WO2021028422A1

WO2021028422A1 - Verfahren und vorrichtung zur steuerung des betriebs eines partikelfilters eines kraftfahrzeugs

Info

Publication number: WO2021028422A1
Application number: PCT/EP2020/072467
Authority: WO
Inventors: Ghislain Tissot
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2019-08-14
Filing date: 2020-08-11
Publication date: 2021-02-18
Also published as: DE102019212174B3; KR20220050878A; CN114207261A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Betriebs eines Partikelfilters eines Kraftfahrzeugs. Während des Normalbetriebs erfolgt eine Ermittlung des Beladungszustands des Partikelfilters mit Rußpartikeln unter Verwendung einer Auswertung der Ausgangssignale einer Drucksensorik. Während der Regenerierung des Partikelfilters erfolgt eine Ermittlung des Beladungszustandes unter Verwendung eines Modells des Partikelfilters. Zusätzlich erfolgt während der Regenerierung des Partikelfilters eine Ermittlung des Beladungszustands unter Verwendung einer Auswertung der Ausgangssignale der Drucksensorik. Ferner wird während der Regenerierung ein Gradient der Rußbeladung ermittelt. Weichen die Ermittlung des Beladungszustandes des Partikelfilters unter Verwendung eines Modells und die Ermittlung durch eine Auswertung der Ausgangssignale der Drucksensorik um mehr als ein erster vorgegebener Schwellenwert voneinander ab und/oder ist der ermittelte Gradient größer als ein zweiter vorgegebener Schwellenwert, dann wird der mittels des Modells ermittelte Wert auf den mittels der Drucksensorik ermittelten Wert gesetzt.

Description

Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung des Betriebs eines Partikelfilters eines Kraftfahrzeugs

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Betriebs eines Partikelfilters eines Kraftfahrzeugs. Unter einem Kraftfahrzeug werden dabei nicht nur Personenkraftwagen, sondern auch beispielsweise Lastkraftwagen und Offroad-Fahrzeuge verstanden.

Aus der EP 1 548257 B1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Regeneration eines Diesel-Partikelfilters bekannt, welches im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Die bekannte Vorrichtung weist einen Differenzdrucksensor auf, mittels dessen ein Druckverlust zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Partikelfilters ermittelt wird. Ist der ermittelte Druckverlust größer als ein vorgegebener Regenerationsstartwert, dann wird die Regeneration des Partikelfilters in die Wege geleitet. Zur Durchführung dieser Regeneration erhöht die Motorsteuereinheit des Kraftfahrzeugs die Abgastemperatur, so dass die Rußpartikel, die sich im Partikelfilter abgesetzt haben, verbrannt werden können. Während dieser Regeneration wird der Druckverlust weiterhin dahingehend überwacht, ob er einen Regenerationsendwert unterschreitet. Ist dies der Fall, dann wird die Regeneration des Partikelfilters beendet. Während der Regeneration des Partikelfilters erfolgt des Weiteren basierend auf einem Modell des Partikelfilters eine Überwachung der Temperatur des Partikelfilters, um ein Auftreten von Schäden zu verhindern.

Es ist des Weiteren bereits bekannt, in einem Normalbetrieb eine Ermittlung der Rußbeladung des Partikelfilters mittels eines Differenzdrucksensors vorzunehmen und nach dem Erkennen der Notwendigkeit einer Regeneration des Partikelfilters diese Regeneration einzuleiten und während dieser Regeneration eine Ermittlung der Rußbeladung unter Verwendung eines Modells des Partikelfilters vorzunehmen. Wird dabei erkannt, dass durch die Partikelfilterregeneration ein ausreichender Abbau der Rußbeladung stattgefunden hat, dann wird der Partikelfilter wieder im Normalbetrieb betrieben, in welchem dessen Rußbeladung unter Verwendung der Ausgangssignale des Differenzdrucksensors ermittelt wird. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung des Betriebs eines Partikelfilters eines Kraftfahrzeugs anzugeben, bei denen die Ermittlung der Rußbeladung des Partikelfilters verbessert ist.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 bzw. durch eine Vorrichtung mit den im Anspruch 2 angegebenen Merkmalen gelöst.

Bei einem Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Partikelfilters eines Kraftfahrzeugs werden gemäß der Erfindung folgende Schritte durchgeführt:

S1 : zur Ermittlung der Rußbeladung des Partikelfilters wird mittels einer Drucksensorik eine Druckdifferenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Partikelfilters ermittelt,

S2: wenn die ermittelte Druckdifferenz einen vorgegebenen ersten Schwellenwert übersteigt, wird eine Regeneration des Partikelfilters durchgeführt, bei welcher die folgenden weiteren Schritte durchgeführt werden:

S3a: die Rußbeladung des Partikelfilters wird unter Verwendung eines Modells des Partikelfilters ermittelt,

S3b: des Weiteren wird eine Ermittlung der Rußbeladung des Partikelfilters unter Verwendung der Drucksensorik vorgenommen,

S3c: die mittels des Modells ermittelte Rußbeladung wird mit der mittels der Drucksensorik ermittelten Rußbeladung verglichen,

S3d: der Gradient der Rußbeladung wird ermittelt;

S3e: wenn die Abweichung der mittels des Modells ermittelten Rußbeladung von der mittels der Drucksensorik ermittelten Rußbeladung größer ist als ein zweiter vorgegebener Schwellenwert und/oder wenn der Gradient der Rußbeladung größer ist als ein dritter Schwellenwert, dann wird eine Korrektur der mittels des Modells ermittelten Rußbeladung vorgenommen, durch welche die mittels des Modells ermittelte Rußbeladung auf den Wert der mittels der Drucksensorik ermittelten Rußbeladung gesetzt wird,

S3f: nach dieser Korrektur werden die Schritte S3a bis S3f solange wiederholt, bis die ermittelte Rußbeladung einen vorgegebenen vierten Schwellenwert unterschreitet,

S4: nach dem Unterschreiten des vierten Schwellenwertes wird die Regeneration des Partikelfilters beendet.

Eine Vorrichtung zur Steuerung des Betriebs eines Partikelfilters eines Kraftfahrzeugs weist eine Steuereinheit auf, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist. Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass die Genauigkeit der während der Regeneration des Partikelfilters vorgenommenen Ermittlung der Rußbeladung des Partikelfilters erhöht ist, da während der Regeneration im Partikelfilter auftretende unkontrollierte lokale Verbrennungen von Rußpartikeln bei der Ermittlung der Rußbeladung des Partikelfilters berücksichtigt werden, was bei bekannten Systemen nicht der Fall ist. Weitere Vorteile der Erfindung bestehen darin, dass die für die Regeneration des Partikelfilters benötigte Zeit reduziert wird und dass der Kraftstoffverbrauch des Kraftfahrzeugs reduziert wird. Ferner werden auch eine im Kraftfahrzeug auftretende Ölverdünnung sowie der CC -Ausstoss des Kraftfahrzeugs reduziert.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigt

Figur 1 eine Blockdarstellung der zum Verständnis der Erfindung notwendigen Komponenten eines Kraftfahrzeugs und

Figur 2 ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Steuerung des Betriebs eines Partikelfilters eines Kraftfahrzeugs während der Partikelfilterregeneration.

Die Figur 1 zeigt eine Blockdarstellung der zum Verständnis der Erfindung notwendigen Komponenten eines Kraftfahrzeugs 1. Zu diesen Komponenten gehören ein Saugrohr 2, eine Drosselklappe 3, eine Brennkraftmaschine 4, welche Zylinder 5 aufweist, ein Abgastrakt 6, ein Abgasturbolader 7, ein Katalysator 8, ein Temperatursensor 9, ein Partikelfilter 10, ein Differenzdrucksensor 11 , eine Abgasrückführung 12 und eine Steuereinheit 13.

Im Betrieb des in der Figur 1 dargestellten Kraftfahrzeugs wird Kraftstoff über das Saugrohr 2 und die Drosselklappe 3 den Zylindern 5 der Brennkraftmaschine zugeführt und dort mit den Zylindern des Weiteren zugeführtem Kraftstoff verbrannt. Das dabei entstehende Abgas wird an einen Abgastrakt 6 ausgegeben.

In diesem Abgastrakt 6 ist ein Abgasturbolader 7 angeordnet, dessen Turbine mit dem Abgas beaufschlagt wird. Der Abgasausgang der Turbine ist mit dem Katalysator 8 verbunden, an dessen Ausgang dar Partikelfilter 10 angeordnet ist. Zwischen dem Katalysator 8 und dem Partikelfilter 10 ist ein Temperatursensor 9 vorgesehen, dessen Ausgangssignal t einer Steuereinheit 13 des Kraftfahrzeugs zugeführt wird. Der Differenzdrucksensor 13 ist mit dem Eingang und dem Ausgang des Partikelfilters 10 verbunden und misst die Druckdifferenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Partikelfilters 10. Das Ausgangssignal p des Differenzdrucksensors 11 wird ebenfalls der Steuereinheit 13 bereitgestellt. Vom Abgastrakt 6 ist eine Abgasrückführung 12 in den Eingangsbereich der Brennkraftmaschine 4 vorgesehen.

Im normalen Fährbetrieb der Brennkraftmaschine, in welchem sich auch der Partikelfilter 10 in einem Normalbetrieb befindet, in welchem keine Partikelfilterregeneration durchgeführt wird, wird der Partikelfilter 10 zunehmend mit Ruß beladen. Deshalb wird während dieses Normalbetriebes des Partikelfilters eine Überwachung der Rußbeladung des Partikelfilters durchgeführt. Im Rahmen dieser Überwachung vergleicht die Steuereinheit 13 die vom Differenzdrucksensor 11 ermittelten und ihr zugeführten Differenzdrucksignale p mit einem vorgegebenen ersten Schwellenwert SW1. Überschreitet die ermittelte Druckdifferenz diesen ersten Schwellenwert, dann leitet die Steuereinheit 13 eine Regeneration des Partikelfilters 10 in die Wege. Zu diesem Zweck leitet die Steuereinheit 13 zunächst über eine Erhöhung der Temperatur des Katalysators 8 auch eine Erhöhung der Temperatur des Partikelfilters 10 in die Wege, so dass dort eine zur Verbrennung der Rußpartikel ausreichend hohe Temperatur zur Verfügung steht.

Danach werden während der Regeneration des Partikelfilters 10 die folgenden weiteren Schritte durchgeführt:

Es erfolgt eine Ermittlung der Rußbeladung des Partikelfilters 10 unter Verwendung eines Modells des Partikelfilters. Dieses Modell wurde im Voraus ermittelt und in Form dem Modell zugehöriger Daten in einem Speicher der Steuereinheit 13 hinterlegt. Die Verwendung eines Modells des Partikelfilters zur Ermittlung der Rußbeladung erfolgt deshalb, weil aufgrund der bei der Regeneration des Partikelfilters vorliegenden hohen Temperaturen die Genauigkeit der Ermittlung der Rußbeladung im Vergleich zum Normalbetrieb reduziert ist und deshalb ungenauer ist als die Ermittlung der Rußbeladung unter Verwendung eines Modells des Partikelfilters 10.

Zusätzlich zur Ermittlung der Rußbeladung des Partikelfilters 10 unter Verwendung eines Modells des Partikelfilters erfolgt aber auch eine Ermittlung der Rußbeladung durch eine Auswertung der Ausgangssignale des Differenzdrucksensors 11 . Anschließend erfolgt ein Vergleich der mittels des Modells ermittelten Rußbeladung mit der mittels der Ausgangssignale des Differenzdrucksensors 11 ermittelten Rußbeladung.

Des Weiteren erfolgt in der Steuereinheit 13 auch eine Ermittlung des Gradienten der Rußbeladung, vorzugsweise unter Verwendung der Ausgangssignale des Differenzdrucksensors 11 .

Zeigt sich, dass die Abweichung der mittels des Modells ermittelten Rußbeladung von der unter Verwendung des Differenzdrucksensors ermittelten Rußbeladung größer ist als ein zweiter vorgegebener Schwellenwert und/oder dass der ermittelte Gradient der Rußbeladung größer ist als ein dritter Schwellenwert, dann wird eine Korrektur bzw. ein Update der mittels des Modells ermittelten Rußbeladung vorgenommen. Durch diese Korrektur bzw. diesen Update wird die mittels des Modells ermittelte Rußbeladung auf den Wert der mittels des Differenzdrucksensors 11 ermittelten Rußbeladung gesetzt.

Nach dieser Korrektur wird die Partikelfilterregeneration unter Verwendung des korrigierten Wertes für die modellbasierte Beladungsermittlung fortgesetzt und die vorstehend beschriebenen Schritte werden solange wiederholt, bis die ermittelte Rußbeladung einen vorgegebenen vierten Schwellenwert unterschreitet.

Nach dem Unterschreiten des vierten Schwellenwertes wird die Regeneration des Partikelfilters beendet und der Normalbetrieb fortgesetzt.

Diese Vorgehensweise ist auch in der Figur 2 veranschaulicht. Diese zeigt ein Blockdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Steuerung des Betriebs des in der Figur 1 dargestellten Partikelfilters.

Wurde im Normalbetrieb des Kraftfahrzeugs und des Partikelfilters durch eine Auswertung der Ausgangssignale p des Differenzdrucksensors festgestellt, dass der Beladungszustand des Partikelfilters größer ist als ein erster vorgegebener Schwellenwert, dann erfolgt ein Übergang in einen Regenerierungsbetrieb des Partikelfilters. Während dieser Regenerierung wird die mittels des genannten Modells ermittelte Rußbeladung RM mit der durch eine Auswertung der Drucksensorik ermittelte Rußbeladung RS verglichen. Im Rahmen dieser Auswertung wird ein mittels der Drucksensorik ermittelter Rußbeladungswert RS von einem modellbasiert ermittelten Rußbeladungswert RM subtrahiert. Die ermittelte Differenz wird mit einem ersten Schwellenwert SW1 verglichen. Ist die ermittelte Differenz größer als der Schwellenwert, dann erfolgt eine Überprüfung, ob momentan eine Partikelfilterregeneration durchgeführt wird, was durch ein Signal PR angezeigt wird. Ist die ermittelte Differenz größer als der erste Schwellenwert und liegt das Signal PR vor, dann wird am Ausgang eines UND-Gliedes „and“ ein Ausgangssignal bereitgestellt, welches einem Eingang eines Oder-Gliedes „OR“ zugeführt wird.

Des Weiteren wird durch eine Auswertung der vom Differenzdrucksensor 11 bereitgestellten Differenzdrucksignale p der Gradient GR der Rußbeladung ermittelt. Dieser Gradient GR wird mit einem vorgegebenen zweiten Schwellenwert SW2 verglichen. Ist der Gradient GR kleiner als der vorgegebene zweite Schwellenwert SW2, dann wird einem ersten Eingang eines nachfolgenden UND-Gliedes „and“ ein entsprechendes Ausgangssignal zugeführt. Einem zweiten Eingang dieses UND-Gliedes wird das bereits genannte Signal PR zugeführt, welches das Vorliegen des Regenerationsbetriebs des Partikelfilters 10 anzeigt. Das am Ausgang des UND-Gliedes „and“ vorliegende Signal wird dem zweiten Eingang des bereits genannten ODER-Gliedes „OR“ zugeführt.

Ist mindestens eines der an den Eingängen des ODER-Gliedes „OR“ anliegenden Signale vorhanden, dann wird am Ausgang des ODER-Gliedes „OR“ ein Signal „UP“ bereitgestellt, welches die Notwendigkeit anzeigt, während der Regenerierungsphase des Partikelfilters 10 eine Korrektur der mittels des Modells ermittelten Rußbeladung vorzunehmen, durch welche die mittels des Modells ermittelte Rußbeladung auf den Wert der mittels der Drucksensorik ermittelten Rußbeladung gesetzt wird.

Nach dieser Korrektur der mittels des Modells ermittelten Rußbeladung wird die vorstehend beschriebene Regeneration des Partikelfilters solange fortgesetzt, bis die ermittelte Rußbeladung einen vorgegebenen vierten Schwellenwert unterschreitet. Nach diesem Unterschreiten des vierten Schwellenwertes wird die Regeneration des Partikelfilters beendet und der Normalbetrieb fortgesetzt, in welchem nur noch eine Ermittlung des Beladungszustandes des Partikelfilters durch eine Auswertung der Ausgangssignale des Differenzdrucksensors 11 vorgenommen wird.

Bei der oben genannten Drucksensorik kann es sich wie in der Figur 1 dargestellt um einen Differenzdrucksensor 11 handeln. Eine erste alternative Ausführungsform für die Drucksensorik besteht darin, am Eingang und am Ausgang des Partikelfilters 10 jeweils einen Drucksensor vorzusehen, und deren Ausgangssignale an die Steuereinheit 13 weiterzuleiten, welche dann aus diesen beiden Ausgangssignalen ein Differenzdrucksignal ermittelt. Eine zweite alternative Ausführungsform besteht darin, den Partikelfilter mit einem SCR-System (selective catalyst reduction System) zu kombinieren, so dass die Drucksensorik die Differenzdruckmessung zwischen dem Eingang und dem Ausgang dieser Komponenten-Kombination vornimmt.

Alternativ zu dem oben anhand der Figur 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel kann die vorliegende Erfindung auch bei Kraftfahrzeugen verwendet werden, die anstelle oder zusätzlich zu einem herkömmlichen Katalysator eine Stickoxidfalle (lean nox trap) verwenden.

Eine weitere Alternative besteht darin, im Normalbetrieb die Rußbeladung des Partikelfilters auf andere Art und Weise zu ermitteln, beispielsweise unter

Verwendung der seit der vorangegangenen Partikelfilterregeneration gefahrenen Kilometer und/oder einer Berücksichtigung des Fahrverhaltens und/oder einer Berücksichtigung des Abgasstromes (exhaust flow) und/oder einer Berücksichtigung des Lambda-Luft-Kraftstoffverhältnisses (lambda-airfuel ratio).

Generell kann die vorliegende Erfindung bei Kraftfahrzeugen mit oder ohne Niederdruck-/Flochdruck-Abgasrückführung und mit oder ohne SCR-System verwendet werden.

Claims

Patentansprüche

1 . Verfahren zur Steuerung des Betriebs eines Partikelfilters eines Kraftfahrzeugs, bei welchem die folgenden Schritte durchgeführt werden:

S1 : zur Ermittlung der Rußbeladung des Partikelfilters wird mittels einer Drucksensorik eine Druckdifferenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Partikelfilters ermittelt;

S3a: die Rußbeladung des Partikelfilters wird unter Verwendung eines Modells des Partikelfilters ermittelt;

S3b: des Weiteren wird eine Ermittlung der Rußbeladung des Partikelfilters unter Verwendung der Drucksensorik vorgenommen;

S3c: die mittels des Modells ermittelte Rußbeladung wird mit der mittels der Drucksensorik ermittelten Rußbeladung verglichen;

S3d: ein Gradient der Rußbeladung wird ermittelt;

S3e: wenn die Abweichung der mittels des Modells ermittelten Rußbeladung von der mittels der Drucksensorik ermittelten Rußbeladung größer ist als ein zweiter vorgegebener Schwellenwert und/oder wenn der Gradient der Rußbeladung größer ist als ein dritter Schwellenwert, dann wird eine Korrektur der mittels des Modells ermittelten Rußbeladung vorgenommen, durch welche die mittels des Modells ermittelte Rußbeladung auf den Wert der mittels der Drucksensorik ermittelten Rußbeladung gesetzt wird;

S3f: nach dieser Korrektur werden die Schritte S3a bis S3f solange wiederholt, bis die ermittelte Rußbeladung einen vorgegebenen vierten Schwellenwert unterschreitet;

2. Vorrichtung zur Steuerung des Betriebs eines Partikelfilters eines Kraftfahrzeugs, welche eine Steuereinheit aufweist, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.