom eindosierbar ist, wobei es dann mit den Stickoxiden an der selektiv katalytischen Beschichtung des Partikelfilters 5 und des SCR-Katalysators 7 umgesetzt wird, wodurch die Stickoxide zu Stickstoff reduziert werden.
Als Reduktionsmittel wird über die Eindosiereinrichtung 9 vorzugsweise eine Harnstoff- Wasser-Lösung in den Abgasstrom eingedüst, wobei der Harnstoff mit dem heißen Abgas reagiert und unter Bildung von Ammoniak zerfällt, welches dann als eigentliches Reduktionsmittel in dem Partikelfilter 5 und vorzugsweise in dem SCR-Katalysator 7 wirkt.
Um den Stickoxidumsatz an dem Partikelfilter 5 bestimmen zu können, ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel stromaufwärts der Eindosiereinrichtung 9 ein erster Stickoxidsensor 11 angeordnet, wobei unmittelbar stromabwärts des Partikelfilters 5 - hier insbesondere zwischen dem Partikelfilter 5 und dem SCR-Katalysator 7 - ein zweiter Stickoxidsensor 13 angeordnet ist. Der zweite Stickoxidsensor 13 kann auch stromabwärts des SCR-Katalysators 7 angeordnet sein. Über eine Differenzmessung der Signale der beiden Stickoxidsensoren 1 1 , 13 ist, insbesondere unter Berücksichtigung des Signals des ersten Stickoxidsensors 11 , ein momentaner absoltur bzw. relativer
Stickoxidumsatz an dem Partikelfilter 5 bestimmbar.
Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist stromaufwärts des Partikelfilters 5 und insbesondere auch stromaufwärts der Eindosiereinrichtung 9 ein Oxidationskatalysator 15 angeordnet. Anstelle des Oxidationskatalysators 15 oder zusätzlich zu dem
Oxidationskatalysator 15 ist es möglich, dass stromaufwärts des Partikelfilters 5 und insbesondere stromaufwärts der Eindosiereinrichtung 9 ein Stickoxidspeicherkatalysator (NSK) angeordnet ist.
Der Oxidationskatalysator 15 weist vorliegend eine Heizeinrichtung 17 auf, die bevorzugt als elektrische Heizeinrichtung ausgebildet ist.
Die Brennkraftmaschine 1 weist auch einen Ladeluftstrang 19 auf, über den ihr Ladeluft zuführbar ist. In für sich genommen bekannter Weise ist in dem Ladeluftstrang ein Verdichter 21 angeordnet, der durch eine in dem Abgasstrang 3 angeordnete Turbine 23 antreibbar ist. Es ist insoweit eine Turboladereinrichtung bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel verwirklicht.
Das dargestellte Ausführungsbeispiel weist außerdem eine Abgasrückführeinrichtung 25 auf, welche hier eine Hochdruckabgasrückführstrecke 27 und eine Niederdruckabgas- rückführstrecke 29 aufweist. Dabei zweigt die Hochdruckabgasrückführstrecke 27 stromaufwärts der Turbine 23 aus dem Hochdruckbereich des Abgasstrangs 3 ab, wobei sie stromabwärts des Verdichters 21 in den Hochdruckbereich des Ladeluftstrangs 19 mündet. Die Niederdruckabgasrückführstrecke 29 zweigt stromabwärts des SCR- Katalysators 7 aus dem Niederdruckbereich des Abgasstrangs 3 ab und mündet stromaufwärts des Verdichters 21 in den Niederdruckbereich des Ladeluftstrangs 19.
Im Rahmen des Verfahrens wird die Heizeinrichtung 17 bevorzugt gezielt angesteuert, um die Abgastemperatur in einen Bereich zu bringen, in welchem das Verfahren mit hoher Genauigkeit durchführbar ist. Alternativ oder zusätzlich wird bevorzugt auch die Abgasrückführeinrichtung 25 in einer Weise angesteuert, dass Bedingungen geschaffen werden, bei welcher das Verfahren mit hoher Genauigkeit durchführbar ist. Dabei ist insbesondere vorgesehen, dass die Abgasrückführung insgesamt auf die Hochdruckabgasrückführstrecke 27 umgestellt wird, sodass eine möglichst hohe Stickstoffdioxidbildung am Oxidationskatalysator 15 erreicht wird. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass eine Gesamtabgasrückführrate gezielt beeinflusst wird, um die Abgas- temperatur - zusätzlich oder alternativ zu der Ansteuerung der Heizeinrichtung 17, in einen Bereich gebracht wird, in welchem das Verfahren besonders effizient und mit hoher Genauigkeit durchführbar ist. Zur Ermittlung der Abgastemperatur ist im Übrigen vorzugsweise noch ein in Figur 1 nicht dargestellter Temperatursensor vorgesehen, mit welchem die Abgastemperatur stromaufwärts des Partikelfilters 5 erfassbar ist.
Figur 2 zeigt eine schematische, diagrammatische Darstellung einer Abhängigkeit des Stickoxidumsatzes U(NOx) - aufgetragen gegen die Abgastemperatur T stromaufwärts des Partikelfilters 5 - von der Rußbeladung des Partikelfilters 5. Dabei ist mit einer durchgezogenen Kurve 31 der Stickoxidumsatz an dem Partikelfilter 5 bei einer ersten, höheren Rußbeladung des Partikelfilters 5 dargestellt, wobei mit einer zweiten, strichlierten Kurve 33 der Stickoxidumsatz an dem Partikelfilter 5 bei einer zweiten, niedrigeren Rußbeladung gegen die Temperatur des Abgases vor dem Partikelfilter 5 aufgetragen ist. Ebenfalls ist in Figur 2 angedeutet, dass ein Temperaturbereich zwischen einer Mindesttemperatur Tmin und einer Maximaltemperatur Tmax existiert, in dem das Verfahren mit besonders hoher Empfindlichkeit angewendet werden kann, weil Kurven, welche den Stickoxidumsatz U(NOx) in Abhängigkeit von der Temperatur T für verschiedene Rußbeladungen des Partikelfilters 5 beschreiben, vergleichsweise große Abstände voneinander aufweisen. Insbesondere ergeben sich in diesem Temperaturbereich auch keine Kurvenkreuzungen, sodass eine eindeutige Zuordnung des Stickoxidumsatzes U(NOx) zu der Rußbeladung möglich ist. Dies gilt insbesondere dann, wenn - wie dies bevorzugt durchgeführt wird - der momentane Stickoxidumsatz mit einem Referenzwert für den unbeladenen Partikelfilter 5 und insoweit mit einer Basislinie oder Basiskurve verglichen wird.
Figur 3 zeigt schematisch und diagrammatisch die Abhängigkeit des Stickoxidumsatzes U(NOx) - aufgetragen gegen die Temperatur T des Abgases stromaufwärts des
Partikelfilters 5 - von einem Verhältnis einer Stickstoffdioxidkonzentration zu einer Gesamtstickoxidkonzentration im Abgas. Dabei ist in das Diagramm von Figur 3 ein erstes Kurvenpaar 35 eingezeichnet, welches Stickoxidumsätze bei einem ersten, höheren Verhältnis von Stickstoffdioxid zu Gesamtstickoxid im Abgas darstellt. Dabei zeigt eine erste Kurve 37, die durchgezogen dargestellt ist, die Temperaturabhängigkeit des Stickoxidumsatzes für eine erste, höhere Rußbeladung des Partikelfilters 5, wobei eine zweite, strichpunktierte Kurve 39 diesen Verlauf für eine zweite, niedrigere
Rußbeladung des Partikelfilters 5 zeigt. Ein zweites Kurvenpaar 39 ist entsprechend für ein zweites, niedrigeres Verhältnis von Stickstoffdioxid zu Gesamtstickoxid im Abgas dargestellt. Dieses zweite Kurvenpaar 39 weist eine dritte, strichliert dargestellte Kurve 41 auf, welche den Stickoxidumsatz in Abhängigkeit von der Temperatur für die erste, größere Rußbeladung des Partikelfilters 5 darstellt, wobei das zweite Kurvenpaar 39 eine vierte, punktiert dargestellte Kurve 43 aufweist, welche den Stickoxidumsatz in Abhängigkeit von der Temperatur für die zweite, geringere Rußbeladung des Partikelfilters 5 darstellt. Dabei liegen den Kurvenpaaren 35, 39 die identischen ersten und zweiten Rußbeladungen zugrunde. Aus Figur 3 wird somit unmittelbar klar, dass eine deutlichere Separation des Stickoxidumsatzes in Abhängigkeit von der Rußbeladung des Partikelfilters 5 dann existiert, wenn das Verhältnis von Stickstoffdioxid zu Gesamtstickoxid höher ist. Das Verfahren ist mit besonders hoher Genauigkeit bei einem vergleichsweise hohen Verhältnis von Stickstoffdioxid zu Gesamtstickoxid durchführbar, insbesondere wenn ein vorbestimmter Minimalwert für das Verhältnis überschritten wird. Dieser beträgt zwischen mindestens 10 % bis höchstens 50 %, vorzugsweise zwischen mindestens 20 % bis höchstens 40 % und besonders bevorzugt zwischen mindestens 30 % bis höchstens 50 %.
Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des Verfahrens nach Art eines Ablaufdiagramms. Im Rahmen des Verfahrens wird der momentane Stickoxidumsatz 45 an dem Partikelfilter 5 vorzugsweise mithilfe der Stickoxidsensoren 1 1 , 13 bestimmt. Aus einem Kennfeld 47 wird als Referenzwert der beladungsfreie Stickoxidumsatz 49, welchen der Partikelfilter 5 aufweist, wenn er nicht mit Ruß beladen, also entweder neu oder vollständig regeneriert ist, aufweist. Das Kennfeld 47 ist dabei aufgespannt über einem Alterungsfaktor 51 für den Partikelfilter 5, dem Verhältnis 53 der Stickstoffdioxidkonzentration zu der Gesamtstickoxidkonzentration stromaufwärts des Partikelfilters 5 im Abgas, der Temperatur 55 stromaufwärts des Partikelfilters 5 im Abgas, einem Abgasmassenstrom 57 über den Partikelfilter 5, und einer Reduktionsmittel-Beladung 59, insbesondere einer Ammoniak-Beladung des Partikelfilters 5.
Entsprechend wird der beladungsfreie Stickoxidumsatz 49 in Abhängigkeit von den links des Kennfelds 47 dargestellten Parametern ausgelesen. Dabei sind vorzugsweise der Alterungsfaktor 51 und das Verhältnis 53 der Stickstoffdioxidkonzentration zu der
Gesamtstickoxidkonzentration dimensionslos. Die Temperatur 55 wird bevorzugt in °C angegeben, der Abgasmassenstrom 57 vorzugsweise in kg/h, und die Reduktionsmittel- Beladung 59 bevorzugt in g.
Der Alterungsfaktor 51 wird vorzugsweise in Abhängigkeit der Faktoren Temperatur und Zeit bestimmt, insbesondere als Temperatur-Zeit-Integral. Das Verhältnis von Stickstoffdioxid zu Gesamtstickoxid im Abgas wird vorzugsweise anhand der Temperatur des Abgases stromaufwärts des Oxidationskatalysators 15 oder der Temperatur stromaufwärts des Partikelfilters 5, dem Abgasmassenstrom über dem Oxidationskatalysator, und dem Alterungszustand des Oxidationskatalysators 15 - ebenfalls aus einem hier nicht dargestellten Kennfeld - ermittelt. Die Reduktionsmittel- Beladung 59 resultiert vorzugsweise aus einer Modellrechnung.
In einem Differenzglied 61 wird nun vorzugsweise eine Differenz 62 zwischen dem momentanen Stickoxidumsatz 45 und dem beladungsfreien Stickoxidumsatz 49 gebildet. Diese Differenz 62 geht in ein Ermittlungsglied 63 ein, in welches außerdem bevorzugt das Verhältnis 53 der Stickstoffdioxidkonzentration zu der Gesamtstickoxidkonzentration eingeht. Aus diesem Verhältnis 53 und der in dem Differenzglied 61 ermittelten Differenz 62 wird nun durch das Ermittlungsglied 63 die momentane Rußbeladung 65 des
Partikelfilters 5 berechnet. Diese stellt insbesondere in dem für das Verfahren optimalen Temperaturbereich sowie bei einem den vorbestimmten Mindestwert überschreitenden Verhältnis 53 einen sehr genauen Wert für die Rußbeladung des Partikelfilters 5 dar. Dabei ist es insbesondere möglich, diesen Wert zur Korrektur anderer Ermittlungsmethoden, insbesondere eines Rußbeladungsmodells und/oder eines Differenzdruckmodells, heranzuziehen.
Insgesamt zeigt sich, dass mithilfe des Verfahrens insbesondere eine vorzeitige
Regeneration des Partikelfilters 5 vermieden werden kann. Dadurch wird das
Regenerationsintervall des Partikelfilters 5 verlängert, was eine Einsparung von Kraftstoff und eine verringerte thermische Belastung der katalytischen Beschichtung des
Abgasnachbehandlungssystems zur Folge hat.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Ermitteln einer Rußbeladung (65) eines mit einer selektiv
katalytischen Beschichtung versehenen Partikelfilters (5), mit folgenden Schritten: Bestimmen eines Stickoxidumsatzes (45) an dem Partikelfilter (5) und Ermitteln einer Rußbeladung (65) des Partikelfilters (5) aus dem bestimmten Stickoxidumsatz (45).
2. Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rußbeladung (65) ermittelt wird, wenn eine Abgastemperatur (55) in einem Abgasstrang (3) stromaufwärts des Partikelfilters (5) größer oder gleich einer vorbestimmten Mindesttemperatur (Tmin) und kleiner oder gleich einer
vorbestimmten Maximaltemperatur (Tmax) ist, wobei vorzugsweise die
Mindesttemperatur (Tmin) von mindestens 175 °C bis höchstens 210 °C und/oder die Maximaltemperatur (Tmax) von mindestens 240 °C bis höchstens 280 °C beträgt, oder wobei die Abgastemperatur (55) stromaufwärts des Partikelfilters (5) vorzugsweise von mindestens 150 °C bis höchstens 300 °C, vorzugsweise von mindestens 175 °C bis höchstens 280 °C, vorzugsweise von mindestens 175 °C bis 240 °C, vorzugsweise von mindestens 210 °C bis höchstens 280 °C, vorzugsweise von mindestens 210 °C bis höchstens 240 °C, beträgt.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Ermittlung der Rußbeladung (65) aus dem bestimmten Stickoxidumsatz (45) ein Verhältnis (53) einer Stickstoffdioxidkonzentration zu einer Gesamtstickstoffkonzentration im Abgas stromaufwärts des Partikelfilters (5) herangezogen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rußbeladung (65) ermittelt wird, wenn das Verhältnis (53) der
Stickstoffdioxidkonzentration zu der Gesamtstickoxidkonzentration im Abgas stromaufwärts des Partikelfilters (5) größer ist als ein vorbestimmter Mindestwert, wobei vorzugsweise der Mindestwert von mindestens 10 % bis höchstens 50 %, vorzugsweise von mindestens 20 % bis höchstens 40 % beziehungsweise von mindestens 30 % bis höchstens 50 % beträgt.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Stickoxidumsatz (45) an dem Partikelfilter (5) mittels stromaufwärts und stromabwärts des Partikelfilters angeordneten Stickoxidsensoren (11 ,13) bestimmt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Verhältnis (53) der Stickstoffdioxidkonzentration zu der
Gesamtstickoxidkonzentration anhand der Abgastemperatur (55) stromaufwärts des Partikelfilters (5) oder einer Abgastemperatur stromaufwärts eines
Oxidationskatalysators (15), einem Abgasmassenstrom (57) über dem
Oxidationskatalysator (15), und/oder einem Alterungszustand des
Oxidationskatalysators (15) ermittelt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rußbeladung (65) durch Vergleichen des bestimmten Stickoxidumsatzes (45) mit einem vorbestimmten Stickoxidumsatz (49) des unbeladenen Partikelfilters (5) verglichen wird, wobei der vorbestimmte Stickoxidumsatz (49) des Partikelfilters (5) vorzugsweise in Abhängigkeit von einem Abgasmassenstrom (57) über dem Partikelfilter, der Abgastemperatur (55) stromaufwärts des Partikelfilters (5), dem Verhältnis (53) der Stickstoffdioxidkonzentration zu der Gesamtstickoxidkonzentration stromaufwärts des Partikelfilters (5), einer
Reduktionsmittelbeladung des Partikelfilters (5), einem Alterungszustand des Partikelfilters (5), und/oder in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt einer
Brennkraftmaschine (1), welche den Partikelfilter (5) aufweist, ermittelt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rußbeladung (65) des Partikelfilters (5) zusätzlich mittels eines
Beladungsmodells und anhand eines über dem Partikelfilter (5) abfallenden Differenzdrucks bestimmt wird, wobei bevorzugt eine Regeneration durchgeführt wird, wenn eine dieser Ermittlungsmethoden eine Rußbeladung als Ergebnis zurückgibt, die einen vorbestimmten Maximalwert erreicht oder überschreitet.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Rußbeladung anhand des Stickoxidumsatzes (45) bestimmt wird, wenn ein anhand des Beladungsmodells bestimmter, erster Beladungswert und ein anhand des Differenzdrucks bestimmter, zweiter Beladungswert eine Differenz aufweisen, die einen vorbestimmten Differenzgrenzwert erreicht oder überschreitet, wobei die anhand des Stickoxidumsatzes (45) bestimmte Rußbeladung vorzugsweise zur Korrektur des ersten und/oder des zweiten Beladungswerts und/oder zur Korrektur wenigstens einer der diesen Beladungswerten zugrunde liegenden
Ermittlungsmethoden, nämlich dem Beladungsmodell und/oder dem
Differenzdruckmodell, verwendet wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
mittels Ansteuerung einer Abgasrückführeinrichtung (25) und/oder mittels aktivem Heizen eines Oxidationskatalysators (15) gezielt Bedingungen eingestellt werden, unter denen die Rußbeladung (65) des Partikelfilters (5) aus dem Stickoxidumsatz (45) ermittelbar ist.
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