Moderne Brennkraftmaschinen, insbesondere Benzin-und Diesel- brennkraftmaschinen, werden üblicherweise mit einem Abgasrei- nigungssystem ausgestattet, um die Abgasemissionen zu senken.

Mit zunehmender Verschärfung der zulässigen Emissionsgrenz- werte in allen wichtigen Industrieländern kommen in den Ab- gasreinigungssystemen zunehmend Partikelfilter zum Einsatz.

Insbesondere bei Dieselbrennkraftmaschinen besitzen Partikel- filter Bedeutung, da dort vergleichsweise große Emissionen von Rußpartikeln auftreten können.

Ein Partikelfilter filtert im Abgas enthaltene Partikel, zu- meist Rußpartikel, heraus und speichert diese Partikel ein.

Er enthält typischerweise ein Filterelement, das von dem zu filternden Abgas durchströmt wird. Die Porosität des Filters wird dabei in Abhängigkeit von der Größe der auszufilternden Partikel gewählt. Oberhalb einer bestimmten Größe werden die Partikel in dem Filterelement des Partikelfilters zurück- gehalten. Die Beladung des Partikelfilters mit Partikeln nimmt dadurch stetig zu. In gewissen Abständen muss der Par- tikelfilter gereinigt oder ersetzt werden, um ein Zusetzen ("Verstopfen) des Partikelfilters zu vermeiden. Dies ist notwendig, damit der Partikelfilter seine Funktion bei der Abgasreinigung stets mit einem ausreichenden Wirkungsgrad er- füllen kann.

Der Partikelfilter kann durch einen neuen Partikelfilter aus- getauscht werden, oder der eingesetzte Partikelfilter kann gereinigt werden. Als Reinigungsverfahren kommt eine externe

Reinigung des Filters außerhalb der Brennkraftmaschine in Be- tracht, oder eine Reinigung im laufenden Betrieb, die im Rah- men dieser Erfindung als Regenerierung des Partikelfilters bezeichnet wird.

Die Regenerierung des Partikelfilters kann beispielsweise durch eine Verbrennung der gespeicherten Partikel erfolgen.

Dazu wird der Partikelfilter vorübergehend auf eine Tempera- tur oberhalb der Zündtemperatur der Partikel gebracht. Sobald die Zündtemperatur erreicht ist, erfolgt bei ausreichender Sauerstoffkonzentration im Abgas ein spontaner Abbrand der eingespeicherten Partikel. Da die Zündtemperatur deutlich ü- ber der gewöhnlichen Betriebstemperatur des Partikelfilters liegt, ist dazu typischerweise ein aktives Aufheizen des Par- tikelfilters erforderlich. Beispielsweise erfordert der Ab- brand von Rußpartikeln ohne Zusatz von Additiven eine Zünd- temperatur von mindestens 550 °C. Ein Zusatz von Additiven kann die Zündtemperatur zwar absenken, doch macht dies eine Zugabevorrichtung für die Additive und ein Steuerungsverfah- ren zu dessen Betrieb erforderlich.

Um eine optimale Wirkung des Partikelfilters zu erhalten und die Betriebskosten, die durch die Regeneration des Partikel- filters entstehen, möglichst gering zu halten, wird im Stand der Technik typischerweise eine permanente Überwachung des Partikelfilters durchgeführt. Die Überwachung hat das Ziel, den optimalen Zeitpunkt für einen Regenerierungsvorgang zu bestimmen. Erfolgt die Regenerierung in zu großen Zeitinter- vallen, nimmt der Wirkungsgrad des Partikelfilters besonders zum Ende jedes Zeitintervalls hin stark ab. Die zunehmende "Verstopfung"des Partikelfilters führt zu einer Behinderung des Abgasstroms, die eine Erhöhung des Abgasgegendruckes und somit des Kraftstoffverbrauchs bewirkt. Erfolgt die Regene- rierung dagegen in zu kleinen Zeitintervallen, sind die damit verbundenen Betriebskosten höher als notwendig.

Für die Überwachung des Partikelfilters können Drucksensoren eingesetzt werden, die den Abgasdruck im Abgaskanal stromauf und stromab des Partikelfilters messen. Es sind auch Oberwa- chungsverfahren denkbar, bei denen nur ein einzelner Druck- sensor eingesetzt wird, der direkt die Druckdifferenz des Ab- gases vor und nach dem Partikelfilter misst. In beiden Fällen werden Druckmesssignale einer Steuereinrichtung zugeführt, die daraus die Druckdifferenz zwischen dem Abgasdruck strom- auf und stromab des Partikelfilters bestimmt. Übersteigt die Druckdifferenz einen vorgegebenen Schwellenwert, so werden Maßnahmen zur Regenerierung des Partikelfilters eingeleitet.

Nachteilig an diesem Vorgehen ist allerdings der mit der be- nötigten Sensorik verbundene zusätzliche Material-und Ferti- gungsaufwand. So müssen die Drucksensoren entweder direkt am Abgasrohr montiert werden oder über Rohre mit der Abgasanlage verbunden werden. Dabei ist eine Montage direkt am Abgasrohr problematisch, da der bzw. die Drucksensoren in diesem Fall insbesondere auf hohe Abgastemperaturen, auf Schwingbelas- tung, auf Spritzwasser von außen, sowie auf Steinschlag von außen ausgelegt werden müssen.

Wird ein Differenzdrucksensor eingesetzt, so ist eine Verroh- rung des Sensors mit den entsprechenden Stellen der Abgasan- lage erforderlich.

Es hat sich darüber hinaus herausgestellt, dass Verrohrung und Drucksensoren gegenüber Verstopfungen anfällig sind. Sol- che Verstopfungen können beispielsweise durch die im Abgas enthaltenen Partikel oder andere Verschmutzungen, wie etwa Ölverbrennungsrückstände verursacht werden. Auch Kondenswas- ser mit der einhergehenden Problematik der Eisbildung bei niedrigen Außentemperaturen kann zu einer Verstopfung führen.

Hier setzt die Erfindung an, der die Aufgabe zugrunde liegt, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art so weiterzubil- den, dass die Regenerierungszeitpunkte des Partikelfilters

ohne Rückgriff auf zusätzliche Sensorik bestimmt werden kön- nen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß in einer ersten Variante dadurch gelöst, dass der der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmassenstrom gemessen wird, der bei den aktuellen Be- triebsparametern zu erwartende Luftbedarf der Brennkraftma- schine ermittelt wird und eine Regenerierung des Partikelfil- ters auf Grundlage einer Abweichung zwischen Luftmassenstrom und Luftbedarf eingeleitet wird.

Die Erfindung beruht somit auf dem Gedanken, die Regenerie- rungszeitpunkte nicht anhand des Druckabfalls über dem Parti- kelfilter im Abgaskanal zu bestimmen, sondern einen anderen, mit der zunehmenden Verstopfung des Partikelfilters einherge- henden Effekt auszunutzen. Die erfindungsgemäße Lösung baut auf der Beobachtung auf, dass bei zunehmender Beladung des Partikelfilters der Abgasgegendruck steigt, was zu einer Ver- ringerung der von der Brennkraftmaschine je Arbeitstakt ange- saugten Frischluftmasse führt. Durch diese Verringerung der Frischluftmasse sinkt der Luftmassenstrom im Betrieb der Brennkraftmaschine, und gleichzeitig sinkt die maximale Leis- tung. Ohne die Abgasgegendruck erhöhende Wirkung des Parti- kelfilters wäre ein höherer Luftbedarf der Brennkraftmaschine zu erwarten. Somit kann aus der Abweichung zwischen dem Luft- massenstrom, der der Brennkraftmaschine zugeführt wird, und dem beim aktuellen Betriebspunkt zu erwartenden Luftbedarf direkt auf den Zustand des Partikelfilters geschlossen wer- den. Es wird damit vorteilhaft eine unmittelbare Wirkung der Verstopfung ausgewertet.

Im erfindungsgemäßen Verfahren der ersten Variante wird der Luftbedarf auf Grundlage von Betriebsparametern der Brenn- kraftmaschine, z. B. mittels eines Modells, berechnet, und die Regenerierungszeitpunkte des Partikelfilters werden aufgrund der Abweichung der momentanen Größe des gemessenen Luftmas- senstroms vom berechneten Luftbedarf bestimmt. Erhöht sich

nämlich durch eine zunehmende Belegung des Partikelfilters der Abgasgegendruck, so verringert sich der Luftmassendurch- satz durch die Brennkraftmaschine im Vergleich zu dem Zustand mit einem leeren bzw. frisch regenerierten Partikelfilter zu- nehmend. Dieser Effekt tritt bei selbstansaugenden Brenn- kraftmaschinen auf und ist wegen der Gegendruckempfindlich- keit von Turboladern auch verstärkt bei aufgeladenen Brenn- kraftmaschinen zu beobachten.

Die Ermittlung der Größe des Luftmassenstroms schließt dabei im Rahmen der Erfindung insbesondere sowohl eine direkte Mes- sung des Luftmassenstroms als auch eine Messung einer mit dem Luftmassenstrom zusammenhängenden Größe, aus der der Luftmas- senstrom dann ermittelt werden kann, ein.

Mit Vorteil ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgese- hen, dass die Größe des der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmassenstroms durch eine in einem Ansaugtrakt der Brenn- kraftmaschine angeordnete Luftmassen-Messeinrichtung oder ei- nen in dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine angeordneten Drucksensor ermittelt wird.

In moderne Steuerungen für Brennkraftmaschinen ist in der Re- gel ein Modell zur Lasterfassung integriert, das auf Grundla- ge verschiedener Betriebsparameter der Brennkraftmaschine de- ren Luftbedarf ermittelt. Somit ist für die Bestimmung der Reinigungszeitpunkte nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kein zusätzlicher Aufwand erforderlich, wenn die für die Las- terfassung bereits erfolgende Ermittlung des Luftbedarfs zu- sätzlich zur Überwachung des Zustands des Partikelfilters verwendet werden kann.

In einer zweckmäßigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens der ersten Variante wird der Partikelfilter als verstopft bewertet und ein Regenerierungsvorgang ausgelöst, wenn die Abweichung der momentanen Größe des gemessenen Luft- massenstroms vom aus Betriebsparametern berechneten Luftbe-

darf einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Durch eine solche Bewertung kann die Steuerung besonders einfach gestaltet werden.

Der vorbestimmte Schwellwert kann beispielsweise experimen- tell ermittelt werden. Seine Größe trägt dann vorteilhafter- weise auch der Tatsache Rechnung, dass der nach einem Laster- fassungsmodell berechnete Luftbedarf und der gemessene Luft- massenstrom in der Praxis nicht völlig übereinstimmen. Dabei versteht es sich, dass bei der Berechnung des Luftbedarfs der Brennkraftmaschine auch andere Einflussgrößen als die Parti- kelbeladung des Partikelfilters berücksichtigt und einbezogen werden. Diese Einflussgrößen, beispielsweise der Umgebungs- druck oder Bauteiletoleranzen können das Lasterfassungssystem vertrimmen, und damit zu einer Abweichung des gemessenen Luftmassenstroms vom berechneten Luftbedarf führen, ohne dass eine Reinigung des Partikelfilters erforderlich oder hilf- reich wäre.

Bei den vermehrt zum Einsatz kommenden aufgeladenen Brenn- kraftmaschinen wird der Umgebungsdruck in der Regel mittels eines geeigneten Sensors gemessen, so dass er ohne weiteres im Lasterfassungsmodell berücksichtigt werden kann. Es sind jedoch im Stand der Technik auch Verfahren bekannt, das Las- terfassungsmodell ohne Einsatz eines Umgebungsdrucksensors in geeigneten Betriebszuständen auf den Umgebungsdruck zu adap- tieren. Anpassungen an andere das Lasterfassungsmodell beein- flussende Größen, wie etwa die genannten Bauteiltoleranzen können beispielsweise dadurch erreicht werden, dass in Berei- chen mit einem wohldefinierten Zustand des Partikelfilters, . beispielsweise einem leeren oder frisch regenerierten Filter, eine Adaption des Lasterforschungsmodells durchgeführt wird.

Es versteht sich, dass eine Wechselwirkung besteht zwischen dem Schwellenwert, bei dessen Überschreitung ein Regenerie- rungsvorgang des Partikelfilters ausgelöst wird, und der Ge- nauigkeit, mit der weitere Einflussgrößen bei dem Lasterfas-

sungsmodell berücksichtigt werden. Kompensiert das Lasterfas- sungsmodell etwa nur wenige Einflussgrößen oder stellt es nur eine vergleichsweise grobe Kompensation bereit, so muss der Schwellenwert größer gewählt werden, als bei einer exakten Kompensation zahlreicher Einflussgrößen.

In einer zweiten Variante der Erfindung, die ebenfalls die genannte Aufgabe löst, ist bei einem gattungsgemäßen Verfah- ren vorgesehen, dass der der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmassenstrom gemessen wird, ein Modell zur Ermittlung des beim aktuellen Betriebspunkt zu erwartenden Luftbedarfs an den Luftmassenstrom adaptiert wird und eine Regenerierung des Partikelfilters eingeleitet wird, wenn das Modell nach der Adaption außerhalb vorbestimmter Parameterbereiche liegt.

Erfindungsgemäß wird dann ein Berechnungsschema für den Luft- bedarf der Brennkraftmaschine an den ermittelten, tatsächli- chen Luftmassenstrom adaptiert. Der Partikelfilter wird bei dieser Variante als verstopft gewertet und ein Regenerie- rungsvorgang ausgelöst, wenn das Berechnungsschema durch die Adaption vorbestimmte Parameterbereiche verlässt. Dies ist insbesondere der Fall, wenn das oben genannte Lasterfassungs- modell in Bereiche eines unplausiblen Verhaltens des Modells gelangt. Es kann dann der Schluss gezogen werden, dass die Abweichung des Modells vom plausiblen Verhalten auf eine Ver- stopfung des Partikelfilters zurückzuführen ist.

Für diese Variante gelten die vorstehende Ausführungen zur Wechselwirkung zwischen dem Schwellenwert und der Modellge- nauigkeit sinngemäß. Je mehr Einflussgrößen mit hoher Genau- igkeit in dem Lasterfassungsmodell berücksichtigt werden, desto enger können die Grenzen der Parameterbereiche des Mo- dells gezogen werden, bei deren Verlassen ein Reinigungsvor- gang des Partikelfilters auszulösen ist.

Ist das Gesamtsystem, in dem die Erfindung eingesetzt wird, mit einer Lambda-Sonde ausgestattet, welche das Kraftstoff-

Luft-Gemisch durch Messung des Restsauerstoffgehalts des Ab- gases auf den Wert für stöchiometrische Verbrennung, Lambda = 1, regelt, so können das Signal der Lambda-Sonde und daraus abgeleitete Größen, wie etwa aus der Lambda-Regelung, einer Lambda-Adaption, oder Adaptionsinformationen bezüglich der Einspritzventile, zusätzlich herangezogen werden, um die Luftbedarfberechnung und damit die Einschätzung des Zustands des Partikelfilters zu verbessern. Fehlinterpretationen be- züglich des Zustands des Partikelfilters, wie sie ansonsten z. B. bei einem undichten Saugrohr auftreten können, werden damit wirkungsvoll vermieden.

Der Luftbedarf der Brennkraftmaschine wird mit Vorteil in ei- nem Modell berechnet, das (unadaptiert) von einem leeren oder gereinigten Partikelfilter ausgeht, um einen wohldefinierten und reproduzierbaren Fixpunkt für die Berechnung zu erhalten.

Weiter kann die Berechnung des Luftbedarfs und die Entschei- dung, ob ein Regenerierungsvorgang ausgelöst wird, an allen Betriebspunkten oder nur an einem oder einigen vorbestimmten Betriebspunkten der Brennkraftmaschine erfolgen. Dann kann, im Falle der zweiten Variante der Erfindung, die Berechnung des Luftbedarfs in den restlichen Betriebsbereichen besser an den tatsächlichen gegenwärtigen Zustand des Partikelfilters angepasst werden, welcher im Mittel einen teilweise beladenen Partikelfilter darstellt.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird der Luftbedarf der Brennkraftmaschine zur Bestimmung der Regene- rierungszeitpunkte mit einem Modell berechnet, das einen lee- ren oder gereinigten Partikelfilters zugrunde legt, und zur Steuerung der Brennkraftmaschine wird ein Luftbedarf mit ei- nem Modell berechnet, das einen teilweise beladenen Partikel- filter zugrunde legt. Dadurch kann im Standardbetrieb der Luftbedarf für die Steuerung im Mittel genauer berechnet wer- den, und die Entscheidung, ob ein Regenerierungsvorgang er- forderlich ist, dagegen auf einen exakteren aktuellen Bela- dungszustand des Partikelfilters gestützt werden.

Werden die beiden letztgenannten Vorgehensweisen zusammenge- fasst, so wird der Luftbedarf für die Bestimmung der Regene- rierungszeitpunkte an einem oder einigen vorbestimmten Be- triebspunkten unter Zugrundelegung eines leeren oder gerei- nigten Partikelfilters berechnet, und der Luftbedarf für die Steuerung der Brennkraftmaschine wird an den anderen Be- triebspunkten unter Zugrundelegung eines teilweise beladenen Partikelfilters berechnet. Die ausgewählten Betriebspunkte erlauben dann eine Beurteilung des Zustands des Partikelfil- ters, die restlichen Betriebsbereiche eine realistische Be- rechnung des Luftbedarfs des Motors, etwa für die Steuerung anhand eines Lasterfassungsmodells.

In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird das Be- rechnungsschema für den Luftbedarf der Brennkraftmaschine nach der Durchführung eines Regenerierungsvorgangs des Parti- kelfilters neu angepasst.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beispielhaft noch näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 ein Schema darstellen einer Brennkraftmaschine, bei der das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wird und Fig. 2 ein Flussdiagramm zur Durchführung eines erfindungsge- mäßen Verfahrens.

In Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 10 schematisch dar- stellt. Die Brennkraftmaschine 10 wird von einer Einspritz- vorrichtung 12 mit Kraftstoff 14 versorgt. Verbrennungsluft 16 wird über einen Ansaugtrakt 18 herangeführt. Nach der Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemisches in der Brenn- kraftmaschine 10, auf die im Einzelnen nicht näher eingegan- gen wird, werden Abgase 20 über einen Abgastrakt 22 ausgesto- ßen.

Im Abgastrakt 22 ist ein Partikelfilter 24 angeordnet, der im Abgas 20 enthaltene Partikel, insbesondere Rußpartikel her- ausfiltert, indem er sie einspeichert. Der Partikelfilter 24 wird intermittierend in sog. Regenerationsvorgängen von ange- sammelten Partikeln gereinigt. Dazu wird auf ein von einem Steuergerät 30 ausgegebenes Steuersignal 36 mittels einer Heizvorrichtung die Temperatur des Partikelfilters 24 über die Zündtemperatur der Rußpartikel angehoben. Alternativ kann auch eine Betriebspunktverstellung an der Brennkraftmaschine zur Abgastemperaturerhöhung erfolgen (gestrichelte Linie).

Bei ausreichender Sauerstoffkonzentration im Abgas 20 erfolgt dann ein spontaner Abbrand der im Partikelfilter 24 einge- speicherten Rußpartikel.

Das Steuergerät 30 enthält eine Recheneinheit 32, die auf Ba- sis verschiedener, in Fig. 1 gemeinsam mit 40 bezeichneter Betriebsparameter den Luftbedarf Lcalc der Brennkraftmaschine 10 berechnet. Dazu wird ein Lasterfassungsmodell verwendet.

Solche Modelle, die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, z. B. Drehzahl, Druck im Ansaugtrakt, zugeführte Kraftstoff- masse, Drosselklappenstellung, Betriebstemperatur o. ä., aus- werten und den Luftbedarf, der beim Betriebspunkt zu erwarten ist, ausgegeben, sind dem Fachmann bekannt. Die Betriebspara- meter 40 umfassen beispielsweise den Umgebungsdruck und die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine oder dergleichen.

Das Steuergerät 30 ist mit einem in Ansaugtrakt 18 angeordne- ten Luftmassenstromsensor 26 verbunden, der einen durch den Ansaugtrakt strömenden Ist-Luftmassenstrom misst und ein ent- sprechendes Signal 38 an das Steuergerät 30 liefert. Ein Messwert Lexp für den Ist-Luftmassenstrom wird einerseits der Recheneinheit 32 zugeleitet, um gegebenenfalls das Lasterfas- sungsmodell an die aktuellen Bedingungen anzupassen. Anderer- seits wird er zusammen mit dem errechneten Luftbedarf Lcalc einer Auswerteeinheit 34 zugeführt, die, wie weiter unten ge- nauer beschrieben, auf Grundlage beider Größen entscheidet,

ob ein Regenerierungsvorgang für den Partikelfilter 24 einge- leitet werden soll.

Zur Ermittlung der optimalen Regenerierungszeitpunkte für den Partikelfilter 24 wird zunächst das Lasterfassungssystem für einen leeren bzw. einen frisch gereinigten Partikelfilter 24 durch die Recheneinheit 32 adaptiert und ein Schwellenwert Lthres festgelegt, dessen Bedeutung anhand der nachfolgenden Beschreibung deutlich wird. Im Betrieb der Brennkraftmaschine 10 wird dann das in Fig. 2 als Flussdiagramm dargestellte Verfahren in einem Schritt S10 gestartet.

In einem Schritt S12 berechnet zunächst die Recheneinheit 32 anhand des Lasterfassungsmodells den aktuellen Luftbedarf Lcalc der Brennkraftmaschine 10 für die momentanen Betriebs- parameter 40. In einem Schritt S14 wird aus dem Signal 38 des Luftmassenstromsensors 26 der Ist-Wert Lexp des Luftmassen- stroms im Ansaugtrakt 18 ermittelt und dem Steuergerät 30 zu- geführt.

Die Auswerteeinheit 34 erhält im Steuergerät 30 als Eingangs- größen den berechneten Luftmassenbedarf Lcalc und den gemes- senen Luftmassenstrom Lexp und bestimmt in einem Schritt S16 die betragsmäßige Abweichung beider Werte, AL = i Lcalc-Lexp In einem Schritt S18 wird die Abweichung AL mit einem vorbe- stimmten Schwellenwert Lthres verglichen. Ist die Abweichung kleiner als der Schwellenwert, wird keine Aktion durchge- führt. Das Verfahren kehrt dann zurück zu Schritt S12, in dem es erneut den Luftbedarf für die aktuellen Betriebsparameter errechnet.

Ist die Abweichung AL größer als der Schwellenwert Lthres, so wird der Partikelfilter 24 als verstopft gewertet und es wird in einem Schritt S20 eine Regenerierung des Partikelfil-

ters 24 eingeleitet. Das Verfahren endet dann im Schritt S22.

Die Durchführung der Regenerierung selbst ist im Stand der Technik bekannt und wird daher nicht näher erläutert.

Nachdem die Regenerierung des Partikelfilters 24 erfolgreich beendet wurde, wird eine Anpassung des Lasterfassungsmodells an den neuen Zustand des Partikelfilters 24 vorgenommen. Lie- fert diese Anpassung des Lasterfassungsmodells oder seiner Komponenten ein unplausibles Ergebnis, so wird eine Fehler- meldung ausgegeben. Andernfalls wird das in Fig. 2 darge- stellte Verfahren erneut gestartet.