DE102010055641B4 - Method and control device for determining a soot load on a particle filter - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Ermittlung einer Rußbeladung eines Partikelfilters (22), welcher in einem Abgasweg einer Verbrennungskraftmaschine (10) angeordnet ist, die eine Kraftstoffeinspritzanlage (14) aufweist, welche Kraftstoff mit einem vorbestimmten Einspritzdruck-Sollwert (p_KSoll) der Verbrennungskraftmaschine (10) zuführt, wobei zur Ermittlung der Rußbeladung in einer instationären Betriebssituation ein Rußeintrag in den Partikelfilter (22) ermittelt wird, indem der Rußeintrag für einen entsprechenden stationären Betriebspunkt bestimmt und dieser so korrigiert wird, dass eine Abweichung des Rußeintrags infolge der instationären Betriebssituation berücksichtigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung des Rußeintrags infolge der instationären Betriebssituation wenigstens in Abhängigkeit des vorbestimmten Einspritzdruck-Sollwerts (p_KSoll) und eines gemessenen Einspritzdruck-Istwerts (p_KIst) bestimmt wird, wobei jeweils ein Rußemissionswert oder ein hiermit korrelierender Wert in Abhängigkeit des Einspritzdruck-Sollwerts (p_KSoll) und des Einspritzdruck-Istwerts (p_Kst) bestimmt wird und die Rußemissionswerte in die Korrektur einfließen, wobei ein erster Korrekturfaktor aus dem Verhältnis der für den Einspritzdruck-Istwert (p_Kst) und den Einspritzdruck-Sollwert (p_KSoll) bestimmten Rußemissionswerte bestimmt wird und der erste Korrekturfaktor in die Korrektur einfließt, und wobei ein zweiter Korrekturfaktor in Abhängigkeit von der aktuellen Drehzahl und dem aktuellen Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine (10) aus einem Kennfeld ermittelt wird und der zweite Korrekturfaktor in die Korrektur einfließt.Method for determining a soot load of a particle filter (22) which is arranged in an exhaust gas path of an internal combustion engine (10) which has a fuel injection system (14) which supplies fuel with a predetermined injection pressure setpoint (p_KSoll) to the internal combustion engine (10), wherein to determine the soot load in a transient operating situation, a soot entry into the particle filter (22) is determined by determining the soot entry for a corresponding stationary operating point and correcting it in such a way that a deviation in the soot entry as a result of the transient operating situation is taken into account, characterized in that the deviation of the soot entry as a result of the transient operating situation is determined at least as a function of the predetermined injection pressure setpoint (p_KSoll) and a measured injection pressure actual value (p_KIst), with a soot emission value or a value correlating therewith depending on the injection pressure setpoint (p_KSoll) and of the injection pressure actual value (p_Kst) is determined and the soot emission values are included in the correction, with a first correction factor being determined from the ratio of the soot emission values determined for the actual injection pressure value (p_Kst) and the injection pressure setpoint (p_KSoll) and the first correction factor in the correction is included, and wherein a second correction factor is determined from a characteristic map as a function of the current speed and the current torque of the internal combustion engine (10) and the second correction factor is included in the correction.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Rußbeladung eines Partikelfilters, welcher in einem Abgasweg einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, die mit einem vorbestimmten Kraftstoffmassen-Sollwert und mit einer Luftmasse entsprechend einem vorbestimmten Ladedruck-Sollwert betrieben wird. Die Erfindung betrifft ferner eine zur Ausführung des Verfahrens eingerichtete Steuereinrichtung.The invention relates to a method for determining a soot loading of a particle filter, which is arranged in an exhaust path of an internal combustion engine that is operated with a predetermined fuel mass target value and with an air mass corresponding to a predetermined boost pressure target value. The invention also relates to a control device set up to carry out the method.

Bekannterweise werden Partikelfilter in Abgasanlagen von Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere Dieselmotoren, eingesetzt, um Ruß und andere partikulären Abgasbestandteile aus dem Abgas herauszufiltern. Um ihre Filterkapazität zu erhalten, müssen von Zeit zu Zeit (etwa nach jeweils 500 bis 1500 km) die Partikelfilter vom Ruß befreit werden. Dazu wird der Motor von der Normalbetriebsart in die Partikelfilterregenerationsbetriebsart umgeschaltet, bei der Abgastemperaturen von 550 bis 650 °C erzeugt werden, bei denen die gespeicherte Rußmasse auf dem Filter unter Verbrauch von Luftsauerstoff abgebrannt wird. Zur Feststellung der Regenerationsnotwendigkeit ist die Ermittlung der genauen Beladung des Partikelfilters von großer Bedeutung. Ist nämlich die tatsächlich in dem Partikelfilter gespeicherte Rußmasse größer als die ermittelte, können bei der Regeneration unzulässig hohe Temperaturen infolge der Rußüberbeladung auftreten, die zur Beeinträchtigung des Filters führen können. Wird die ermittelte Beladung im umgekehrten Fall hingegen als zu hoch eingeschätzt, wird die zulässige Beladungskapazität des Filters nicht vollständig genutzt mit der Folge eines erhöhten Kraftstoffverbrauchs aufgrund der unnötig häufigen Partikelfilterregenerationen. Darüber hinaus kann es infolge verstärkter Motorölverdünnung zu erhöhtem Triebwerkverschleiß kommen.It is known that particle filters are used in exhaust gas systems of internal combustion engines, in particular diesel engines, in order to filter out soot and other particulate exhaust gas components from the exhaust gas. In order to maintain their filter capacity, the particle filters must be freed from soot from time to time (about every 500 to 1500 km). To do this, the engine is switched from the normal operating mode to the particle filter regeneration operating mode, in which exhaust gas temperatures of 550 to 650 °C are generated, at which the stored soot mass on the filter is burned off using atmospheric oxygen. Determining the exact loading of the particle filter is of great importance in determining the need for regeneration. If the mass of soot actually stored in the particle filter is greater than that determined, impermissibly high temperatures can occur during regeneration as a result of the soot overload, which can lead to impairment of the filter. Conversely, if the loading determined is estimated to be too high, the permissible loading capacity of the filter is not fully utilized, resulting in increased fuel consumption due to the unnecessarily frequent regeneration of the particle filter. In addition, increased engine wear can occur as a result of increased engine oil dilution.

Ein bekannter Ansatz zur Ermittlung einer Partikelfilterbeladung macht sich den Umstand zunutze, dass mit zunehmender Beladung der Abgasgegendruck vor dem Filter ansteigt. Konkret wird der Abgasgegendruck oder die Druckdifferenz vor und hinter dem Filter mittels Drucksensoren gemessen und mit einem betriebspunktabhängigen Schwellenwert verglichen, dessen Überschreitung zur Auslösung der Filterregeneration führt. Von diesem Ansatz macht beispielsweise die DE 10 2004 013 603 B4 Gebrauch.A known approach to determining a particle filter loading makes use of the fact that the exhaust gas back pressure in front of the filter increases with increasing loading. In concrete terms, the exhaust back pressure or the pressure difference before and after the filter is measured using pressure sensors and compared with an operating point-dependent threshold value, the exceeding of which triggers filter regeneration. From this approach, for example, makes the DE 10 2004 013 603 B4 Use.

DE 101 40 048 B4 beschreibt ein Verfahren zur Ermittlung einer Partikelbeladung eines Dieselpartikelfilters, der einem mittels eines Abgasturboladers aufgeladenen Dieselmotor nachgeschaltet ist. Dabei wird mittels eines Ladedrucksensors ein aktueller Ladedruck im Ansaugkrümmer gemessen und mit einem betriebspunktabhängigen Referenz-Ladedruck verglichen. Der Referenz-Ladedruck entspricht einem, bei dem vorliegenden Betriebspunkt zu erwartenden Ladedruck bei einem regenerierten, d.h. partikelfreien Partikelfilter. Überschreitet die Differenz aus dem Referenz-Ladedruck und dem gemessenen Ladedruck einen Schwellenwert, so wird dies als Indiz für einen kritischen Füllstand des Dieselpartikelfilters angesehen und der Filter regeneriert. In einer alternativen, aber grundsätzlich analogen Vorgehensweise geht DE 101 40 048 B4 von einem Abgasturbolader aus, dessen Turbinenschaufeln mit einer geregelten Verstellung ausgestattet sind. In einem geschlossenen Regelkreis wird die Schaufelstellung auf einen vorbestimmten Soll-Ladedruck geregelt. In diesem Ansatz wird die Ist-Stellung der Turbinenschaufeln gemessen und mit einer betriebspunktabhängigen Referenz-Schaufelstellung verglichen. Überschreitet die Differenz aus beiden einen vorbestimmten Schwellenwert, wird eine Filterregeneration ausgelöst. Beide Ansätze lösen grundsätzlich nicht das Problem, in dynamischen Betriebssituationen eine gute Genauigkeit der Bestimmung der Filterbeladung zu gewährleisten. DE 101 40 048 B4 describes a method for determining a particle loading of a diesel particle filter, which is connected downstream of a diesel engine charged by means of an exhaust gas turbocharger. A boost pressure sensor is used to measure the current boost pressure in the intake manifold and compare it with a reference boost pressure that is dependent on the operating point. The reference boost pressure corresponds to a boost pressure to be expected at the present operating point for a regenerated, ie particle-free particle filter. If the difference between the reference boost pressure and the measured boost pressure exceeds a threshold value, this is taken as an indication that the level in the diesel particle filter is critical and the filter is regenerated. In an alternative, but basically analogous procedure DE 101 40 048 B4 based on an exhaust gas turbocharger whose turbine blades are equipped with controlled adjustment. In a closed control loop, the vane position is regulated to a predetermined target boost pressure. In this approach, the actual position of the turbine blades is measured and compared to an operating-point-dependent reference blade position. If the difference between the two exceeds a predetermined threshold value, filter regeneration is triggered. In principle, both approaches do not solve the problem of ensuring good accuracy in determining the filter loading in dynamic operating situations.

Einen grundsätzlich zur Druck- bzw. Differenzdruckmessung unterschiedlichen Ansatz liefern modellbasierte Verfahren, welche die Rußbeladung modellieren, indem der Rußmassenstrom des Abgases und damit der Rußeintrag in den Filter abgeschätzt wird. Hierfür werden betriebspunktabhängige Kennfelder genutzt, welche den Rußgehalt des Abgases in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt, in der Regel in Form von Motordrehzahl und Motorlast (welche gemäß Solldrehmoment oder Kraftstoffmasse einfließt), angeben. Unter Berücksichtigung des Rußaustrages infolge passiver und aktiver Filterregenerationen erfolgt die Ermittlung der Filterbeladung durch Integration.A fundamentally different approach to pressure or differential pressure measurement is provided by model-based methods that model the soot load by estimating the soot mass flow of the exhaust gas and thus the soot entry into the filter. For this purpose, operating-point-dependent maps are used, which indicate the soot content of the exhaust gas as a function of the operating point, usually in the form of engine speed and engine load (which flows in according to the target torque or fuel mass). The filter loading is determined by integration, taking into account the soot discharge as a result of passive and active filter regeneration.

Aus DE 102 34 340 B4 ist bekannt, die Rußbeladung eines katalytischen Partikelfilters zu bestimmen, indem einerseits der motorische Rußeintrag kennfeldmäßig ermittelt wird und andererseits die katalytische Umsetzung des Rußes mit NO2 auf dem Filter beladungsreduzierend berücksichtigt wird.Out of DE 102 34 340 B4 It is known to determine the soot loading of a catalytic particle filter by, on the one hand, determining the amount of soot entering the engine based on characteristic diagrams and, on the other hand, taking into account the catalytic conversion of the soot with NO 2 on the filter in order to reduce the loading.

In DE 10 2005 017 348 A1 wird ebenfalls ein kennfeldbasierter Ansatz zur Ermittlung der Filterbeladung herangezogen. Insbesondere wird hier die Schwerpunktlage der Kraftstoffverbrennung im Zylinder, d.h. die Kurbelwellenposition, bei der 50 % der eingespritzten Kraftstoffmenge umgesetzt sind, sowie der Kraftstoffeinspritzdruck bestimmt. Aus einem empirisch ermittelten Kennfeld, das die Abhängigkeit der Rußemission von der Schwerpunktlage der Kraftstoffverbrennung und dem Einspritzdruck darstellt, wird die aktuelle Rußemission ausgelesen.In DE 10 2005 017 348 A1 a map-based approach is also used to determine the filter loading. In particular, the center of gravity of the fuel combustion in the cylinder, ie the crankshaft position at which 50% of the injected fuel quantity has been converted, and the fuel injection pressure are determined here. From an empirically determined map that shows the dependence of the soot The current soot emission is read out.

Sofern der Rußeintrag in Abhängigkeit vom Motorbetriebspunkt kennfeldmäßig ermittelt wird, entspricht dies dem nominellen Zustand für ein System im stationären Gleichgewichtszustand, bei dem die einzuregelnden Betriebsparameter, wie zugeführte Luft- und Kraftstoffmasse, EGR-Rate etc. und damit das Luft-Kraftstoff-Verhältnis Lambda, mit den tatsächlich vorliegenden übereinstimmen. Dies ist jedoch unter dynamischen Bedingungen mitnichten der Fall. Insbesondere führen trägheitsbedingte Regelabweichungen zu gegenüber den stationären Rußemissionen stark abweichenden Emissionen, die nur schwer erfassbar sind. Dies liegt darin begründet, dass insbesondere in hochdynamischen Fahrzyklen der überwiegende Teil der Rußemissionen eine Folge instationärer und damit schwer erfassbarer Motorbetriebszustände ist. Unter diesen Bedingungen werden in dem jeweiligen momentanen Arbeitspunkt des Motors (auch Betriebspunkt genannt) die Sollwertvorgaben der Luft- und Kraftstoffzumessung infolge von Trägheiten der Regelstrecken und Stellglieder infolge hoher Fahrdynamik nicht erreicht. Dies trifft in besonderem Maße auf die Ladeluftdruckregelung zu, da diese mit Abstand die größte Trägheit aufweist.If the soot entry is mapped as a function of the engine operating point, this corresponds to the nominal state for a system in the stationary state of equilibrium, in which the operating parameters to be controlled, such as the air and fuel mass supplied, EGR rate, etc. and thus the air-fuel ratio lambda , agree with the actual ones. However, this is by no means the case under dynamic conditions. In particular, inertia-related control deviations lead to emissions that differ greatly from stationary soot emissions and are difficult to detect. This is due to the fact that, particularly in highly dynamic driving cycles, most of the soot emissions are a result of transient engine operating states that are therefore difficult to determine. Under these conditions, the setpoint specifications for the air and fuel metering are not achieved at the current operating point of the engine (also called the operating point) due to inertia in the controlled system and actuators due to high driving dynamics. This applies in particular to charge air pressure control, since this has by far the greatest inertia.

Aus DE 10 2006 055 562 B4 ist ein modellbasiertes Verfahren zur Ermittlung der Partikelfilterbeladung bekannt, welches den Rußgehalt des Abgases aus Kennfeldern ableitet, die als Zustandsgrößen für den Betriebspunkt den gemessenen oder abgeschätzten Lambda-Istwert sowie die aktuelle Abgasrückführrate (EGR-Rate) heranziehen. Optional können weitere Zustandsgrößen, insbesondere der Rail-Druck, Berücksichtigung finden. Die EGR-Rate kann beispielsweise in Abhängigkeit von dem Quotienten aus dem Gasdruck im Ansaugkrümmer und dem Abgasdruck stromauf der Turbine des Turboladers ermittelt werden.Out of DE 10 2006 055 562 B4 a model-based method for determining the particle filter loading is known, which derives the soot content of the exhaust gas from characteristic maps, which use the measured or estimated lambda actual value and the current exhaust gas recirculation rate (EGR rate) as state variables for the operating point. Additional state variables, in particular the rail pressure, can optionally be taken into account. The EGR rate can be determined, for example, as a function of the quotient of the gas pressure in the intake manifold and the exhaust pressure upstream of the turbine of the turbocharger.

Aus der DE 10 2007 061 468 A1 ist ein Verfahren zum optimalen Schätzen der Emissionen in einem stabilen Zustand und in einem Übergangszustand eines Verbrennungsmotors bekannt. Das Verfahren verwendet ein NOx-Modell für den stabilen Zustand, ein Partikelmodell für den stabilen Zustand, ein NOx-Modell für den Übergangszustand und ein Partikelmodell für den Übergangszustand, um Tabellen in dem Speicher zu füllen. Der Wechsel zwischen den Modellen für den stabilen Zustand und für den Übergangszustand zur Echtzeitschätzung der Emissionen erfolgt auf der Basis der Änderungsrate der Motordrehzahl. Wenn die Änderungsrate der Motordrehzahl einen vorbestimmten Schwellwert überschreitet, werden die NOx- und Partikelmodelle für den Übergangszustand verwendet, um den Motor zu betreiben und die NOx- und Partikelemissionen zu reduzieren.From the DE 10 2007 061 468 A1 a method for optimally estimating the emissions in a steady state and in a transient state of an internal combustion engine is known. The method uses a steady-state NOx model, a steady-state particulate model, a transient-state NOx model, and a transient-state particulate model to populate tables in memory. Switching between the steady state and transient state models for real-time emissions estimation is based on the rate of change of engine speed. When the rate of change of engine speed exceeds a predetermined threshold, the transient NOx and particulate models are used to operate the engine and reduce NOx and particulate emissions.

Die DE 603 11 934 T2 offenbart ein Verfahren zum Steuern der Rußemission bei einem Dieselmotor. Dabei werden die momentane Motordrehzahl, die aktuelle Sauerstoffmenge in den Brennräumen des Verbrennungsmotors den Verbrennungskammern des Dieselmotors sowie der momentane Kraftstoffeinspritzdruck erfasst. Dabei wird aus den erfassten Parametern ein Signal ermittelt, welches repräsentativ für die aktuell zulässige Kraftstoffzufuhr oder für das aktuell zulässige Luft-Kraftstoff-Verhältnis zur Eliminierung von irregulärer Rauchemission ist.The DE 603 11 934 T2 discloses a method for controlling soot emission from a diesel engine. The current engine speed, the current amount of oxygen in the combustion chambers of the internal combustion engine, the combustion chambers of the diesel engine and the current fuel injection pressure are recorded. A signal is determined from the recorded parameters, which is representative of the currently permissible fuel supply or for the currently permissible air-fuel ratio for eliminating irregular smoke emissions.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung der Beladung eines Partikelfilters zur Verfügung zu stellen, das eine erhöhte Genauigkeit aufweist und einfach zu implementieren ist. Die Ermittlung der Beladung sollte dabei in Echtzeit beispielsweise im elektronischen Motorsteuergerät ausgeführt werden können und einen möglichst geringen Kalibrierungsaufwand erfordern. Ferner soll eine zur Ausführung des Verfahrens geeignete Steuereinheit bereitgestellt werden.The object of the invention is now to provide a method for determining the loading of a particle filter which has increased accuracy and is easy to implement. It should be possible to determine the load in real time, for example in the electronic engine control unit, and it should require as little calibration effort as possible. Furthermore, a control unit suitable for carrying out the method is to be provided.

Diese Aufgaben werden mit einem Verfahren sowie einer Steuereinrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.These tasks are solved with a method and a control device with the features of the independent claims.

Das erfindungsgemäße Verfahren betrifft demnach die Ermittlung einer Rußbeladung eines Partikelfilters, welcher in einem Abgasweg einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist. Die Verbrennungskraftmaschine weist eine Kraftstoffeinspritzanlage auf, welche Kraftstoff mit einem vorbestimmten Einspritzdruck-Sollwert den Zylindern der Verbrennungskraftmaschine zuführt. Vorzugsweise wird der Einspritzdruck in einem geschlossenen Regelkreis geregelt. Dabei wird zur Ermittlung der Rußbeladung zumindest in einer instationären Betriebssituation ein Rußeintrag in den Partikelfilter ermittelt, indem der Rußeintrag für einen entsprechenden stationären Betriebspunkt bestimmt und dieser so korrigiert wird, dass eine Abweichung des Rußeintrags infolge der instationären Betriebssituation berücksichtigt wird. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass die Abweichung des Rußeintrags infolge der instationären Betriebssituation wenigstens in Abhängigkeit des vorbestimmten Einspritzdruck-Sollwerts und eines gemessenen Einspritzdruck-Istwerts bestimmt wird.The method according to the invention therefore relates to the determination of a soot load on a particle filter which is arranged in an exhaust gas path of an internal combustion engine. The internal combustion engine has a fuel injection system, which supplies fuel to the cylinders of the internal combustion engine at a predetermined desired injection pressure value. The injection pressure is preferably controlled in a closed control loop. To determine the soot load, a soot entry into the particle filter is determined at least in a transient operating situation by determining the soot entry for a corresponding stationary operating point and correcting it in such a way that a deviation in the soot entry as a result of the transient operating situation is taken into account. According to the invention, it is now provided that the deviation of the soot input as a result of the transient operating situation is determined at least as a function of the predetermined desired injection pressure value and a measured actual injection pressure value.

Die Erfindung berücksichtigt den Umstand, dass in einem gegebenen Arbeitspunkt der Verbrennungskraftmaschine die stationären Sollwertvorgaben des Kraftstoffdrucks (Einspritzdrucks) infolge von Trägheit der Regelstrecke und seiner Stellglieder bei hoher Fahrdynamik nicht erreicht werden. Aus dieser instationären Regelabweichung des aktuellen (gemessenen) Einspritzdrucks von der Regelvorgabe resultiert nicht nur ein gewisser Fehler in der Kraftstoffzumessung, sondern vor allem auch eine verminderte Qualität der Gemischaufbereitung. So ist der Einspritzdruck maßgeblich für die bereitstehende Gemischbildungsenergie. Können die Einspritzdruck-Sollwerte aufgrund der Systemträgheiten bei hoher Dynamik nicht ausgeregelt werden, ist die Folge ein suboptimaler Verbrennungsprozess mit zum Teil stark erhöhten transienten Rußemissionen. Während bisherige Konzepte lediglich eine Abweichung der Luftzumessung im instationären Betrieb in Form von Abweichungen des Lambdawerts berücksichtigen, wurden Abweichungen der Gemischaufbereitungsqualität stets außer Acht gelassen. Der im Abgas gemessene Lambdawert erlaubt jedoch keine Aussage über die Qualität der Gemischaufbereitung und dem mit dieser zusammenhängenden Rußemissionsverhalten. Folglich wird durch die erfindungsgemäße Berücksichtigung der Einspritzdruck-Regelabweisung erstmalig die Gemischaufbereitungsqualität bei der Bestimmung eines Beladungsgrades eines Partikelfilters berücksichtigt, wodurch die Genauigkeit des Verfahrens verbessert wird.The invention takes into account the fact that at a given operating point of the internal combustion engine, the steady-state set value specifications for the fuel pressure (injection pressure) are not reached due to inertia of the controlled system and its actuators with high driving dynamics. This transient control deviation of the current (measured) injection pressure from the control specification not only results in a certain error in the fuel metering, but above all in a reduced quality of the mixture preparation. The injection pressure is decisive for the available mixture formation energy. If the injection pressure setpoints cannot be corrected due to system inertia with high dynamics, the result is a suboptimal combustion process with sometimes greatly increased transient soot emissions. While previous concepts only take into account deviations in the air metering in transient operation in the form of deviations in the lambda value, deviations in the mixture preparation quality have always been ignored. However, the lambda value measured in the exhaust gas does not allow any statement to be made about the quality of the mixture preparation and the soot emission behavior associated with it. As a result, the mixture preparation quality is taken into account for the first time when determining the degree of loading of a particle filter by considering the injection pressure control deviation according to the invention, as a result of which the accuracy of the method is improved.

Da der Einspritzdruck üblicherweise ohnehin einer Regelung im Wege eines geschlossenen Regelkreises unterliegt, stehen bereits im Stand der Technik die für das erfindungsgemäße Verfahren erforderlichen Parameter Einspritzdruck-Sollwert und gemessener Einspritzdruck-Istwert zur Verfügung. Somit erfordert das Verfahren praktisch keinen zusätzlichen instrumentellen Aufwand.Since the injection pressure is usually subject to regulation by means of a closed control circuit anyway, the parameters required for the method according to the invention, namely the desired injection pressure value and the measured actual injection pressure value, are already available in the prior art. Thus, the method requires practically no additional instrumental effort.

Dabei wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung der Begriff „Einspritzdruck“ in einem weiten Sinn verstanden und umfasst einen Druck des vor einem Kraftstoffinjektor vorliegenden Kraftstoffs unabhängig davon, ob dieser, wie bei Dieselmotoren üblich, direkt in die Zylinder eingespritzt wird oder im Falle von Vorgemischbildnern in ein Einlassrohr. Vorzugsweise handelt es sich jedoch um eine direkteinspritzende Verbrennungskraftmaschine. Weiterhin weist die Kraftstoffeinspritzanlage der Verbrennungskraftmaschine vorzugsweise ein Kraftstoffrail auf, in welchem der Kraftstoff mit hohem (geregelten) Kraftstoffdruck den Injektoren der Zylinder vorgelagert wird (so genanntes Common-Rail-Konzept). In diesem Fall entspricht der dem Verfahren zugrundeliegende Einspritzdruck den in dem Kraftstoffrail vorliegenden Raildruck.In the context of the present invention, the term "injection pressure" is understood in a broad sense and includes a pressure of the fuel present in front of a fuel injector, regardless of whether it is injected directly into the cylinders, as is usual in diesel engines, or in the case of premixing agents an inlet pipe. However, it is preferably a direct-injection internal combustion engine. Furthermore, the fuel injection system of the internal combustion engine preferably has a fuel rail in which the fuel with a high (regulated) fuel pressure is upstream of the injectors in the cylinders (so-called common rail concept). In this case, the injection pressure on which the method is based corresponds to the rail pressure present in the fuel rail.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die instationäre Abweichung des Rußeintrags in Abhängigkeit von dem vorbestimmten Einspritzdruck-Sollwert, dem gemessenen Einspritzdruck-Istwert sowie einem aktuellen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine bestimmt wird. Der Betriebs- oder Arbeitspunkt kann in diesem Fall insbesondere in Form einer aktuellen Motordrehzahl und Motorlast Berücksichtigung finden. Auf diese Weise kann die Genauigkeit des Verfahrens noch weiter verbessert werden.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that the transient deviation of the soot input is determined as a function of the predetermined injection pressure setpoint value, the measured actual injection pressure value and a current operating point of the internal combustion engine. In this case, the operating point or working point can be taken into account in particular in the form of a current engine speed and engine load. In this way, the accuracy of the method can be further improved.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass jeweils ein Rußemissionswert oder ein hiermit korrelierender Wert in Abhängigkeit des Einspritzdruck-Sollwerts und des Einspritzdruck-Istwerts bestimmt wird und diese Rußemissionswerte in die Korrektur einfließen. Dabei werden die Rußemissionswerte in Abhängigkeit des Einspritzdruck-Sollwerts bzw. des Einspritzdruck-Istwerts aus einer empirisch ermittelten gespeicherte Kennlinie ausgelesen, welche den Rußemissionswert in Abhängigkeit des Einspritzdrucks darstellt. Alternativ ist auch die Verwendung eines gespeicherten formelmäßigen Zusammenhangs zwischen Rußemissionswert und Einspritzdruck möglich.According to the invention, a soot emission value or a value correlating thereto is determined as a function of the desired injection pressure value and the actual injection pressure value, and these soot emission values are included in the correction. The soot emission values are read as a function of the injection pressure setpoint or the actual injection pressure value from an empirically determined, stored characteristic curve, which represents the soot emission value as a function of the injection pressure. Alternatively, it is also possible to use a stored, formula-based relationship between the soot emission value and the injection pressure.

Aus dem Verhältnis des Rußemissionswerts für den Einspritzdruck-Istwert und des Rußemissionswerts für den Einspritzdruck-Sollwert oder aus den entsprechenden korrelierenden Werten wird erfindungsgemäß ein erster Korrekturfaktor bestimmt, der in die Korrektur insbesondere durch Multiplikation mit dem stationären Rußmassenstrom einfließt. Bereits mit diesem sehr einfachen Modell wird eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Genauigkeit erreicht.According to the invention, a first correction factor is determined from the ratio of the soot emission value for the actual injection pressure and the soot emission value for the desired injection pressure value or from the corresponding correlating values, which is included in the correction, in particular by multiplication with the stationary soot mass flow. Even with this very simple model, an accuracy that is improved compared to the prior art is achieved.

Erfindungsgemäß ist zur weiteren Erhöhung der Genauigkeit des Verfahrens vorgesehen, dass ein zweiter Korrekturfaktor in Abhängigkeit von dem aktuellen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine aus einem Kennfeld, nämlich aus der aktuellen Drehzahl und dem aktuellen Drehmoment, ermittelt wird und der zweite Korrekturfaktor in die Korrektur einfließt.According to the invention, to further increase the accuracy of the method, a second correction factor is determined as a function of the current operating point of the internal combustion engine from a map, namely from the current speed and the current torque, and the second correction factor is included in the correction.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Steuereinrichtung zur Ermittlung einer Rußbeladung eines Partikelfilters, die zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eingerichtet ist. Die Steuereinrichtung kann insbesondere in ein elektronisches Motorsteuergerät implementiert sein. Zur Ausführung des Verfahrens kann sie einen entsprechenden Algorithmus in gespeicherter und computer-lesbarer Form enthalten sowie eine gespeicherte einspritzdruckabhängige Kennlinie, welche einen Rußemissionswert oder einen korrelierenden Wert, insbesondere einen dimensionslosen Rußemissionskennwert, in Abhängigkeit von Einspritzdruck abbildet.The subject matter of the present invention is also a control device for determining a soot loading of a particle filter, which is set up to carry out the method according to the invention. The control device can be implemented in particular in an electronic engine control unit. To execute the method, you can use an appropriate algorithm in stored and computer-readable form Contain form and a stored injection-pressure-dependent characteristic curve, which maps a soot emission value or a correlating value, in particular a dimensionless soot emission characteristic value, as a function of injection pressure.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred configurations of the invention result from the remaining features mentioned in the dependent claims.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

  • 1 schematisch eine Verbrennungskraftmaschine mit zugeordneten Abgastrakt;
  • 2 logisches Blockschaltbild eines Verfahrens gemäß Stand der Technik zur Ermittlung einer Beladung eines Partikelfilters;
  • 3 logisches Blockschaltbild eines Verfahrens zur Ermittlung einer Beladung eines Partikelfilters gemäß einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
  • 4 einen detaillierten Ausschnitt des Blockschaltbildes nach 3 und
  • 5 schematisch eine einspritzdruckabhängige Rußemissions-Kennlinie.
The invention is explained below in exemplary embodiments with reference to the associated drawings. Show it:
  • 1 schematically an internal combustion engine with associated exhaust tract;
  • 2 logical block diagram of a method according to the prior art for determining a loading of a particle filter;
  • 3 logical block diagram of a method for determining a loading of a particle filter according to a preferred embodiment of the present invention;
  • 4 a detailed section of the block diagram 3 and
  • 5 schematic of an injection pressure-dependent soot emission characteristic.

1 zeigt eine insgesamt mit 10 bezeichnete Verbrennungskraftmaschine, bei der es sich insbesondere um einen Dieselmotor handelt. Die Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst eine Mehrzahl von Zylindern 12, denen über ein Kraftstoffeinspritzsystem 14 Kraftstoff im Wege einer Vorgemischbildung, üblicherweise jedoch direkt, zugeführt wird. Ferner sind die Zylinder 12 mit einem Ansaugrohr 16, beispielsweise über einen nicht dargestellten Ansaugkrümmer, verbunden, über welches eine Luftzufuhr in die Verbrennungsräume der Zylinder 12 erfolgt, um darin ein zündfähiges Luft-Kraftstoff-Gemisch entsprechend einem gewünschten LambdaSollwert darzustellen. Zu diesem Zweck kann das Ansaugrohr 16 optional ein steuerbares Stellelement 18, beispielsweise eine Drosselklappe enthalten. 1 shows an internal combustion engine, designated overall by 10, which is in particular a diesel engine. Internal combustion engine 10 includes a plurality of cylinders 12 to which fuel is supplied via a fuel injection system 14 by way of premix formation, but usually directly. In addition, the cylinders 12 are connected to an intake pipe 16, for example via an intake manifold (not shown), via which air is supplied to the combustion chambers of the cylinders 12 in order to produce an ignitable air-fuel mixture therein in accordance with a desired desired lambda value. For this purpose, the intake pipe 16 can optionally contain a controllable actuating element 18, for example a throttle valve.

Auf der anderen Seite sind (nicht dargestellte) Auslassöffnungen der Zylinder 12, üblicherweise über einen ebenfalls nicht dargestellten Abgaskrümmer, mit einem Abgaskanal 20 verbunden, in welches das Abgas der Verbrennungskraftmaschine 10 einströmt. Der Abgaskanal 20 enthält einen Partikelfilter 22, insbesondere einen Dieselpartikelfilter DPF. Darüber hinaus können weitere Abgasreinigungskomponenten in dem Abgaskanal 20 angeordnet sein, wobei in 1 exemplarisch ein, dem DPF 22 vorgeschalteter Katalysator 24 dargestellt ist. Der vorgeschaltete Katalysator 24 oder auch weitere Katalysatoren können beispielsweise einen Oxidationskatalysator, einen NOX-Speicherkatalysator oder einen CRT-Katalysator umfassen. On the other side, outlet openings (not shown) of the cylinders 12 are connected, usually via an exhaust manifold, also not shown, to an exhaust gas duct 20 into which the exhaust gas of the internal combustion engine 10 flows. The exhaust gas duct 20 contains a particle filter 22, in particular a diesel particle filter DPF. In addition, further exhaust gas cleaning components can be arranged in the exhaust gas duct 20, in which case 1 a catalytic converter 24 connected upstream of the DPF 22 is shown as an example. The upstream catalytic converter 24 or other catalytic converters can include, for example, an oxidation catalytic converter, an NO x storage catalytic converter or a CRT catalytic converter.

Das in 1 dargestellte System kann darüber hinaus selbstverständlich weitere bekannte Komponenten, wie ein externeres Abgasrückführungssystem oder einen Abgasturbolader, aufweisen. Abgasrückführungssysteme leiten in bekannter Weise einen Abgasteilstrom aus dem Abgaskanal 20 ab und führen diesen wieder dem Verbrennungsprozess des Motors 10 zu, indem er etwa in das Ansaugrohr 16 oder in den Abgaskrümmer eingeleitet wird. Auf diese Weise lassen sich Verbrennungstemperaturen absenken und somit die Bildung von Stickoxiden reduzieren. Abgasturbolader umfassen eine im Abgaskanal 20 angeordnete Turbine, die - angetrieben durch die kinetische Energie des Abgases - über eine Welle einen im Ansaugrohr angeordneten Verdichter antreibt, um somit die Ladeluft der Verbrennungskraftmaschine 10 zu komprimieren und auf diese Weise höhere Leistungen zu bewirken.This in 1 The system shown can of course also have other known components, such as an external exhaust gas recirculation system or an exhaust gas turbocharger. Exhaust gas recirculation systems derive a partial exhaust gas flow from the exhaust gas duct 20 in a known manner and feed it back into the combustion process of the engine 10 by introducing it into the intake manifold 16 or into the exhaust manifold, for example. In this way, combustion temperatures can be lowered and the formation of nitrogen oxides reduced. Exhaust gas turbochargers include a turbine arranged in the exhaust gas duct 20, which—driven by the kinetic energy of the exhaust gas—drives a compressor arranged in the intake pipe via a shaft, in order to compress the charge air of the internal combustion engine 10 and in this way achieve higher performance.

Das Kraftstoffeinspritzsystem 14 weist Kraftstoffinjektoren (Einspritzventile) 26 auf, wobei beispielsweise jedem Zylinder 12 jeweils ein Injektor 26 zugeordnet ist. Die Injektoren 26 stehen mit einem gemeinsamen Common-Rail 28 in Verbindung, in welchem der Kraftstoff in hochkomprimierter Form den Injektoren 26 vorgelagert wird. Üblicherweise wird der Kraftstoff aus einem Kraftstofftank mittels einer Förderpumpe gefördert und vorverdichtet (Bauteile nicht in 1 dargestellt). Eine Hochdruckpunke 30 nimmt dann die Komprimierung des Kraftstoffs auf einen vorbestimmten Raildruck vor. Im Falle mehrerer Zylinderbänke kann jede Bank über ein eigenes Common-Rail verfügen.The fuel injection system 14 has fuel injectors (injection valves) 26, one injector 26 being assigned to each cylinder 12, for example. The injectors 26 are connected to a common common rail 28 in which the fuel is stored upstream of the injectors 26 in highly compressed form. The fuel is usually pumped out of a fuel tank by means of a feed pump and pre-compressed (components not included in 1 shown). A high-pressure point 30 then compresses the fuel to a predetermined rail pressure. In the case of several cylinder banks, each bank can have its own common rail.

Die Verbrennungskraftmaschine 10 und deren Komponenten verfügen ferner über ein Steuer- und Regelsystem, dessen zentrales Element ein Motorsteuergerät 32 ist, das einerseits über Signalleitungen (in 1 mit gestrichelten Pfeilen dargestellt) Signale verschiedener Sensoren 34, 36 empfängt und andererseits über Steuerleitungen (durchgezogene Pfeile) verschiedene Stellglieder 18, 26, 30 ansteuert. Im Einzelnen empfängt das Steuergerät 26 ein Signal einer im Abgaskanal 20 angeordneten Lambdasonde 34, das mit einem Sauerstoffgehalt des Abgases und somit einem Lambda-Istwert λIst korreliert. Die Lambdasonde sollte vorzugsweise als Breitbandsonde ausgestaltet sein und ist vorzugsweise an einer motornahen Position stromauf des ersten Katalysators 24 installiert. Ferner ist ein Drucksensor 36 im Common-Rail 28 angeordnet, der einen Einspritzdruck-Istwert p_KIst erfasst und an das Motorsteuergerät 32 übermittelt. Weitere (nicht dargestellte) Sensoren umfassen üblicherweise einen Drehzahlsensor, der die Motordrehzahl n misst sowie einen Sensor (z.B. einen Pedalwertgeber), der ein der Motorlast L entsprechendes Signal an das Motorsteuergerät 32 bereitstellt. Darüber hinaus können Temperatursensoren zur Erfassung der Motor- und/oder Kühlmitteltemperatur, Drucksensoren zur Erfassung des Umgebungsdrucks, Gassensoren zur Erfassung von Abgaskomponenten wie NOx und dergleichen vorgesehen sein.The internal combustion engine 10 and its components also have a control and regulation system, the central element of which is an engine control unit 32, which on the one hand has signal lines (in 1 shown with dashed arrows) receives signals from various sensors 34, 36 and, on the other hand, controls various actuators 18, 26, 30 via control lines (solid arrows). Specifically, control unit 26 receives a signal from a lambda probe 34 arranged in exhaust gas duct 20, which signal correlates with an oxygen content of the exhaust gas and thus with an actual lambda value λ actual . The lambda probe should preferably be designed as a broadband sensor and is preferably installed at a close-coupled position upstream of the first catalytic converter 24 . Furthermore, a pressure sensor 36 is arranged in the common rail 28 , which detects an actual injection pressure value p_K actual and transmits it to the engine control unit 32 . Other sensors (not shown) usually include a speed sensor that measures the engine speed n and a sensor (eg a pedal position sensor) that provides a signal corresponding to the engine load L to the engine control unit 32 . In addition, temperature sensors for detecting the engine and/or coolant temperature, pressure sensors for detecting the ambient pressure, gas sensors for detecting exhaust gas components such as NOx and the like can be provided.

In Abhängigkeit der eingelesenen Signale ermittelt das Steuergerät 32 unter Verwendung abgespeicherter Kennfelder 38 Betriebsparameter der Verbrennungskraftmaschine 10 und korrespondierende Steuersignale für die Stellglieder, um gewünschte Sollwerte darzustellen. In diesem Zusammenhang ermittelt das Steuergerät 32 einen aktuellen Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine 10, insbesondere in Form der Drehzahl n und der Motorlast L, und ermittelt aus einem abgespeicherten Kennfeld in Abhängigkeit des Betriebspunkts einen Kraftstoffmassen-Sollwert m_KSoll und steuert die Injektoren 26 des Kraftstoffeinspritzsystems 14 beispielsweise mit einem entsprechenden Öffnungszeitensignal an, um dem Motor 10 die gewünschte Kraftstoffmasse zuzuführen. Ferner ermittelt das Steuergerät 32 aus einem weiteren abgespeicherten Kennfeld in Abhängigkeit des Betriebspunkts (n, L) einen Ladedruck-Sollwert p_LSoll und steuert die Drosselklappe 18 und/oder den Verdichter des Turboladers mit einem entsprechenden Stellungssignal an, um den gewünschten Ladedruck im Ansaugkrümmer darzustellen. Darüber hinaus steuert das Steuergerät 32 in Abhängigkeit des gemessenen Einspritzdrucks (Raildrucks) p_KIst die Hochdruckpumpe 30 an, um einen vorbestimmten Einspritzdruck-Sollwert p_KSoll im Rail 28 darzustellen. Der Ladedruck p_L, die Kraftstoffmasse m_K sowie der Einspritzdruck p_K werden im Wege geschlossener Regelkreise so geregelt, dass Regelabweichungen minimiert werden.Depending on the signals read in, control unit 32 uses stored characteristic diagrams 38 to determine operating parameters of internal combustion engine 10 and corresponding control signals for the actuators in order to represent desired setpoint values. In this context, control unit 32 determines a current operating point of internal combustion engine 10, in particular in the form of rotational speed n and engine load L, and determines a fuel mass target value m_K target from a stored characteristic map as a function of the operating point and controls injectors 26 of fuel injection system 14, for example with a corresponding opening signal to supply the engine 10 with the desired fuel mass. In addition, control unit 32 determines a boost pressure target value p_L setpoint from another stored characteristic map as a function of the operating point (n, L) and controls throttle valve 18 and/or the compressor of the turbocharger with a corresponding position signal in order to represent the desired boost pressure in the intake manifold . In addition, control unit 32 controls high-pressure pump 30 as a function of measured injection pressure (rail pressure) p_K actual in order to represent a predetermined injection pressure setpoint p_K setpoint in rail 28 . The boost pressure p_L, the fuel mass m_K and the injection pressure p_K are controlled by means of closed control circuits in such a way that control deviations are minimized.

Der Partikelfilter 22 sammelt den im Abgas enthaltene Ruß und eventuell andere partikuläre Bestandteile an und muss bei Erreichen eines kritischen Beladungswertes regeneriert werden, um seine ursprüngliche Beladungskapazität und damit seine Filterfunktion wieder herzustellen. Um die Filterbeladung zu ermitteln, sind im Stand der Technik Ansätze bekannt, die den Rußeintrag und den Rußaustrag in den bzw. aus den DPF 22 kontinuierlich durch Rußmassensimulationsmodelle ermitteln und aufintegrieren, so dass eine kumulierte Beladung, die mit dem Beladungsschwellenwert verglichen werden kann, resultiert.The particle filter 22 collects the soot contained in the exhaust gas and any other particulate components and must be regenerated when a critical loading value is reached in order to restore its original loading capacity and thus its filter function. In order to determine the filter loading, approaches are known in the prior art that continuously determine and integrate the soot input and soot discharge into or out of the DPF 22 using soot mass simulation models, resulting in a cumulative loading that can be compared to the loading threshold value .

Ein solches im Stand der Technik bekanntes Modell ist im Blockschaltbild der 2 schematisch dargestellt. Dieses Modell berücksichtigt typischerweise vier Einflüsse, die sich entweder beladungserhöhend oder beladungsreduzierend auswirken.Such a model known in the prior art is shown in the block diagram of FIG 2 shown schematically. This model typically takes into account four influences that either increase or reduce the loading.

Zunächst einmal fließt in das Modell der Rußmassenstrom aus der Motoremission bei stationärem Betrieb beladungserhöhend ein (Zweig a in 2). Dabei wird in Abhängigkeit der Eingangsgrößen Drehzahl, Drehmoment und eventuell des Umgebungsdrucks unter Verwendung von Emissionskennfeldern, die für den jeweiligen Betriebspunkt unter stationären, d.h. konstanten Bedingungen empirisch ermittelt wurden, die aktuelle Rußemission des Motors unter Annahme eines stationären Zustandes ermittelt.First of all, the soot mass flow from the engine emissions during steady-state operation flows into the model, increasing the loading (branch a in 2 ). Depending on the input variables speed, torque and possibly the ambient pressure, the current soot emission of the engine is determined assuming a stationary state using emission maps that were empirically determined for the respective operating point under stationary, ie constant conditions.

Weiterhin wird der ebenfalls beladungserhöhende Rußmassenstrom aus der Motoremission bei instationärem, also dynamischem Betrieb berücksichtigt (Zweig b in 2). Dieser wird hauptsächlich durch die instationären Abweichungen des aktuellen Lambdawertes λIst vom stationären Lambdawert λREF im aktuellen Arbeitspunkt verursacht. Eingangsgrößen sind hier daher neben der Drehzahl und dem Drehmoment der gemessene Lambda-Istwert.Furthermore, the soot mass flow from the engine emission, which also increases the loading, is taken into account during transient, i.e. dynamic operation (branch b in 2 ). This is mainly caused by the transient deviations of the current lambda value λ Ist from the stationary lambda value λ REF at the current operating point. In addition to the engine speed and the torque, input variables are therefore the measured actual lambda value.

Als weiterer Einfluss auf die Rußbeladung des DPF 22 wird eine NOx-Regeneration beladungsreduzierend berücksichtigt, bei der unter der Voraussetzung ausreichender Abgastemperaturen ein Abbrand des Rußes im Partikelfilter durch die im Abgas enthaltenden Stickoxide wie NO2 erfolgt (Zweig c in 2). Die NOx-Regeneration erfolgt in der Regel spontan und wird durch hohe Abgastemperaturen ausgelöst und nicht willkürlich eingeleitet. Eingangsgröße ist neben der Drehzahl und dem Drehmoment die Abgastemperatur.As a further influence on the soot loading of the DPF 22, NOx regeneration is considered to reduce loading, in which, assuming sufficient exhaust gas temperatures, the soot in the particle filter is burned off by the nitrogen oxides such as NO 2 contained in the exhaust gas (branch c in 2 ). The NOx regeneration usually occurs spontaneously and is triggered by high exhaust gas temperatures and not initiated arbitrarily. In addition to the speed and the torque, the input variable is the exhaust gas temperature.

Schließlich findet die thermische Rußregeneration Berücksichtigung, die in der Regel willkürlich bei Erreichen eines Beladungsschwellenwertes eingeleitet wird, indem Maßnahmen zur Anhebung der Abgas- und/oder Filtertemperatur eingeleitet werden (Zweig d in 2). Da die thermische Regeneration unter Verbrauch von Sauerstoff des Abgases als Oxidationsmittel stattfindet, gehen als Eingangsgrößen der Ermittlung der Rußaustragsrate neben der Drehzahl, dem Drehmoment und der Abgastemperatur auch der Lambdawert ein.Finally, thermal soot regeneration is taken into account, which is usually initiated arbitrarily when a loading threshold value is reached, by initiating measures to increase the exhaust gas and/or filter temperature (branch d in 2 ). Since the thermal regeneration takes place with the consumption of oxygen in the exhaust gas as an oxidizing agent, the input variables for the determination are used the soot discharge rate, the lambda value as well as the speed, the torque and the exhaust gas temperature.

Für alle Komponenten a) bis d) werden entsprechende Kennfelder verwendet, welche den Rußeintrag in den DPF bzw. den Rußaustrag aus dem DPF, beispielsweise in Form von Rußmassenströmen mit der Einheit mg/m3 oder mg/h oder mg/Arbeitsspiel, in Abhängigkeit von den genannten Eingangsgrößen abbilden. Die vier Einzelwerte a) bis d) werden laufend durch Addition bzw. Subtraktion miteinander verrechnet und über die Betriebszeit integriert (kumuliert), so dass das Resultat der Ermittlung eine absolute Rußmasse oder eine hiermit korrelierende Größe ist, die mit einem vorbestimmten kritischen Beladungsschwellenwert verglichen werden kann.Corresponding characteristic diagrams are used for all components a) to d), which depend on the soot entry into the DPF or the soot discharge from the DPF, for example in the form of soot mass flows with the unit mg/m 3 or mg/h or mg/working cycle from the input variables mentioned. The four individual values a) to d) are continuously calculated by addition or subtraction and integrated (cumulated) over the operating time, so that the result of the determination is an absolute soot mass or a variable that correlates with this, which is compared with a predetermined critical load threshold value can.

Die größte Schwierigkeit in dem Bestreben, die Beladung des DPF mit hoher Genauigkeit zu ermitteln, stellt die Erfassung der Rußmassenströme in instationären, also dynamischen Betriebssituationen für alle Fahrzyklen dar. Es ist bekannt, dass die Rußemissionen beim Dieselmotor stark vom Luft-Kraftstoff-Verhältnis (Lambda) abhängen. Insbesondere sind diese in der Nähe des stöchiometrischen Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (Lambda = 1) besonders hoch. In dem bekannten Verfahren wird daher eine instationäre Lambda-Regelabweichung (Δλ) beispielsweise durch Vergleich des gemessenen momentanen Lambdawertes (Lambda-Istwert) mit einem stationären Lambda-Referenzwert berücksichtigt. Der Lambda-Istwert kann durch Messung im Abgasstrom erfasst werden. Ferner wird gemäß einer bekannten Vorgehensweise aus dem aktuellen Betriebspunkt, der in Form der aktuellen Drehzahl und des aktuellen Drehmoments eingelesen wird, ein stationärer Lambda-Referenzwert ermittelt, der einem empirisch ermittelten Kennfeld (Lambda-Referenzkennfeld) als Funktion der Drehzahl und des Drehmoments entnommen wird. Durch Subtraktionsbildung wird die Lambda-Abweichung Δλ berechnet, welche zusammen mit dem gemessenen Lambda-Istwert in ein Rußmassenstromkennfeld eingehen, um diesem den instationären Rußmassenstrom zu entnehmen, der zu dem stationären Rußmassenstrom addiert wird.The biggest difficulty in trying to determine the loading of the DPF with high accuracy is the recording of the soot mass flows in transient, i.e. dynamic operating situations for all driving cycles. It is known that the soot emissions from diesel engines are strongly dependent on the air-fuel ratio ( Lambda) depend. In particular, these are particularly high in the vicinity of the stoichiometric air-fuel ratio (lambda=1). In the known method, a transient lambda control deviation (Δλ) is therefore taken into account, for example by comparing the measured instantaneous lambda value (actual lambda value) with a stationary lambda reference value. The lambda actual value can be recorded by measuring in the exhaust gas flow. Furthermore, according to a known procedure, a stationary lambda reference value is determined from the current operating point, which is read in the form of the current speed and the current torque, which is taken from an empirically determined map (lambda reference map) as a function of the speed and the torque . The lambda deviation Δλ is calculated by subtraction, which is included in a soot mass flow map together with the measured lambda actual value in order to extract the transient soot mass flow from this map, which is added to the stationary soot mass flow.

Erfindungsgemäß wird bei der Ermittlung der instationären Rußemission die Regelabweichung des Einspritzdrucks (Raildrucks) infolge der Trägheit der Regelstrecke und ihrer Stellglieder ausgewertet und in der Modellierung der Rußmassenemissionen der Verbrennungskraftmaschine zur Ermittlung der DPF-Beladung berücksichtigt. Insbesondere wird die instationäre Abweichung des Rußeintrags wenigstens in Abhängigkeit von dem vorbestimmten Einspritzdruck-Sollwert (Raildruck-Sollwert) und einem gemessenen, tatsächlichen momentanen Einspritzdruck-Istwert (Raildruck-Istwert) bestimmt. Daneben kann der aktuelle Betriebspunkt, insbesondere in Form der aktuellen Motordrehzahl und des aktuellen Motordrehmoments, in das Modell einfließen. Die Berücksichtigung der Einspritzdruck-Regelabweichung erfolgt vorzugsweise zusätzlich zur Berücksichtigung der Lambdaabweichung, beispielsweise gemäß der vorstehend im Zusammenhang mit Zweig b) der 2 ausgeführten Vorgehensweise in Abhängigkeit des gemessenen, tatsächlichen momentanen Lambda-Istwerts.According to the invention, when determining the unsteady soot emission, the control deviation of the injection pressure (rail pressure) due to the inertia of the controlled system and its actuators is evaluated and taken into account in the modeling of the soot mass emissions of the internal combustion engine to determine the DPF loading. In particular, the transient deviation of the soot entry is determined at least as a function of the predetermined desired injection pressure value (desired rail pressure value) and a measured, actual instantaneous injection pressure value (actual rail pressure value). In addition, the current operating point, particularly in the form of the current engine speed and the current engine torque, can be included in the model. The injection pressure control deviation is preferably taken into account in addition to the lambda deviation, for example according to the above in connection with branch b). 2 executed procedure depending on the measured, actual instantaneous lambda actual value.

Ein Überblick des Prinzips des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in 3 dargestellt, wobei die Zweige a), b), c) und d) grundsätzlich nach herkömmlichen Methoden, wie sie bereits im Zusammenhang mit 2 diskutiert wurden, ausgeführt werden können. Wesentlicher Unterschied zu der bekannten Vorgehensweise ist also die zusätzliche Berücksichtigung der Einspritzdruck-Regelabweichung bei der Ermittlung instationärer Einflüsse auf die Rußemission des Motors in Zweig e), die in Abhängigkeit des Raildruck-Istwerts und des Raildruck-Sollwerts und ferner optional der aktuellen Drehzahl und des aktuellen Drehmoments bestimmt wird. Aus diesen Größen wird letztendlich ein Korrekturfaktor gebildet, der durch Multiplikation mit der stationären und herkömmlich ermittelten instationären Rußemission aus den Zweigen a) und b) zu einen Rußmassenstrom (oder Rußeintrag) führt, welcher den tatsächlichen instationären Rußmasseneintrag mit sehr guter Genauigkeit abbildet.An overview of the principle of the method according to the invention is given in 3 shown, with the branches a), b), c) and d) basically according to conventional methods, such as those already associated with 2 have been discussed can be carried out. The main difference to the known procedure is the additional consideration of the injection pressure control deviation when determining transient influences on the soot emission of the engine in branch e), which depends on the actual rail pressure value and the rail pressure setpoint value and also optionally the current speed and the current torque is determined. A correction factor is ultimately formed from these variables, which, by multiplication with the stationary and conventionally determined unsteady soot emission from branches a) and b), leads to a soot mass flow (or soot input) which maps the actual unsteady soot mass input with very good accuracy.

Für die Umsetzung der erfindungsgemäßen Ermittlung der Rußbeladung des Partikelfilters sind grundsätzlich unterschiedliche Berechnungsmethoden einsetzbar. Besonders bevorzugt ist jedoch ein nachfolgend dargestellter, vereinfachter Ansatz, der Vorteile angesichts Beschränkungen der Rechenleistung und des verfügbaren Speicherplatzes im Motorsteuergerät 32 aufweist und somit die Beladungsermittlung in Echtzeit erlaubt. Der Ansatz zeichnet sich darüber hinaus durch einen minimalen Aufwand für die Kalibrierung aus.In principle, different calculation methods can be used to implement the determination of the soot loading of the particle filter according to the invention. However, a simplified approach presented below is particularly preferred, which has advantages in view of the limitations in computing power and the available memory space in engine control unit 32 and thus allows load determination in real time. The approach is also characterized by minimal effort for calibration.

Einzelheiten zu dem bevorzugten erfindungsgemäßen Ansatz zur Ermittlung der instationären Rußemission gemäß bevorzugter Ausführung sind in 4 dargestellt.Details of the preferred approach according to the invention for determining the unsteady soot emission according to the preferred embodiment are in 4 shown.

Zur Ermittlung eines Korrekturfaktors für den instationären Einfluss von Raildruck-Regelabweichungen wird der Raildruck-Istwert p_KIst im Common-Rail 28 mit dem Drucksensor 36 (s. 1) erfasst. Der Raildruck-Istwert p_KIst ist Eingangswert einer Kennlinie (Kennlinie_1 in 4), welche die Rußemission oder einen hiermit korrelierenden Wert funktional von dem Raildruck abbildet. Zur Veranschaulichung des prinzipiellen Zusammenhangs ist ein Beispiel einer solchen Kennlinie schematisch in 5 gezeigt, wobei hier gemäß einer bevorzugten Ausführung die Rußemission in Form eines dimensionslosen normierten Rußemissionskennwerts dargestellt ist. Ausgangsgröße dieses Verfahrensschritts ist somit ein Rußemissionskennwert für den tatsächlich gemessenen Raildruck p_KIst. Die Kennlinie kann etwa auf einem Motorprüfstand empirisch ermittelt werden, indem verschiedene Raildrücke eingestellt werden und die Rußemission der Verbrennungskraftmaschine gemessen wird.To determine a correction factor for the transient influence of rail pressure control deviations, the rail pressure actual value p_K actual in the common rail 28 is measured with the pressure sensor 36 (see Fig. 1 ) recorded. The rail pressure actual value p_K actual is the input value of a characteristic (characteristic_1 in 4 ), which functionally depicts the soot emission or a value correlating therewith from the rail pressure. To illustrate the basic relationship, an example of such a characteristic curve is shown schematically in 5 shown, wherein, according to a preferred embodiment, the soot emission is shown here in the form of a dimensionless normalized soot emission parameter. The output variable of this method step is therefore a soot emission parameter for the actually measured rail pressure p_K actual . The characteristic curve can be determined empirically on an engine test bench, for example, by setting different rail pressures and measuring the soot emissions of the internal combustion engine.

In einem weiteren oder parallelen Verfahrensschritt wird der Raildruck-Sollwert p_KSoll vom Motorsteuergerät 32 eingelesen und auf dieselbe Kennlinie (Kennlinie_1) angewendet, um einen Rußemissionskennwert für den Raildruck-Sollwert p_KSoll zu erhalten.In a further or parallel method step, the rail pressure setpoint p_K setpoint is read by the engine control unit 32 and applied to the same characteristic curve (characteristic curve_1) in order to obtain a soot emission parameter for the rail pressure setpoint p_K setpoint .

Durch Division des für den Raildruck-Istwert p_KIst kennfeldmäßig erhaltenen Rußemissionskennwerts und des für den Raildruck-Sollwert p_KSoll erhaltenen Rußemissionskennwerts wird ein erster Korrekturfaktor (Korrekturfaktor_1) erhalten, der den Raildruck-Regelabweichungen in transienten Betriebssituationen mathematisch Rechnung trägt. Der Korrekturfaktor_1 kann in einfacher Ausgestaltung der Erfindung ohne weitere Modifizierung durch Multiplikation auf die stationäre Rußemission aus Zweig a) in 3 vorzugsweise nach der Berücksichtigung der lambdaabhängigen instationären Rußemission aus Zweig b) angewendet werden und so zu einem korrigierten, instationären Rußmassenstrom führen (nicht dargestellt).A first correction factor (correction factor_1) is obtained by dividing the soot emission characteristic value obtained for the rail pressure actual value p_K Actual and the soot emission characteristic value obtained for the rail pressure target value p_K Soll , which mathematically accounts for the rail pressure control deviations in transient operating situations. In a simple embodiment of the invention, correction factor_1 can be multiplied by multiplication to the steady-state soot emission from branch a) in 3 are preferably applied after considering the lambda-dependent transient soot emission from branch b) and thus lead to a corrected, transient soot mass flow (not shown).

Die Genauigkeit des Verfahrens kann noch weiter verbessert werden, indem ein empirisch ermitteltes Kennfeld (Kennfeld_2 in 4) eingeführt wird, das eine arbeitspunktabhängige Empfindlichkeit (Verstärkung) abbildet. In dieser Ausführung wird in Abhängigkeit des aktuellen Betriebspunktes, insbesondere in Abhängigkeit von der Drehzahl und dem Drehmoment, ein zweiter Korrekturfaktor (Korrekturfaktor_2) aus dem Kennfeld_2 ermittelt, welcher dem Arbeitspunkt der Verbrennungskraftmaschine Rechnung trägt. Durch Multiplikation des Korrekturfaktors_1 und des Korrekturfaktors_2 wird gemäß 5 der Korrekturfaktor erhalten, mit dem die berechnete stationäre Rußemission multipliziert wird. Genau genommen wird nach 4 die Abweichung des Korrekturfaktors_1 von 1 verstärkt gemäß: Korrekturfaktor = ( Korrekturfaktor_1 − 1 ) * Korrekturfaktor_2 + 1

Figure DE102010055641B4_0001
The accuracy of the method can be further improved by using an empirically determined map (map_2 in 4 ) is introduced, which maps an operating point dependent sensitivity (gain). In this embodiment, a second correction factor (correction factor_2) is determined from characteristic map_2 as a function of the current operating point, in particular as a function of the speed and the torque, which takes the operating point of the internal combustion engine into account. By multiplying the correction factor_1 and the correction factor_2, according to 5 obtain the correction factor by which the calculated steady-state soot emission is multiplied. Strictly speaking, after 4 the deviation of correction factor_1 from 1 amplified according to: correction factor = ( correction factor_1 − 1 ) * correction factor_2 + 1
Figure DE102010055641B4_0001

Somit ist in quasi-stationären Betriebszuständen des Motors, in denen der Raildruck-Sollwert ausgeregelt ist (p_KIst = p_KSoll), der Korrekturfaktor identisch 1 unabhängig davon, wie groß der betriebspunktabhängige Korrekturfaktor_2 ist.Thus, in quasi-stationary operating states of the engine in which the rail pressure setpoint is corrected (p_K actual =p_K setpoint ), the correction factor is identical to 1, regardless of how large the operating-point-dependent correction factor_2 is.

Anwendungsexperimente in der Praxis haben gezeigt, dass die oben beschriebene erfindungsgemäße Methode zur Ermittlung der Rußemission eines Motors bzw. einer Beladung eines DPF in Fahrzyklen mit hoher Fahrdynamik eine hohe Genauigkeit liefert, die mit den bekannten Modellfunktionen bislang nicht erreicht werden konnte.Application experiments in practice have shown that the above-described method according to the invention for determining the soot emission of an engine or a loading of a DPF in driving cycles with high driving dynamics provides a high level of accuracy that could not previously be achieved with the known model functions.

BezugszeichenlisteReference List

1010
Verbrennungskraftmaschineinternal combustion engine
1212
Zylindercylinder
1414
Kraftstoffeinspritzsystemfuel injection system
1616
Luftansaugrohrair intake pipe
1818
Stellelement/Drosselklappeactuator/throttle
2020
Abgaskanalexhaust duct
2222
Partikelfilter (DPF)Particulate filter (DPF)
2424
Katalysatorcatalyst
2626
Kraftstoffinjektorfuel injector
2828
Common-Railcommon rail
3030
Hochdruckpumpehigh pressure pump
3232
Motorsteuergerätengine control unit
3434
Lambdasondelambda probe
3636
Drucksensorpressure sensor
3838
Kennfelder/Kennlinien Maps/curves
nn
Motordrehzahlengine speed
LL
Motorlastengine load
λIstλIs
Lambda-IstwertLambda actual value
m_KSollm_KSoll
Kraftstoffmassen-SollwertFuel Mass Target
p_KIstp_Kist
Einspritzdruck-IstwertInjection pressure actual value
p_KSollp_KSoll
Einspritzdruck-SollwertInjection pressure setpoint
p_LSollp_LSoll
Ladedruck-Sollwertboost pressure setpoint

Claims (6)

Verfahren zur Ermittlung einer Rußbeladung eines Partikelfilters (22), welcher in einem Abgasweg einer Verbrennungskraftmaschine (10) angeordnet ist, die eine Kraftstoffeinspritzanlage (14) aufweist, welche Kraftstoff mit einem vorbestimmten Einspritzdruck-Sollwert (p_KSoll) der Verbrennungskraftmaschine (10) zuführt, wobei zur Ermittlung der Rußbeladung in einer instationären Betriebssituation ein Rußeintrag in den Partikelfilter (22) ermittelt wird, indem der Rußeintrag für einen entsprechenden stationären Betriebspunkt bestimmt und dieser so korrigiert wird, dass eine Abweichung des Rußeintrags infolge der instationären Betriebssituation berücksichtigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Abweichung des Rußeintrags infolge der instationären Betriebssituation wenigstens in Abhängigkeit des vorbestimmten Einspritzdruck-Sollwerts (p_KSoll) und eines gemessenen Einspritzdruck-Istwerts (p_KIst) bestimmt wird, wobei jeweils ein Rußemissionswert oder ein hiermit korrelierender Wert in Abhängigkeit des Einspritzdruck-Sollwerts (p_KSoll) und des Einspritzdruck-Istwerts (p_Kst) bestimmt wird und die Rußemissionswerte in die Korrektur einfließen, wobei ein erster Korrekturfaktor aus dem Verhältnis der für den Einspritzdruck-Istwert (p_Kst) und den Einspritzdruck-Sollwert (p_KSoll) bestimmten Rußemissionswerte bestimmt wird und der erste Korrekturfaktor in die Korrektur einfließt, und wobei ein zweiter Korrekturfaktor in Abhängigkeit von der aktuellen Drehzahl und dem aktuellen Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine (10) aus einem Kennfeld ermittelt wird und der zweite Korrekturfaktor in die Korrektur einfließt.Method for determining a soot load of a particle filter (22) which is arranged in an exhaust gas path of an internal combustion engine (10) which has a fuel injection system (14) which supplies fuel with a predetermined injection pressure setpoint (p_K setpoint ) to the internal combustion engine (10), wherein, in order to determine the soot load in a transient operating situation, a soot entry into the particle filter (22) is determined by determining the soot entry for a corresponding stationary operating point and correcting this in such a way that a deviation in the soot entry as a result of the transient operating situation is taken into account, characterized in that that the deviation of the soot entry as a result of the transient operating situation is determined at least as a function of the predetermined injection pressure setpoint (p_K setpoint ) and a measured injection pressure actual value (p_K actual ), with a soot emission value or a value correlating therewith depending on the injection pressure setpoint ( p_K setpoint ) and the actual injection pressure value (p_K st ) is determined and the soot emission values are included in the correction, with a first correction factor being determined from the ratio of the soot emission values determined for the actual injection pressure value (p_K st ) and the injection pressure setpoint value (p_K setpoint ). is determined and the first correction factor is included in the correction, and wherein a second correction factor is determined from a characteristic map as a function of the current speed and the current torque of the internal combustion engine (10) and the second correction factor is included in the correction. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffeinspritzanlage (14) ein Kraftstoffrail (28) aufweist und der Einspritzdruck einem in dem Kraftstoffrail (28) vorliegenden Raildruck entspricht.procedure after claim 1 , characterized in that the fuel injection system (14) has a fuel rail (28) and the injection pressure corresponds to a rail pressure present in the fuel rail (28). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die instationäre Abweichung des Rußeintrags in Abhängigkeit von dem vorbestimmten Einspritzdruck-Sollwert (p_KSoll), dem gemessenen Einspritzdruck-Istwert (p_KIst) sowie einem aktuellen Betriebspunk der Verbrennungskraftmaschine (10) bestimmt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the transient deviation of the soot entry is determined as a function of the predetermined injection pressure setpoint (p_K setpoint ), the measured injection pressure actual value (p_K actual ) and a current operating point of the internal combustion engine (10). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung der Rußemissionswerte beziehungsweise der entsprechenden korrelierenden Werte eine gespeicherte einspritzdruckabhängige Kennlinie verwendet wird.Procedure according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that a stored injection-pressure-dependent characteristic is used to determine the soot emission values or the corresponding correlating values. Steuereinrichtung (32) zur Ermittlung einer Rußbeladung eines Partikelfilters (22), die zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 eingerichtet ist.Control device (32) for determining a soot loading of a particle filter (22) for carrying out a method according to one of Claims 1 until 4 is set up. Steuereinrichtung (32) nach Anspruch 5, umfassend eine gespeicherte einspritzdruckabhängige Kennlinie (38), welche einen Rußemissionswert oder einen korrelierenden Wert, insbesondere einen dimensionslosen Rußemissionskennwert, in Abhängigkeit von dem Einspritzdruck abbildet.Control device (32) after claim 5 , comprising a stored injection-pressure-dependent characteristic (38) which maps a soot emission value or a correlating value, in particular a dimensionless soot emission parameter, as a function of the injection pressure.
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