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DE10252732B4 - Method and device for operating an exhaust aftertreatment device of an internal combustion engine - Google Patents

Method and device for operating an exhaust aftertreatment device of an internal combustion engine Download PDF

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DE10252732B4
DE10252732B4 DE10252732A DE10252732A DE10252732B4 DE 10252732 B4 DE10252732 B4 DE 10252732B4 DE 10252732 A DE10252732 A DE 10252732A DE 10252732 A DE10252732 A DE 10252732A DE 10252732 B4 DE10252732 B4 DE 10252732B4
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Abstract

Verfahren zum Betrieb einer einen Partikelfilter aufweisenden Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeuges, wobei wenigstens eine für den Beladungszustand des Partikelfilters charakteristische Größe aus Betriebskenngrößen des Partikelfilters ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Verteilung von Abgaspartikeln im Wesentlichen in Längsrichtung des Partikelfilters modelliert und mittels der modellierten räumlichen Verteilung der Abgaspartikel eine Korrektur der charakteristischen Größe durchgeführt wird.A method for operating an exhaust aftertreatment device of an internal combustion engine, in particular of a motor vehicle, having at least one characteristic for the load state of the particulate filter, characterized in that the spatial distribution of exhaust particles is modeled substantially in the longitudinal direction of the particulate filter and by means of modeled spatial distribution of the exhaust particles a correction of the characteristic size is performed.

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Figure 00000001

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche.The The invention relates to a method and an apparatus for operation an exhaust aftertreatment device of an internal combustion engine according to the preambles the respective independent Claims.

Mit Dieselmotoren angetriebene Kraftfahrzeuge haben in vielen Ländern Einrichtungen zur Abgasnachbehandlung aufzuweisen. Aufgrund der Rußbildung kommen dabei insbesondere Partikelfilter zum Einsatz, um die Emission von Rußpartikeln im Abgas dieser Motoren durch Ausfilterung zu minimieren. An diese Partikelfilter werden aufgrund zukünftig noch verschärfter Emissionsgrenzwerte erhöhte Anforderungen an die Effizienz der Abgasnachbehandlung gestellt. Darüber hinaus bekommen solche Partikelfilter auch bei Benzinmotoren mit Direkteinspritzung zunehmende Bedeutung, da insbesondere im sogenannten „Schichtbetrieb” dieser Motoren vermehrt Rußbildung im Abgas auftritt.With Diesel engine driven vehicles have facilities in many countries to have the exhaust aftertreatment. Due to the soot formation particulate filters are used in particular to control the emission of soot particles in the To minimize exhaust of these engines by filtering out. To this Particulate filters will become even more stringent emission limits in the future increased Requirements placed on the efficiency of the exhaust aftertreatment. About that In addition, such particulate filter also get along in gasoline engines Direct injection is becoming more and more important, especially in so-called "shift operation" Engines increase soot formation occurs in the exhaust gas.

Aus der DE 100 14 224 A1 und der DE 101 00 418 A1 geht ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einer solchen Abgasnachbehandlungseinrichtung hervor. Zur präzisen Steuerung der Brennkraftmaschine muss der Zustand der Abgasnachbehandlungseinrichtung bekannt sein. Insbesondere muss der Beladungszustand des Partikelfilters, d. h. die momentane Menge an ausgefilterten Rußpartikeln, möglichst genau bekannt sein.From the DE 100 14 224 A1 and the DE 101 00 418 A1 shows a method for controlling an internal combustion engine with such an exhaust gas aftertreatment device. For precise control of the internal combustion engine, the state of the exhaust aftertreatment device must be known. In particular, the loading state of the particulate filter, ie the instantaneous amount of filtered-out soot particles, must be known as accurately as possible.

Die Kontrolle der Filterbeladung und die Regenerationsüberwachung des Partikelfilters erfolgen bekanntermaßen mittels Drucksensoren, da das Druckgefälle über den Filter Rückschlüsse auf die im Filter angesammelte Rußmasse ermöglicht. Das von den Drucksensoren gelieferte Drucksignal wird dabei in Abhängigkeit vom aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine ausgewertet und unter Berücksichtigung der durch das Druckgefälle, die Temperatur, den Abgasvolumenstrom etc. bedingten Strömungsverhältnisse im Filter der Strömungswiderstand des Filters berechnet, der wiederum repräsentativ für die Rußbeladung ist. Hierbei wird vereinfachend angenommen, dass die Rußmasse im Filter räumlich gleichverteilt ist. Zur Rußmassenbestimmung wird aus dem Abgasvolumenstrom V und dem Differenzdruck p_Diff längs des Partikelfilters ein Strömungswiderstand R_Gleich berechnet gemäß der Beziehung R_Gleich = p_Diff/V.The Control of filter loading and regeneration monitoring the particulate filter is known to be done by means of pressure sensors, because the pressure gradient over the Filter conclusions on the soot mass accumulated in the filter allows. The pressure signal supplied by the pressure sensors is dependent evaluated from the current operating point of the internal combustion engine and considering the by the pressure gradient, the temperature, the exhaust gas volume flow etc. conditioned flow conditions in the filter the flow resistance of the filter, which in turn is representative of the soot loading. This is simplifying assumed that the soot mass in the filter spatially distributed equally is. For soot mass determination is from the exhaust gas flow V and the differential pressure p_Diff along the Particulate filter a flow resistance R_Calculated according to the relationship R_Gleich = p_Diff / V.

In der FR 2 778 118 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur lokalen Regeneration eines Partikelfilters beschrieben. Hierbei soll zunächst die lokale Beladung des Partikelfilters anhand des Strömungswiderstands bestimmt werden. Dazu wird das Pratikelfilter in Längsrichtung betrachtet in mehrere Zonen unterteilt. In den einzelnen Zonen wird die Temperatur gemessen. Anhand der gemessenen Temperaturen wird auf die Beladung und den Strömungswiderstand jeder einzelnen Zone geschlossen.In the FR 2 778 118 A1 For example, a method and apparatus for locally regenerating a particulate filter are described. In this case, the local loading of the particulate filter should first be determined on the basis of the flow resistance. For this purpose, the Pratikelfilter is divided into several zones viewed in the longitudinal direction. The temperature is measured in the individual zones. Based on the measured temperatures, the loading and the flow resistance of each individual zone are concluded.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine erhöhte Genauigkeit bei der Beladungsbestimmung des Partikelfilters ermöglicht wird.Of the The present invention is based on the object, a method and to improve a device of the type mentioned in that an increased Accuracy in the determination of the loading of the particulate filter is made possible.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.These Task is solved by the characteristics of the independent Claims. Advantageous embodiments are the subject of the respective subclaims.

Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die räumliche Verteilung an Abgaspartikeln im Wesentlichen in Längsrichtung des Partikelfilters zu modellieren. Aus der räumlichen Verteilung der Partikelmasse/-volumen wird dann ein Korrekturfaktor für wenigstens eine aus Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine und/oder der Abgasnachbehandlungseinrichtung berechnete charakteristische Größe des Partikelfilters ermittelt. Als charakteristische Größe kommt bspw. die im Filter akkumulierte Partikelmasse/-volumen oder den Strömungswiderstand des Partikelfilters in Betracht. Die charakteristische Größe ist demnach charakteristisch für den Beladungszustand des Filters. D. h. der Korrekturfaktor wird bevorzugt dazu verwendet, eine gemäß dem Stand der Technik berechnete vorge nannte charakteristische Größe des Partikelfilters zu korrigieren, um dadurch letztlich die Genauigkeit für die Bestimmung des Beladungszustandes des Filters zu erhöhen.Of the The invention is based on the idea of the spatial distribution of exhaust particles essentially in the longitudinal direction of the particulate filter. From the spatial distribution of the particle mass / volume will then be a correction factor for at least one from operating characteristics of the Internal combustion engine and / or the exhaust gas aftertreatment device calculated characteristic size of the particulate filter determined. The characteristic variable comes, for example, in the filter accumulated particle mass / volume or the flow resistance of the particulate filter into consideration. The characteristic size is therefore characteristic for the Loading condition of the filter. Ie. the correction factor is preferred used to one according to the state The technique calculated pre-called characteristic size of the particulate filter to ultimately correct the accuracy for the determination increase the loading condition of the filter.

Eine Korrektur des genannten Strömungswiderstandes aufgrund der Ungleichverteilung der Partikel in Längsrichtung des Partikelfilters R_Ungleich erfolgt bevorzugt in linearer Näherung gemäß der Beziehung RUngleich = R_Gleich·(1 + Kappa), wobei Kappa eine dimensionslose Korrekturgröße darstellt.A correction of said flow resistance due to the unequal distribution of the particles in the longitudinal direction of the particle filter R_Ungleich preferably takes place in a linear approximation according to the relationship R - unequal = R_simultaneous (1 + kappa), where kappa represents a dimensionless correction variable.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur genannten Modellierung der Partikelfilter in Längsrichtung in bevorzugt gleich lange Segmente unterteilt. Der einströmende Partikelmassen- oder -volumenstrom wird auf die einzelnen Segmente mittels einer Verteilungsfunktion verteilt und zu einem betrachteten Zeitpunkt die in jedes Segment einströmende Partikelmasse bzw. -volumen aufsummiert, um die Verteilung der Partikelmasse bzw. des -volumens in Strömungsrichtung des Partikelstromes zu ermitteln.According to one preferred embodiment of the method according to the invention is mentioned Modeling the particle filter in the longitudinal direction in preferably the same divided into long segments. The incoming particle mass or Volume flow is applied to the individual segments by means of a distribution function distributed and at a given time in each segment incoming particle mass or volume added to the distribution of the particle mass or the volume in the flow direction to determine the particle flow.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird aus dem für jedes Segment ermittelten Partikelstrom mittels einer für das jeweilige Partikelfiltermaterial charakteristischen Kennlinie der Strömungswiderstand eines einzelnen Segments des Partikelfilters berechnet.According to an advantageous development of the determined for each segment particle flow by means of a characteristic of the respective particle filter material characteristic of the flow resistance of a single segment of the Partikelfil calculated.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird aus der sich aus den einzelnen Segmenten ergebenden Verteilung des Strömungswiderstandes über die Partikelfilterlänge mittels einer Gewichtungsfunktion über die Segmente ein über die Gesamtlänge des Partikelfilters sich ergebender Gesamtströmungswiderstand berechnet.According to one Another embodiment is made of the individual segments resulting distribution of the flow resistance over the particle filter length means a weighting function over the segments over the total length of the particulate filter resulting total flow resistance is calculated.

Durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer hier betroffenen Abgasnachbehandlungseinrichtung erhöht sich die Genauigkeit der Bestimmung der im Partikelfilter akkumulierten Partikelmasse.By the application of the method according to the invention increases in an exhaust aftertreatment device affected here the accuracy of determining the particulate matter accumulated in the particulate filter.

Die Erfindung wird nachfolgend, unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung, anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele eingehender erläutert.The The invention will be described below with reference to the attached drawing. using preferred embodiments explained in more detail.

Im Einzelnen zeigenin the Show individual

1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Betrieb einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß dem Stand der Technik; 1 a block diagram of an apparatus for operating an exhaust aftertreatment device of an internal combustion engine according to the prior art;

2 eine detaillierte Darstellung eines Verfahrens zur Beladungsbestimmung in einem Partikelfilters gemäß dem Stand der Technik; 2 a detailed illustration of a method for determining the loading in a particulate filter according to the prior art;

3 einen schematisch dargestellten Partikelfilter zur weiteren Illustration des erfindungsgemäßen Verfahrens, insbesondere der Modellierung der räumlichen Verteilung von Abgaspartikeln in einem Partikelfilter; und 3 a schematically illustrated particle filter for further illustrating the method according to the invention, in particular the modeling of the spatial distribution of exhaust particles in a particle filter; and

4a, b Diagramme zur Illustration einer Partikelverteilungsfunktion gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren. 4a , b are diagrams for illustrating a particle distribution function according to the method of the invention.

Unter Bezugnahme auf die 1 wird eine Vorrichtung zum Betrieb einer Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Brennkraftmaschine gemäß dem Stand der Technik, in der das erfindungsgemäße Verfahren implementierbar ist, beschrieben. Die Vorrichtung ist im vorliegenden Beispiel in einer selbstzündenden Brennkraftmaschine, bspw. einem Dieselmotor, angeordnet. Bei dieser Brennkraftmaschine wird die Kraftstoffzumessung mittels eines sogenannten Common-Rail-Systems gesteuert. Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ist aber nicht auf diese Systeme beschränkt und kann grds. auch bei anderen Brennkraftmaschinen eingesetzt werden.With reference to the 1 An apparatus for operating an exhaust aftertreatment device of an internal combustion engine according to the prior art, in which the inventive method is implemented, will be described. In the present example, the device is arranged in a self-igniting internal combustion engine, for example a diesel engine. In this internal combustion engine, the fuel metering is controlled by means of a so-called common-rail system. However, the procedure of the invention is not limited to these systems and can grds. can also be used in other internal combustion engines.

Mit 100 ist die Brennkraftmaschine bezeichnet, der über eine Ansaugleitung 102 Frischluft zugeführt wird und die über eine Abgasleitung 104 Abgase abgibt. In der Abgasleitung 104 ist ein Abgasnachbehandlungsmittel 110 angeordnet, von dem die gereinigten Abgase über die Leitung 106 in die Umgebung gelangen. Das Abgasnachbehandlungsmittel 110 umfasst im Wesentlichen einen Vorkatalysator 112 und stromabwärts einen Partikelfilter 114. Vorzugsweise zwischen dem Vorkatalysator 112 und dem Filter 114 ist ein Temperatursensor 124 angeordnet, der ein Temperatursignal ,T' bereitstellt. Vor dem Vorkatalysator 112 und hinter dem Partikelfilter 114 sind jeweils Sensoren 120a und 120b vorgesehen. Diese Sensoren wirken insgesamt als Differenzdrucksensor 120 und stellen ein Differenzdrucksignal ,DP' bereit, das den Differenzdruck zwischen Eingang und Ausgang des Abgasnachbehandlungsmittels charakterisiert.With 100 is the internal combustion engine referred to, which has a suction line 102 Fresh air is supplied and the via an exhaust pipe 104 Gives off exhaust gases. In the exhaust pipe 104 is an exhaust aftertreatment agent 110 arranged, from which the cleaned exhaust gases over the line 106 get into the environment. The exhaust aftertreatment agent 110 essentially comprises a precatalyst 112 and downstream of a particulate filter 114 , Preferably between the precatalyst 112 and the filter 114 is a temperature sensor 124 arranged, which provides a temperature signal, T '. Before the pre-catalyst 112 and behind the particle filter 114 are each sensors 120a and 120b intended. Altogether, these sensors act as differential pressure sensors 120 and provide a differential pressure signal, DP ', which characterizes the differential pressure between the inlet and outlet of the exhaust aftertreatment agent.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist ein Sensor 125 vorgesehen, der ein Signal liefert, das die Sauerstoffkonzentration im Abgas charakterisiert. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass diese Größe ausgehend von anderen Messwerten berechnet oder mittels einer Simulation bestimmt wird. Der Brennkraftmaschine 100 wird über eine Kraftstoffzumesseinheit 140 Kraftstoff zugemessen. Diese misst über Injektoren 141, 142, 143 und 144 den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine 100 Kraftstoff zu. Vorzugsweise handelt es sich bei der Kraftstoffzumesseinheit um ein sogenanntes Common-Rail-System. Eine Hochdruckpumpe fördert Kraftstoff in einen Druckspeicher. Vom Speicher gelangt der Kraftstoff über die Injektoren in die Brennkraftmaschine.In a particularly advantageous embodiment, a sensor 125 provided, which provides a signal that characterizes the oxygen concentration in the exhaust gas. Alternatively or additionally, it may be provided that this variable is calculated on the basis of other measured values or determined by means of a simulation. The internal combustion engine 100 is via a fuel metering unit 140 Metered in fuel. This measures via injectors 141 . 142 . 143 and 144 the individual cylinders of the internal combustion engine 100 Fuel too. Preferably, the fuel metering unit is a so-called common rail system. A high-pressure pump delivers fuel into a pressure accumulator. From the memory of the fuel passes through the injectors in the internal combustion engine.

An der Kraftstoffzumesseinheit 140 sind verschiedene Sensoren 151 angeordnet, die Signale bereitstellen, die den Zustand der Kraftstoffzumesseinheit charakterisieren. Hierbei handelt es sich bei einem Common-Rail-System bspw. um den Druck ,P' im Druckspeicher. An der Brennkraftmaschine 100 sind ferner Sensoren 152 angeordnet, die den Zustand der Brennkraftmaschine charakterisieren. Hierbei handelt es sich vorzugsweise um einen Drehzahlsensor, der ein Drehzahlsignal ,N' bereitstellt und um weitere Sensoren, die hier nicht dargestellt sind.At the fuel metering unit 140 are different sensors 151 arranged to provide signals characterizing the state of the fuel metering unit. In this case, a common rail system is, for example, the pressure P 'in the pressure accumulator. At the internal combustion engine 100 are also sensors 152 arranged, which characterize the state of the internal combustion engine. This is preferably a speed sensor, which provides a speed signal, N 'and to other sensors, which are not shown here.

Die Ausgangssignale dieser Sensoren gelangen zu einer Steuerung 130, die aus einer ersten Teilsteuerung 132 und einer zweiten Teilsteuerung 134 zusammengesetzt ist. Vor zugsweise bilden die beiden Teilsteuerungen eine bauliche Einheit. Die erste Teilsteuerung 132 steuert vorzugsweise die Kraftstoffzumesseinheit 140 mit Ansteuersignalen ,AD', die die Kraftstoffzumessung beeinflussen, an. Hierzu beinhaltet die erste Teilsteuerung 132 eine Kraftstoffmengensteuerung 136. Diese liefert ein Signal ,NW', das die einzuspritzende Menge charakterisiert, an die zweite Teilsteuerung 134. Die zweite Teilsteuerung 134 steuert vorzugsweise das Abgasnachbehandlungssystem und erfasst hierzu die entsprechenden Sensorsignale. Des Weiteren tauscht die zweite Teilsteuerung 134 Signale, insbesondere die eingespritzte Kraftstoffmenge ,ME', mit der ersten Teilsteuerung 132 aus. Vorzugsweise nutzen die beiden Teilsteuerungen gegenseitig die Sensorsignale und die internen Signale.The output signals of these sensors reach a controller 130 , which consists of a first partial control 132 and a second part control 134 is composed. Before preferably form the two sub-controls a structural unit. The first part control 132 preferably controls the fuel metering unit 140 with control signals, AD ', which influence the fuel metering. This includes the first part control 132 a fuel quantity control 136 , This supplies a signal, NW ', which characterizes the amount to be injected, to the second sub-controller 134 , The second part control 134 preferably controls the exhaust aftertreatment system and detects for this purpose the corresponding sensor signals. Furthermore, the exchange second part control 134 Signals, in particular the injected fuel quantity, ME ', with the first part control 132 out. Preferably, the two sub-controllers mutually use the sensor signals and the internal signals.

Die erste Teilsteuerung, die auch als Motorsteuerung 132 bezeichnet wird, stellt ein Ansteuersignal ,AD' zur Ansteuerung der Kraftstoffzumesseinheit 140 bereit, und zwar abhängig von verschiedenen Signalen, die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 100, den Zustand der Kraftstoffzumesseinheit 140 und die Umgebungsbedingung charakterisieren. Dabei kann auch ein Signal berücksichtigt werden, welches die von der Brennkraftmaschine gewünschte Leistung und/oder Drehmoment charakterisiert. Solche Einrichtungen sind bekannt und vielfältig eingesetzt.The first part control, also called engine control 132 is a drive signal, AD 'for controlling the fuel metering unit 140 ready, depending on various signals that indicate the operating condition of the internal combustion engine 100 , the state of the fuel metering unit 140 and characterize the environmental condition. In this case, a signal can be taken into account, which characterizes the power and / or torque desired by the internal combustion engine. Such devices are known and used in many ways.

Insbesondere bei Dieselbrennkraftmaschinen können Partikelemissionen im Abgas auftreten. Hierzu ist vorgesehen, dass die Abgasnachbehandlungsmittel 110 diese aus dem Abgas herausfiltern. Durch diesen Filtervorgang sammeln sich in dem Partikelfilter 114 Abgaspartikel an. Diese Partikel werden dann in bestimmten Betriebszuständen und/oder nach Ablauf bestimmter Zeiten verbrannt, um den Partikelfilter zu reinigen. Hierzu ist üblicherweise vorgesehen, dass zur Regeneration des Filters 114 die Temperatur im Abgasnachbehandlungsmittel 110 soweit erhöht wird, dass die Partikel verbrennen.Especially in diesel engines particulate emissions can occur in the exhaust gas. For this purpose, it is provided that the exhaust aftertreatment agent 110 filter them out of the exhaust gas. Through this filtering process accumulate in the particulate filter 114 Exhaust particles on. These particles are then burned in certain operating conditions and / or after expiry of certain times to clean the particulate filter. For this purpose, it is usually provided that for the regeneration of the filter 114 the temperature in the exhaust aftertreatment agent 110 so far increased that the particles burn.

Zur Temperaturerhöhung ist der Vorkatalysator 112 vorgesehen. Die Temperaturerhöhung erfolgt bspw. dadurch, dass der Anteil an unverbrannten Kohlenwasserstoffen im Abgas erhöht wird. Diese unverbrannten Kohlenwasserstoffe reagieren dann in dem Vorkatalysator 112 und erhöhen dadurch dessen Temperatur und damit auch die Temperatur des Abgases, das in den Filter 114 gelangt. Diese Temperaturerhöhung des Vorkatalysators und der Abgastemperatur erfordert einen erhöhten Kraftstoffverbrauch und soll daher nur dann durchgeführt werden, wenn dies erforderlich ist, d. h. der Filter 114 mit einem gewissen Anteil von Partikeln beladen ist.To increase the temperature is the precatalyst 112 intended. The temperature increase takes place, for example, in that the proportion of unburned hydrocarbons in the exhaust gas is increased. These unburned hydrocarbons then react in the precatalyst 112 and thereby increase its temperature and thus also the temperature of the exhaust gas entering the filter 114 arrives. This temperature increase of the precatalyst and the exhaust gas temperature requires increased fuel consumption and should therefore only be carried out if this is necessary, ie the filter 114 loaded with a certain proportion of particles.

Eine Möglichkeit, den Beladungszustand des Partikelfilters zu erkennen, besteht darin, den Differenzdruck ,DP' zwischen Eingang und Ausgang des Abgasnachbehandlungsmittels zu erfassen und ausgehend von diesem den Beladungszustand zu ermitteln. Dies erfordert einen Differenzdrucksensor 120. Ausgehend von verschiedenen Größen, insbesondere der Drehzahl ,N' und der eingespritzten Kraftstoffmenge ,NM', wird die erwartete Partikelemission bestimmt und dadurch der Beladungszustand simuliert. Wird ein entsprechender Beladungszustand erreicht, wird durch Ansteuerung der Kraftstoffzumesseinheit 140 die Regeneration des Filters 114 durchgeführt.One way to detect the load condition of the particulate filter is to detect the differential pressure 'DP' between the input and output of the exhaust aftertreatment agent and to determine from this the load state. This requires a differential pressure sensor 120 , Based on various variables, in particular the rotational speed, N 'and the injected fuel quantity, NM', the expected particle emission is determined, thereby simulating the loading state. If a corresponding loading state is achieved, by driving the fuel metering unit 140 the regeneration of the filter 114 carried out.

Anstelle der Drehzahl ,N' und der eingespritzten Kraftstoffmenge ,ME' können auch andere Signale, die diese Größe charakterisieren, verwendet werden. So kann bspw. das Ansteuersignal, insbes. die Ansteuerdauer für die Injektoren und/oder eine Momentengröße, als Kraftstoffmenge ,ME' verwendet werden.Instead of the speed, N 'and the injected fuel quantity, ME 'can also other signals that characterize this size can be used. Thus, for example, the drive signal, esp. The drive time for the injectors and / or a moment size, as Fuel quantity, ME 'used become.

Neben der eingespritzten Kraftstoffmenge ,NM' und der Drehzahl ,N' wird auch die Temperatur ,T' im Abgasnachbehandlungssystem zur Berechnung des Beladungszustandes verwendet. Hierzu wird vorzugsweise der Sensor 124 eingesetzt. Die so berechnete Größe für den Beladungszustand wird dann zur Steuerung des Abgasnachbehandlungssystems verwendet, d. h. abhängig von dem Beladungszustand wird dann die Regeneration über die Temperaturerhöhung eingeleitet.In addition to the injected fuel quantity, NM 'and the rotational speed, N', the temperature 'T' in the exhaust aftertreatment system is also used to calculate the loading state. For this purpose, preferably the sensor 124 used. The quantity thus calculated for the load state is then used to control the exhaust aftertreatment system, ie, depending on the load state, the regeneration is initiated via the temperature increase.

Ein im Stand der Technik bekanntes Verfahren zur Ermittlung des Beladungszustandes eines Partikelfilters ist in der 2 als Blockdiagramm dargestellt. Der Beladungszustand charakterisiert letztlich den Zustand des Abgasnachbehandlungssystems. Bereits in der 1 beschriebene Elemente werden mit entsprechenden Bezugszeichen referiert.A known in the prior art method for determining the loading state of a particulate filter is in the 2 shown as a block diagram. The loading state ultimately characterizes the condition of the exhaust aftertreatment system. Already in the 1 described elements are referenced with corresponding reference numerals.

Einem Grundkennfeld 200 werden die Ausgangssignale N eines Drehzahlsensors 152, eine Größe ,NM' der Kraftstoffzumesssteuerung 136, welche die eingespritzte Kraftstoffmenge kennzeichnet, und/oder eine Größe, welche die Sauerstoffkonzentration cha rakterisiert, zugeleitet. Vorzugsweise wird die Größe, welche die Sauerstoffkonzentration charakterisiert, mittels eines Sensors oder einer Berechnung 125 vorgegeben.A basic map 200 become the output signals N of a speed sensor 152 , a size, NM 'of the fuel metering control 136 , which characterizes the injected fuel quantity, and / or a quantity which characterizes the oxygen concentration. Preferably, the quantity which characterizes the oxygen concentration is determined by means of a sensor or a calculation 125 specified.

Das Grundkennfeld 200 beaufschlagt einen ersten Verknüpfungspunkt 205 mit einer Größe ,GR', die den Grundwert des Partikelausstoßes charakterisiert. Der erste Verknüpfungspunkt 205 beaufschlagt einen zweiten Verknüpfungspunkt 210 mit einem Signal, der wiederum einen Integrator 220 mit einer Größe ,KR', die den Partikelzuwachs im Filter 114 charakterisieren, beaufschlagt. Der Integrator 220 liefert eine Größe ,B', die den Zustand des Abgasnachbehandlungssystems charakterisiert. Diese Größe ,B' entspricht dem Beladungszustand des Filters 114 und wird der Steuerung 130 zur Verfügung gestellt.The basic map 200 acts on a first point of connection 205 with a size, GR ', which characterizes the basic value of the particle output. The first node 205 acts on a second node 210 with a signal, which in turn is an integrator 220 with a size, KR ', which increases the particle in the filter 114 characterize, charged. The integrator 220 provides a quantity, B ', which characterizes the condition of the exhaust aftertreatment system. This quantity, B 'corresponds to the loading condition of the filter 114 and becomes the controller 130 made available.

Am zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 205 liegt das Ausgangssignal einer ersten Korrektur 230, der das Ausgangssignal verschiedener Sensoren 235 zugeleitet wird. Die Sensoren 235 liefern Signale, die insbesondere die Umgebungsbedingung charakterisieren. Dies sind z. B. die Kühlwassertemperatur 'TW', die Lufttemperatur und der Luftdruck ,PL'. Dem zweiten Eingang des Verknüpfungspunktes 210 wird über ein Schaltmittel 245 das Ausgangssignal einer zweiten Korrektur 240 zugeleitet. Der zweiten Korrektur 240 wird das Ausgangssignal ,T' des Sensors 124 zugeleitet.At the second input of the connection point 205 is the output of a first correction 230 , which is the output of various sensors 235 is forwarded. The sensors 235 provide signals that particularly characterize the environmental condition. These are z. As the cooling water temperature 'TW', the air temperature and the air pressure, PL '. The second input of the node 210 is via a switching means 245 the exit signal a second correction 240 fed. The second correction 240 becomes the output signal, T 'of the sensor 124 fed.

In dem Grundkennfeld 200 sind, abhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine, insbesondere charakterisiert durch die Drehzahl ,N', die eingespritzte Kraftstoffmenge ,NM' und/oder einer Größe, welche die Sauerstoffkonzentration charakterisiert, der Grundwert ,GR' der Partikelemission abgelegt. Neben diesen Größen können noch weitere Größen berücksichtigt werden. Anstelle der Menge ,NM' kann auch eine Größe verwendet werden, welche die Menge an eingespritztem Kraftstoff charakterisiert.In the basic map 200 are, depending on the operating condition of the internal combustion engine, in particular characterized by the rotational speed, N ', the injected fuel quantity, NM' and / or a variable which characterizes the oxygen concentration, the base value, GR 'of the particle emission stored. In addition to these sizes, other sizes can be considered. Instead of the amount 'NM', a size may also be used which characterizes the amount of injected fuel.

In dem ersten Verknüpfungspunkt 205 wird dieser Wert abhängig von der Temperatur des Kühlwassers und der Umgebungsluft sowie dem Atmosphärendruck korrigiert. Diese Korrektur berücksichtigt deren Einfluß auf den Partikelausstoß der Brennkraftmaschine 100. In dem zweiten Verknüpfungspunkt 210 wird der Einfluss der Temperatur des Katalysators berücksichtigt. Die Korrektur berücksichtigt, dass ab einer bestimmten Temperatur ‚T1' die Partikel in dem Filter nicht abgelagert, sondern unmittelbar in unschädliche Bestandteile umgesetzt werden. Unterhalb dieser Temperatur ,T1' erfolgt keine Umsetzung und die Partikel werden alle im Filter abgelagert. Die zweite Korrektur 240 gibt, abhängig von der Temperatur ,T' des Abgasnachbehandlungsmittels 110, einen Faktor ,F' vor, mit dem die Grundemission ,GR' vorzugsweise multipliziert wird.In the first node 205 this value is corrected depending on the temperature of the cooling water and the ambient air as well as the atmospheric pressure. This correction takes into account their influence on the particle emission of the internal combustion engine 100 , In the second node 210 the influence of the temperature of the catalyst is considered. The correction takes into account that, as of a certain temperature, T1 ', the particles are not deposited in the filter, but are directly converted into harmless constituents. Below this temperature, T1 ', no reaction takes place and the particles are all deposited in the filter. The second correction 240 depending on the temperature, T 'of the exhaust aftertreatment agent 110 , a factor, F ', with which the basic emission, GR' is preferably multiplied.

Der in der 3 schematisch dargestellte Partikelfilter wird bei der erfindungsgemäßen Modellierung in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel in Längsrichtung in /+1 vorzugsweise gleichlange Segmente aufgeteilt. Diese Segmente werden zunächst einzeln in Bezug auf die Partikelausfilterung von vorzugsweise Rußpartikeln modelliert bzw. simuliert. Eine für diese Modellierung (Simulation) erforderliche Größe ist der in den Partikelfilter insgesamt einströmende Partikelmassenstrom dm/dt (entspricht der vorgenannten Größe ,KR'), wobei m die Partikelmasse ist. Dieser Partikelmassenstrom wird maßgeblich bestimmt durch den Ablauf der Verbrennung, vorliegend im Dieselmotor, und kann in an sich bekannter Weise aus einer Partikelfiltersimulation ermittelt werden. Unter der in erster Näherung sicherlich erfüllten Annahme, dass der einströmende Partikelmassenstrom von dem Partikelfilter zu 100% ausgefiltert wird, d. h. am Ausgang des Partikelfilters keine Partikel mehr ausströmen, wird der einstömende Partikelmassenstrom auf die einzelnen Segmente des Partikelfilters verteilt. Aufgrund dieser Verteilung ergibt sich entlang der Segmente eine Partikelverteilung wie bspw. in den 4a und 4b gezeigt.The Indian 3 In the modeling according to the invention, in a preferred exemplary embodiment, schematically illustrated particle filters are divided into / + 1 preferably longitudinal segments in the longitudinal direction. These segments are first modeled or simulated individually with respect to the particulate filtering of preferably soot particles. A variable required for this modeling (simulation) is the total particulate mass flow dm / dt (corresponding to the aforementioned size, KR ') that flows into the particulate filter, where m is the particulate mass. This particle mass flow is largely determined by the course of combustion, in this case in the diesel engine, and can be determined in a conventional manner from a particle filter simulation. Under the first approximation certainly satisfied assumption that the inflowing particle mass flow is filtered out by the particulate filter to 100%, ie at the output of the particulate filter no more particles flow, the einömende particle mass flow is distributed to the individual segments of the particulate filter. Due to this distribution results along the segments a particle distribution such as in the 4a and 4b shown.

Die Partikelverteilung wird im Rahmen der Modellierung durch eine lineare, in der Summe aller Segmente auf 1 normierte Verteilungsfunktion V(k) berücksichtigt, wobei k ein Segmentindex ist, der von 0 bis/läuft. Mittels der Verteilungsfunktion V(k) berechnet sich der Partikelmassenstrom dm/dt eines einzelnen Segments k gemäß dm/dt(k) = V(k)·dm/dt.The Particle distribution is modeled by a linear, in the sum of all segments to 1 normalized distribution function Considers V (k), where k is a segment index running from 0 to /. By means of the distribution function V (k) is the particle mass flow dm / dt of a single calculated Segment k according to dm / dt (k) = V (k) · dm / dt.

In einem betrachteten Zeitschritt wird die in jedes Segment k einströmende Partikelmasse dm/dt(k) aufsummiert. Daraus ergibt sich insgesamt die Verteilung der Partikelmasse in Strömungsrichtung m(k). Für jedes Segment wird daraus über eine in an sich bekannter Weise vorberechnete Kennlinie ein Wert für den Strömungswiderstand R(k) abgeleitet. Aus den Strömungswiderständen R(k) der einzelnen Segmente wird mittels einer Gewichtungsfunktion w(k) gemäß nachfolgender Formel eine Korrekturgröße χ berechnet. Kappa = Σ[w(k)/R(k)] (1),wobei die Summe über sämtliche Segmente k = 0 bis 1 läuft. Die Gewichtungsfunktion w(k) besitzt die Einheit mbar/(m^3/h).In a considered time step, the particle mass dm / dt (k) flowing into each segment k is added up. This results in a total distribution of the particle mass in the flow direction m (k). For each segment, a value for the flow resistance R (k) is derived therefrom by way of a characteristic which is precalculated in a manner known per se. From the flow resistances R (k) of the individual segments, a correction quantity χ is calculated by means of a weighting function w (k) according to the following formula. Kappa = Σ [w (k) / R (k)] (1) the sum running over all segments k = 0 to 1. The weighting function w (k) has the unit mbar / (m ^ 3 / h).

Es ist anzumerken, dass durch geeignete Wahl der Gewichtungsfunktion w(k) mit positiven und negativen Werten erreicht werden kann, dass Kappa positive bzw. negative Werte annimmt.It It should be noted that by suitable choice of the weighting function w (k) with positive and negative values can be achieved that Kappa takes positive or negative values.

Aus der durch die vorbeschriebene Modellierung ermittelten, d. h. aus der räumlichen Verteilung der Partikelmasse in Längsrichtung des Partikelfilters bestimmten Korrekturgröße Kappa, wird in dem Ausführungsbeispiel gemäß der Gleichung R_Ungleich = R_Gleich·(1 + Kappa) (2)der korrigierte Strömungswiderstand R_Ungleich aufgrund der Ungleichverteilung der Partikel in Längsrichtung des Partikelfilters berechnet.From the determined by the above modeling, ie determined from the spatial distribution of the particle mass in the longitudinal direction of the particulate filter correction value kappa, is in the embodiment according to the equation R_Ungleich = R_Same (1 + Kappa) (2) the corrected flow resistance R_Ungleich calculated due to the unequal distribution of the particles in the longitudinal direction of the particulate filter.

Alternativ oder zusätzlich zum Strömungswiderstand kann auch die im Partikelfilter akkumulierte Partikelmasse mit hoher Präzision bestimmt werden. Der mittels der genannten Größen präziser bestimmbare Beladungszustand des Partikelfilters kann in an sich bekannter Weise zur verbesserten Steuerung des Dieselmotors verwendet werden.alternative or additionally to the flow resistance can also be accumulated in the particulate filter particle mass with high precision be determined. The more precisely determinable by means of the sizes mentioned load condition of the particulate filter can be improved in a conventional manner Control of the diesel engine can be used.

Anhand der 4a und 4b soll die Berechnung der genannten Partikelverteilungsfunktion V(k) in größerem Detail beschrieben werden. In dem vorliegenden Beispiel ist der Partikelfilter in acht Segmente unterteilt. Der Modellierung liegen dabei vier Zeitschritte zugrunde. Wie aus der 4a zu ersehen, tritt in jedem dieser Zeitschritte eine bestimmte, durch senkrechte Balken dargestellte Partikelmasse in den Partikelfilter ein. Hierbei ist angenommen, dass die Höhe der einströmenden Partikelmasse zu den verschiedenen Zeitpunkten entsprechend der verschiedenen Balkengrößen unterschiedlich ist. Aufgrund der in jedem Zeitschritt neu berechneten Verteilungsfunktion V(k) ergibt sich nach Ablauf der vier Zeitschritte die in der 4b gezeigte Partikelverteilung m(0) bis m(7) über die einzelnen Segmente. Die Partikelanteile aus den einzelnen, durch die Balken repräsentierten einströmenden Partikelmassen sind aus dem Verteilungsdiagramm in der 4a entnehmbar.Based on 4a and 4b the calculation of said particle distribution function V (k) shall be described in greater detail. In the present example, the particulate filter is divided into eight segments. The modeling is based on four time steps. Like from the 4a In each of these time steps, a specific mass of particles represented by vertical bars enters the particle filter. It is assumed that the height of the incoming particle mass to is different at different times according to different bar sizes. Due to the distribution function V (k), which is recalculated in each time step, the results in the 4b shown particle distribution m (0) to m (7) over the individual segments. The particle fractions from the individual inflowing particle masses represented by the bars are from the distribution diagram in FIG 4a removable.

Die vorbeschriebene Vorrichtung sowie das Verfahren werden bevorzugt als Steuerprogramm in ein Motorsteuergerät eines Kraftfahrzeuges implementiert. Neben dem vorbeschriebenen Dieselmotor kann die Erfindung dabei allerdings auch in Benzinmotoren, insbesondere solchen mit einer Benzin-Direkteinspritzung, mit den genannten Vorteilen eingesetzt werden. Es versteht sich, dass die Prinzipien der Erfindung auch außerhalb der Kraftfahrzeugtechnik auf anderen Gebieten, in denen Partikelfilter der eingangs beschriebenen Art zum Einsatz kommen, wie bspw. bei Wasser- oder Luftfahrzeugen oder sogar bei Nicht-Fahrzeugen wie bspw. Verbrennungsanlagen, vorteilhaft einsetzbar sind.The The device described above and the method are preferred implemented as a control program in an engine control unit of a motor vehicle. In addition to the above-described diesel engine, the invention can thereby but also in gasoline engines, especially those with a Gasoline direct injection, used with the advantages mentioned become. It is understood that the principles of the invention also outside automotive engineering in other fields where particulate filters the type described above are used, such as, for example Water or air vehicles or even non-vehicles like For example, incinerators, are advantageously used.

Claims (8)

Verfahren zum Betrieb einer einen Partikelfilter aufweisenden Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeuges, wobei wenigstens eine für den Beladungszustand des Partikelfilters charakteristische Größe aus Betriebskenngrößen des Partikelfilters ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die räumliche Verteilung von Abgaspartikeln im Wesentlichen in Längsrichtung des Partikelfilters modelliert und mittels der modellierten räumlichen Verteilung der Abgaspartikel eine Korrektur der charakteristischen Größe durchgeführt wird.Method for operating a particulate filter having exhaust aftertreatment system of an internal combustion engine, particularly a motor vehicle, wherein at least one characteristic of the loading state of the particle filter size of operating parameters of the particle filter is determined, characterized in that the spatial distribution of exhaust particulates substantially modeled in the longitudinal direction of the particulate filter and by means of modeled spatial distribution of the exhaust particles a correction of the characteristic size is performed. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die für den Beladungszustand des Partikelfilters charakteristische Größe durch die im Partikelfilter aggregierte Partikelmasse oder durch das aggregierte Partikelvolumen oder durch den Strömungswiderstand des Partikelfilters gebildet wird.Method according to claim 1, characterized in that that for the load condition of the particulate filter characteristic size the particle mass aggregated in the particulate filter or by the aggregated one Particle volume or by the flow resistance of the particulate filter is formed. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur der charakteristischen Größe linear gemäß der Beziehung R_Ungleich = R_Gleich·(1 + Kappa) erfolgt, wobei R_Gleich die charakteristische Größe bei angenommener Gleichverteilung von Partikeln im Partikelfilter, R_Ungleich die charakteristische Größe bei angenommener Ungleichverteilung von Partikeln und Kappa eine Korrekturgröße darstellen.Method according to claim 1 or 2, characterized that the correction of the characteristic quantity is linear according to the relation R_Ungleich = R_same (1 + Kappa), where R_ is the same size as assumed Equal distribution of particles in the particle filter, R_Ungleich the characteristic size at assumed Unequal distribution of particles and kappa represent a correction factor. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Modellierung der Partikelfilter in Längsrichtung in Segmente unterteilt wird, der auf die einzelnen Segmente einströmende Partikelmassenstrom oder Partikelvolumenstrom mittels einer Verteilungsfunktion verteilt wird und dass zu einem betrachteten Zeitpunkt die in jedes Segment einströmende Partikelmasse oder Partikelvolumen aufsummiert wird, um die Verteilung der Parti kelmasse oder des Partikelvolumens im Partikelfilter in der Strömungsrichtung des Partikelstromes zu ermitteln.Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that when modeling the particulate filter in longitudinal direction is divided into segments, the particle mass flow flowing to the individual segments or particle volume flow distributed by means of a distribution function and that at a given time in each segment incoming Particle mass or particle volume is added up to the distribution the particulate mass or the particle volume in the particulate filter in the flow direction to determine the particle flow. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem für jedes Segment ermittelten Partikelvolumenstrom oder Partikelmassenstrom mittels einer für das jeweilige Partikelfiltermaterial charakteristischen Kennlinie der Strömungswiderstand eines einzelnen Segments des Partikelfilters berechnet wird.Method according to claim 4, characterized in that that from the for each segment determined particle volume flow or particle mass flow means one for the particular particle filter material characteristic curve the flow resistance of a single segment of the particulate filter. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass aus der sich aus den einzelnen Segmenten ergebenden Verteilung des Strömungswiderstandes in Längsrichtung des Partikelfilters mittels einer Gewichtungsfunktion über die Segmente ein über die Gesamtlänge des Partikelfilters sich ergebender Gesamtströmungswiderstand berechnet wird.Method according to claim 5, characterized in that that from the distribution resulting from the individual segments of flow resistance longitudinal of the particulate filter by means of a weighting function over the Segments on the overall length of the particulate filter resulting total flow resistance is calculated. Vorrichtung zum Betrieb einer einen Partikelfilter aufweisenden Abgasnachbehandlungseinrichtung einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit Mitteln zur Berechnung wenigstens einer für den Beladungszustand des Partikelfilters charakteristischen Größe aus Betriebskenngrößen des Partikelfilters, gekennzeichnet durch Rechenmittel zur Modellierung der räumlichen Verteilung von Abgaspartikeln im Wesentlichen in Längsrichtung des Partikelfilters und zur Durchführung einer Korrektur der charakteristischen Größe mittels der modellierten räumlichen Verteilung der Abgaspartikel.Apparatus for operating a particulate filter having exhaust aftertreatment device of an internal combustion engine in particular of a motor vehicle, with means for calculating at least one for the load condition of the particulate filter characteristic size from operating characteristics of Particulate filter, characterized by computing means for modeling the spatial Distribution of exhaust particles substantially in the longitudinal direction of the particulate filter and to perform a correction of the characteristic Size by means of modeled spatial Distribution of exhaust particles. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenmittel zur Modellierung der räumlichen Verteilung von Abgaspartikeln in Längsrichtung des Partikelfilters nach dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 ausgebildet sind.Device according to claim 7, characterized in that that the computing means for modeling the spatial distribution of exhaust particles longitudinal of the particulate filter according to the method of any one of claims 1 to 6 are formed.
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