CN112004999A - 内燃机的颗粒过滤器的灰分负荷的求取 - Google Patents

内燃机的颗粒过滤器的灰分负荷的求取 Download PDF

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Abstract

本发明的一个方面涉及一种用于求取机动车内燃机的颗粒过滤器的灰分负荷的测量装置，其中颗粒过滤器的再生过程被执行为使得在再生过程结束之后在颗粒过滤器中保留预设的最小炭黑负荷，并且测量装置被设置为：借助于在内燃机的排气***中在废气流下游被安装在颗粒过滤器之后的压力传感器，来求取表征在颗粒过滤器的再生过程中的负荷燃耗的实际再生变量，并且根据再生变量和表征再生过程的持续时间的变量来确定颗粒过滤器的灰分负荷。

Description

内燃机的颗粒过滤器的灰分负荷的求取
技术领域
本发明涉及一种用于求取内燃机的颗粒过滤器的灰分负荷的测量装置和测量方法。
背景技术
从DE 10 2017 116 405 A1中已知，通过以下方式检测颗粒过滤器的灰分负荷：借助于在颗粒过滤器下游的λ跳变来确定如下的排出时间，预先存储在颗粒过滤器中的氧气在该排出时间中被排出。根据排出时间来确定颗粒过滤器的灰分负荷。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种用于求取内燃机的颗粒过滤器的灰分负荷的备选测量装置和备选测量方法。
该目的通过独立权利要求的特征来实现。在从属权利要求中描述了有利的实施方式。需要指出的是，从属于独立权利要求的权利要求的附加特征可以在没有独立权利要求的特征的情况下，或在仅与独立权利要求的特征的子集相组合的情况下形成自己的且独立于独立权利要求的所有特征的组合的发明，该发明可以作为独立权利要求、分案申请或后续申请的主题。这以同样的方式适用于说明书中所描述的可以形成独立于独立权利要求的特征的发明的技术教导。
本发明的第一方面涉及一种用于求取机动车内燃机的颗粒过滤器的灰分负荷的测量装置。
在内燃机运行时，除了灰分之外，颗粒过滤器中还填充有炭黑。在此，灰分通常由油的燃烧残渣构成，炭黑由燃料燃烧的残渣形成。因此，颗粒过滤器的负荷至少包括灰分填充颗粒过滤器的负荷和炭黑填充颗粒过滤器的负荷。
颗粒过滤器的再生过程被执行为使得在再生过程结束之后在颗粒过滤器中保留所预设的最小炭黑负荷。在此，在颗粒过滤器、内燃机或机动车的开发期间，可以根据颗粒过滤器的效率预先预定预设的最小炭黑负荷。备选地或附加地，还可以在颗粒过滤器的运行期间调节预设的最小炭黑负荷，特别是连续地调节预设的最小炭黑负荷。
在再生过程中，炭黑在颗粒过滤器中燃烧。在此，再生过程特别地用于防止颗粒过滤器被填满，这可能会导致油耗增加。然而，在再生过程中灰分不会燃烧，使得在颗粒过滤器的使用寿命过程中，颗粒过滤器的灰分负荷持续地增加。
在此，本发明基于以下认知：颗粒过滤器的效率尤其取决于炭黑填充颗粒过滤器的负荷。
在此，特别是仅当在颗粒过滤器中至少填充有最小负荷量的炭黑时，才达到相对较高的效率。在此，最小负荷例如可以是25％、50％或75％。因此，特别地，不期望的是：为了确定颗粒过滤器的灰分负荷而完全燃烧掉沉积在颗粒过滤器中的炭黑。
测量装置被设置为：借助于在内燃机的排气***中在废气流下游被安装在颗粒过滤器之后的压力传感器，来求取表征在颗粒过滤器的再生过程中的负荷燃耗的实际再生变量。在此，灰分填充颗粒过滤器的负荷和炭黑填充颗粒过滤器的负荷都对由压力传感器测量的压力、例如排气背压有影响。
备选地，压力传感器也可以在废气流上游被安装在颗粒过滤器之前。
特别地，压力传感器还可以被设置为确定在颗粒过滤器之前和在颗粒过滤器之后的压差。为此，颗粒过滤器例如可以包括在废气流上游位于颗粒过滤器之前的通道和在废气流下游位于颗粒过滤器之后的通道。
备选地，压力传感器还可以被设置为：仅测量在颗粒过滤器之前的压力，并且借助于排气***中在颗粒过滤器之后的部件的模型来确定在颗粒过滤器之后的压力，以便确定压差。
可选地由压力传感器求取的压差例如可以用于确定实际的再生变量。
在此，仅在炭黑已经完全燃尽的一般情况下才可以区分颗粒过滤器的灰分负荷的影响和颗粒过滤器的炭黑负荷的影响，因为在这种情况下完全消除了炭黑负荷的影响。
为此，测量装置特别地可以被设置为：借助于压力传感器来确定表征再生过程之前的颗粒过滤器负荷的负荷变量，并且借助于压力传感器来确定表征再生过程之后的颗粒过滤器负荷的负荷变量。负荷变量特别地可以是压力或表征压力的变量，该压力或表征压力的变量例如借助于其他影响因素(例如，温度)的值被标准化。
实际的再生变量可以由测量装置根据两个负荷变量之间的偏差来求取。两个负荷变量之间的偏差例如可以是两个负荷变量之差或两个变量之比。
在此，本发明基于以下认知：颗粒过滤器中的灰分负荷持续增加并且无法通过颗粒过滤器的再生而减少。然而，颗粒过滤器中的灰分负荷增加得很缓慢，使得特别是在确定两个负荷变量时可以做出简化的假设，即再生过程之前的灰分负荷基本上对应于再生过程之后的灰分负荷，并且因此不会改变。
此外，测量装置还被设置为：根据再生变量和表征再生过程持续时间的变量来确定颗粒过滤器的灰分负荷。表征再生过程持续时间的变量特别地可以是连续的时间段，例如精确到毫秒。备选地，表征再生过程持续时间的变量特别地还可以是离散的时间量度，例如所进行的再生过程的数量。
在一个有利的实施方式中，测量装置被设置为：根据再生过程的持续时间，借助于燃耗模型来求取表征再生过程中的负荷燃耗的模型化再生变量。
在此，根据再生过程的持续时间，燃耗模型预设颗粒过滤器负荷的由再生过程引起的预期减少。在与短的再生过程相比较长的再生过程中，燃耗模型例如预设颗粒过滤器负荷的较大程度的减少。
此外，测量装置被设置为：根据在实际再生变量与模型化再生变量之间的偏差来求取颗粒过滤器的灰分负荷。实际再生变量与模型化再生变量之间的偏差例如可以是实际再生变量与模型化再生变量之差。备选地，实际再生变量与模型化再生变量之间的偏差例如还可以是实际再生变量与模型化再生变量之比。备选地，实际再生变量与模型化再生变量之间的偏差例如还可以是模型化再生变量与实际再生变量之比。
特别地，测量装置可以被设置为：在实际再生变量与模型化再生变量之间的偏差相对较大时，求取到颗粒过滤器的相对较高的灰分负荷。
备选地，测量装置特别地可以被设置为：在实际再生变量与模型化再生变量之间的偏差相对较小时，求取到颗粒过滤器的相对较低的灰分负荷。
在另一有利的实施方式中，燃耗模型被设置为：根据废气体积流量和/或废气温度和/或颗粒过滤器的负荷来求取表征再生过程中的负荷燃耗的模型化再生变量。
在另一有利的实施方式中，测量装置被设置为：借助于压力传感器来确定表征再生过程之前的颗粒过滤器负荷的负荷变量，并且根据再生过程的持续时间，借助于燃耗模型来求取表征再生过程之后的颗粒过滤器负荷的负荷变量。
此外，测量装置被设置为：根据两个负荷变量之间的偏差来求取模型化再生变量。该偏差例如可以是两个负荷变量之差或两个负荷变量之比。
在另一有利的实施方式中，测量装置被设置为：在至少两个时间点，分别求取实际再生变量和模型化再生变量，并且如果实际再生变量与模型化再生变量之间的偏差在第二时间点比在第一时间点大，则确认颗粒过滤器的灰分负荷在第一时间点之后的第二时间点增加。
在此，本发明基于以下认知：颗粒过滤器的随时间增加的灰分负荷会导致实际再生变量与模型化再生变量之间的偏差越来越大。
在另一有利的实施方式中，测量装置被设置为：在至少三个时间点，分别求取实际再生变量和模型化再生变量，并且如果与在早于较晚时间点的时间点相比，在较晚时间点，实际再生变量与模型化再生变量之间的、分别在至少两个时间点上聚合的偏差较大，则确认颗粒过滤器灰分负荷增加。
特别地，偏差的聚合可以是对算术平均值或中位数的确定。聚合后的偏差例如可以在相应的不连续的时间点上求取。备选地，聚合后的偏差可以被求取为滑动值。
在此，本发明基于以下认知：实际再生变量与模型化再生变量之间的偏差可能会受到严重的选择性(punktuell)干扰影响。这些选择性干扰影响可以通过滤波意义上的聚合来识别和补偿。
在另一有利的实施方式中，测量装置被设置为：借助于压力传感器来确定表征颗粒过滤器负荷的负荷变量。
此外，测量装置被设置为：在达到或超过负荷变量的第一阈值时借助于发动机控制单元开始再生过程，并且在达到或低于负荷变量的第二阈值时借助于发动机控制单元结束再生过程，并且根据再生过程的持续时间来确定颗粒过滤器的灰分负荷。
测量装置特别地可以被设置为：根据颗粒过滤器的在较早时间点确定的灰分负荷来调整第一阈值和/或第二阈值。例如，在确认灰分负荷增加时，可以提高第一阈值和/或第二阈值。
在此，本发明基于以下认知：当内燃机运行时，颗粒过滤器的灰分负荷持续但缓慢地增加。
测量装置特别地可以被设置为：在与时间较短的再生过程相比时间较长的再生过程的情况下，确定颗粒过滤器的较高的灰分负荷。
在另一有利的实施方式中，再生过程由至少一个再生阶段构成，并且有利地由不止一个再生阶段构成。再生阶段的持续时间可以特别地被预定为恒定的，并且例如可以根据经验求取。备选地，再生阶段的持续时间特别地还可以在运行期间由测量装置根据燃耗模型来求取。
测量装置被设置为：在再生阶段结束之后，借助于压力传感器来确定负荷变量，并且如果负荷变量尚未达到或低于第二阈值，则开始另一再生阶段。
然后，测量装置可以将所开始的再生阶段的数量特别地用作表征再生过程的持续时间的变量。
本发明的第二方面涉及一种用于求取机动车内燃机的颗粒过滤器的灰分负荷的测量方法。
在此，颗粒过滤器的再生过程被执行为使得在再生过程结束之后在颗粒过滤器中保留预设的最小炭黑负荷。
测量方法的一个步骤是求取表征颗粒过滤器再生过程中的负荷燃耗的实际再生变量。
测量方法的另一步骤是根据再生变量和表征再生过程的持续时间的变量来确定颗粒过滤器的灰分负荷。
关于根据本发明第一方面的根据本发明的测量装置的上述陈述还以相应的方式适用于根据本发明第二方面的根据本发明的测量方法。根据本发明的测量方法的、在此以及在权利要求中未明确说明的有利实施例对应于根据本发明的测量装置的、上面所描述的或在权利要求中所描述的有利实施例。
附图说明
下面将参考附图借助实施例来说明本发明。其中：
图1示出了具有与内燃机连接的排气***的内燃机的示意性结构，
图2示出了针对颗粒过滤器负荷的示例性测量点，
图3示出了再生变量的示例值，并且
图4示出了颗粒过滤器负荷的外推过程。
具体实施方式
图1示出了内燃机VM，该内燃机VM的废气被输送到颗粒过滤器PF。在排气***中，在废气流下游在颗粒过滤器PF之后安装有压力传感器DS。
测量装置MV被设置为：接收由压力传感器DS测量的且可选地经预处理的值。此外，还设置有燃耗模型AM，该燃耗模型AM接收由压力传感器DS测量的且可选地经预处理的值。
此外，测量装置MV还被设置为：从燃耗模型AM接收颗粒过滤器的模型化负荷变量。
此外，测量装置MV被设置为：借助于发动机控制设备DME通过控制内燃机VM来开始和结束颗粒过滤器PF的再生过程。
图2示出了颗粒过滤器PF的负荷的示例性测量点。
在此，颗粒过滤器PF的再生过程rp1被执行为使得在再生过程rp1结束之后在颗粒过滤器中保留预设的最小炭黑负荷。再生过程rp1例如可以包括推力切断sa和在推力切断sa之后的死区时间。
在再生过程rp1期间可能无法测量颗粒过滤器PF的负荷B，因此无法调节再生过程rp1。
测量装置MV用于求取机动车内燃机VM的颗粒过滤器PF的灰分负荷，该测量装置MV被设置为：借助于在内燃机MV的排气***中在废气流下游被安装在颗粒过滤器PF之后的压力传感器DS，来求取表征在颗粒过滤器PF的再生过程中的负荷燃耗的实际再生变量tr。
为了求取实际再生变量tr，测量装置MV被设置为：借助于压力传感器DS来确定表征颗粒过滤器PF在再生过程之前的负荷的负荷变量x1，并且借助于压力传感器DS来确定表征颗粒过滤器PF在再生过程之后的负荷的负荷变量x2。
然后，可以根据两个负荷变量x1、x2之间的偏差来求取实际再生变量tr。
此外，测量装置MV被设置为：根据再生过程的持续时间td，借助于燃耗模型AM来求取表征再生过程中的负荷燃耗的模型化再生变量mr。
燃耗模型AM被设置为：根据废气体积流量和/或废气温度和/或颗粒过滤器PF的负荷来求取表征再生过程中的负荷燃耗的模型化再生变量mr。
特别地，测量装置MV被设置为：借助于压力传感器DS来确定表征颗粒过滤器PF在再生过程之前的负荷的负荷变量(x1)；根据再生过程的持续时间td，借助于燃耗模型AM来求取表征颗粒过滤器PF在再生过程之后的负荷的负荷变量(xm)；并且根据两个负荷变量x1、xm之间的偏差来求取模型化再生变量mr。
测量装置MV被设置为：根据实际再生变量tr与模型化再生变量mr之间的偏差来求取颗粒过滤器PF的灰分负荷。
图3示出了再生变量的示例值。在此，测量装置MV被设置为：在至少两个时间点t1、t4，分别求取实际再生变量tr1、tr4和模型化再生变量mr1、mr4。
此外，测量装置MV可以被设置为：如果实际再生变量tr1、tr4与模型化再生变量mr1、mr4之间的偏差在第二时间点t4比在第一时间点t1大，则确认颗粒过滤器PF的灰分负荷在第一时间点t1之后的第二时间点t4增加。
备选地或附加地，测量装置MV可以被设置为：在至少三个时间点t1、t2、t3、t4，分别求取实际再生变量tr1、tr2、tr3、tr4和模型化再生变量mr1、mr2、mr3、mr4，并且如果与在早于较晚时间点t3、t4的时间点t1、t2相比，在较晚时间点t3、t4，实际再生变量tr1、tr2；tr3、tr4与模型化再生变量mr1、mr2；mr3、mr4之间的、分别在至少两个时间点t1、t2；t3、t4上聚合的偏差较大，则确认颗粒过滤器PF的灰分负荷增加。
图4示出了颗粒过滤器的负荷B的外推过程。在此，测量装置MV被设置为：借助于压力传感器DS来确定表征颗粒过滤器PF的负荷的负荷变量x。
在达到或超过负荷变量的第一阈值os时，测量装置MV借助于发动机控制单元DME开始再生过程。
在达到或低于负荷变量的第二阈值us时，测量装置MV借助于发动机控制单元DME结束再生过程。
此外，测量装置被设置为：根据再生过程的持续时间td来确定颗粒过滤器PF的灰分负荷。
在此，再生过程可以由至少一个再生阶段rp1、rp2、rp3构成，并且测量装置MV可以被设置为：在再生阶段rp1、rp2结束之后，借助于压力传感器DS确定负荷变量x，并且如果负荷变量x尚未达到或低于第二阈值us，则开始另一再生阶段rp2、rp3。

Claims (10)

1.一种用于求取机动车的内燃机(VM)的颗粒过滤器(PF)的灰分负荷的测量装置(MV)，其中，
·所述颗粒过滤器(PF)的再生过程被执行为使得在所述再生过程结束之后在所述颗粒过滤器中保留预设的最小炭黑负荷，并且
·所述测量装置被设置为：
·借助于在所述内燃机(MV)的排气***中在废气流下游被安装在所述颗粒过滤器(PF)之后的压力传感器(DS)，来求取表征在所述颗粒过滤器(PF)的所述再生过程中的负荷燃耗的实际的再生变量(tr)，并且
·根据所述再生变量(tr)和表征所述再生过程的持续时间(td)的变量来确定所述颗粒过滤器(PF)的灰分负荷。
2.根据权利要求1所述的测量装置(MV)，其中所述测量装置(MV)被设置为：
·根据所述再生过程的持续时间(td)，借助于燃耗模型(AM)来求取表征所述再生过程中的所述负荷燃耗的模型化再生变量(mr)，并且
·根据所述实际的再生变量(tr)和所述模型化再生变量(mr)之间的偏差来求取所述颗粒过滤器(PF)的灰分负荷。
3.根据前述权利要求中任一项所述的测量装置(MV)，其中所述测量装置(MV)被设置为：
·借助于所述压力传感器(DS)来确定表征所述颗粒过滤器(PF)在所述再生过程之前的负荷的负荷变量(x1)，
·借助于所述压力传感器(DS)来确定表征所述颗粒过滤器(PF)在所述再生过程之后的负荷的负荷变量(x2)，并且
·根据两个所述负荷变量(x1、x2)之间的偏差来求取所述实际的再生变量(tr)。
4.根据权利要求2或3所述的测量装置(MV)，其中所述燃耗模型(AM)被设置为：根据废气体积流量和/或废气温度和/或所述颗粒过滤器(PF)的负荷来求取表征所述再生过程中的所述负荷燃耗的所述模型化再生变量(mr)。
5.根据权利要求2、3或4所述的测量装置(MV)，其中所述测量装置(MV)被设置为：
·借助于所述压力传感器(DS)来确定表征所述颗粒过滤器(PF)在所述再生过程之前的负荷的负荷变量(x1)，
·根据所述再生过程的持续时间(td)，借助于所述燃耗模型(AM)来求取表征所述颗粒过滤器(PF)在所述再生过程之后的负荷的负荷变量(xm)，并且
·根据两个所述负荷变量(x1、xm)之间的偏差来求取所述模型化再生变量(mr)。
6.根据权利要求2、3、4或5所述的测量装置(MV)，其中所述测量装置(MV)被设置为：
·在至少两个时间点(t1、t4)，分别求取实际的再生变量(tr1、tr4)和模型化再生变量(mr1、mr4)，并且
·如果所述实际的再生变量(tr1、tr4)与所述模型化再生变量(mr1、mr4)之间的偏差在第二时间点(t4)比在第一时间点(t1)大，则确认所述颗粒过滤器(PF)的灰分负荷在所述第一时间点(t1)之后的所述第二时间点(t4)增加。
7.根据权利要求2、3、4、5或6所述的测量装置(MV)，其中所述测量装置(MV)被设置为：
·在至少三个时间点(t1、t2、t3、t4)，分别求取实际的再生变量(tr1、tr2、tr3、tr4)和模型化再生变量(mr1、mr2、mr3、mr4)，并且
·如果与在早于较晚时间点(t3、t4)的时间点(t1、t2)相比，在所述较晚时间点(t3、t4)，所述实际的再生变量(tr1、tr2；tr3、tr4)与所述模型化再生变量(mr1、mr2；mr3、mr4)之间的、分别在至少两个时间点(t1、t2；t3、t4)上聚合的偏差较大，则确认所述颗粒过滤器(PF)的灰分负荷增加。
8.根据权利要求1所述的测量装置(MV)，其中所述测量装置(MV)被设置为：
·借助于所述压力传感器(DS)来确定表征所述颗粒过滤器(PF)的负荷的负荷变量(x)，
·在达到或超过所述负荷变量的第一阈值(os)时，借助于发动机控制单元(DME)开始所述再生过程，
·在达到或低于所述负荷变量的第二阈值(us)时，借助于所述发动机控制单元(DME)结束所述再生过程，并且
·根据所述再生过程的持续时间(td)来确定所述颗粒过滤器(PF)的灰分负荷。
9.根据权利要求8所述的测量装置(MV)，其中所述再生过程由至少一个再生阶段(rp1、rp2、rp3)构成，并且所述测量装置(MV)被设置为：
·在所述再生阶段(rp1、rp2)结束之后，借助于所述压力传感器(DS)来确定所述负荷变量(x)，并且
·如果所述负荷变量(x)尚未达到或低于所述第二阈值(us)，则开始另一再生阶段(rp2、rp3)。
10.一种用于求取机动车的内燃机(VM)的颗粒过滤器(PF)的灰分负荷的测量方法，其中，
·所述颗粒过滤器(PF)的再生过程被执行为使得在所述再生过程结束之后在所述颗粒过滤器中保留预设的最小炭黑负荷，并且
·所述测量方法包括以下步骤：
·求取表征在所述颗粒过滤器(PF)的所述再生过程中的负荷燃耗的实际的再生变量(tr)，并且
·根据所述再生变量(tr)和表征所述再生过程的持续时间(td)的变量来确定所述颗粒过滤器(PF)的灰分负荷。
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