Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines Partikelfilters gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Bezogen auf Partikelfilter betrifft die DE 198 38 032 AI das Initiieren der Regeneration durch Erhöhen des Abgasgegendrucke im Bereich des Partikelfilters derart, dass während der Regene rationsphase der Durchflussquerschnitt des Partikelfilters tem porär insbesondere getaktet vermindert wird. In Verbindung damit wird der Beladungszustand des Partikelfilters auf Basis ak tuell erfasster motor- und filterspezifischer Parameter ermittelt und es wird unter Berücksichtigung dieser Parameter ein normierter Druckkennwert errechnet. Dieser wird mit einem Grenzwert verglichen und bei Überschreiten dieses Grenzwertes wird die Regeneration eingeleitet. Diese ist in ihrer Dauer au einen vorbestimmten Grenzwert beschränkt und/oder wird dann be endet, wenn der jeweils aktuelle Kennwert für den Beladungszustand unter einen vorgegebenen Grenzwert abfällt.

In ähnlicher Weise wird auch bei der DE 42 30 180 AI ein den Beladungszustand des Partikelfilters kennzeichnender Ist- Kennwert auf Basis von den Abgasvolumenstrom kennzeichnenden filterspezifischen thermodynamischen Größen in Zuordnung zu ge messenen motorspezifischen Größen ermittelt. Dieser Ist- Kennwert wird mit einem insbesondere im Versuch ermittelten

BESTÄTIGUNGSKOPIE Grenzwert verglichen, und es wird spätestens bei Überschreiten dieses Grenzwertes die Regeneration eingeleitet.

Eine weitere Möglichkeit zur Erfassung des Beladungszustandes eines Partikelfilters ist der DE 199 49 502 AI zu entnehmen, bei der der Druckabfall über dem Partikelfilter über einen dimensionslosen Beladungsfaktor in Berücksichtigung normierter Werte für den Filtervordruck bei Leerlauf und unbeladenem Filter, dem Abgasmassenstrom bei Leerlauf und einer vorgegebenen Temperatur erfasst wird. Bei Überschreiten eines Differenzbetrages des jeweiligen aktuellen Beladungswertes zu einem dem unbeladenen Partikelfilter entsprechenden Beladungswert wird ein Regenerationsvorgang ausgelöst.

Bei diesen die Regeneration von Partikelfilter betreffenden Verfahren wird die Beladung des Partikelfilters in ihrer Gesamtheit berücksichtigt, eine Differenzierung zwischen bleibender Beladung durch Aschenrückstände und temporärer, durch Regeneration, wie etwa durch Abbrennen, wieder entfernbaren Rückständen wird nicht vorgenommen.

Über der Lebenszeit eines Filters mit zeitabhängig zunehmender Aschebeladung ist jedoch die Erfassung der Druckdifferenz über dem Partikelfilter hinsichtlich des Rußanteiles des beladenen Partikelfilters kaum noch aussagefähig.

Ausgehend hiervon sieht die EP 1 387 051 Bl vor, in Berücksichtigung der jeweiligen Aschebeladung die aktuelle Rußbeladung zu ermitteln und in Abhängigkeit von dieser die Regeneration durchzuführen, wobei die Aschebeladung primär in Berücksichtigung des Ölverbrauches der jeweils mit dem Partikelfilter verbunden Brennkraftmaschine ermittelt wird. Im Falle der DE 10 2004 055 605 AI wird aus einer Druckdifferenz über dem Partikelfilter ein Beladungswert für eine Rußbeladung des Partikelfilters bestimmt. Hierbei wird eine Änderung der Druckdifferenz über dem Partikelfilter aufgrund der abgelagerten Aschenmenge rechnerisch anhand eines Modells bestimmt. Hierzu wird davon ausgegangen, dass die im Partikelfilter akkumulierte Aschenmenge in einem Ablagerungszustand vorliegt, bei dem sich aufgrund der Konsistenz der abgelagerten Aschenmenge eine maximale Erhöhung der Druckdifferenz über dem Partikelfilter ergibt .

Für die Erfassung der Aschenbeladung, in deren Berücksichtigung ausgehend vom Druckabfall über dem Partikelfilter die aktuelle Rußbelegung bestimmt wird, in Abhängigkeit von der die Regeneration eingeleitet werden muss, gehen zum Beispiel die DE 101 54 261 AI und die DE 102 23 427 AI davon aus, dass die unmittelbar nach der Regeneration gemessene Druckdifferenz über dem Partikelfilter ein Maß für angesammelte Aschenmenge ist.

Dies wird gemäß der US 5 287 698 genutzt für die Bewertung der Druckdifferenz über dem Partikelfilter im Hinblick auf dessen aktuelle Rußbelegung und damit verbunden die Einleitung der Regeneration in Abhängigkeit von dieser.

Grundsätzlich sind damit zwar Möglichkeiten der Differenzierung zwischen Ruß- und Aschebelegung und einer an der Rußbelegung orientierten Regenerierung des Partikelfilters gegeben, diese sind aber mit einem erheblichen Steuer- und/oder Regelaufwand verbunden .

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die zwischen aufeinander folgenden Regenerierungen liegenden Arbeitsintervalle in praxisbezogener einfacher Weise im Hinblick auf eine möglichst vollständige Nutzung der Rußaufnahmekapazität des Partikelfilters festzulegen.

Gemäß der Erfindung wird dies mit den Merkmalen des Anspruches 1 erreicht. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige Weiterbildungen des im Anspruch 1 umrissenen Verfahrens, die teilweise auch eigenständig schutzfähig sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird, bezogen auf einen jeweiligen Filter - entsprechend auch für baugleiche Filter -, bezogen auf die Rußbeladung ein normierter Differenzdruck über dem Filter festgelegt, und zwar als Schwell- oder Grenzwert, bei dem ein Arbeitsintervall durch Regeneration zu beenden wäre .

Dieser Schwellwert dient über einem jeweiligen Arbeitsintervall der Festlegung eines Auslöselimits in Form einer Auslöse- Druckdifferenz Ap _Ausl unter Berücksichtigung der jeweiligen Aschenbeladung, indem die am Ende des Regenerationsabschnittes des jeweils vorhergehenden Arbeitsintervalls durch den Aschenrückstand im Filter gegebene Aschendruckdifferenz Ap _Asch zur normierten Beladungsdruckdifferenz Ap _norm addiert wird. Die Aus- löse-Druckdifferenz Ap _Ausl am Ende eines jeweiligen Arbeitsintervalls berücksichtigt somit die innerhalb dieses Arbeitsintervalls eingetretenen Veränderungen in der Beladung mit

Aschen, so dass sich für die Beladung mit Ruß, bezogen auf die Auslöse-Druckdifferenz Ap _Aus i ein variabler Anteil ergibt, der mit zunehmender Aschenbeladung zwar kleiner wird, aber die volle Ausnutzung der Beladungskapazität des Partikelfilters mit Ruß in Verbindung mit einer entsprechenden Verkürzung des jeweiligen Arbeitsintervalls bei zunehmender Aschenbeladung ermöglicht . Dies in Verbindung damit, dass, bezogen auf ein jeweiliges Arbeitsintervall, die Regeneration bei Überschreiten des Auslöselimits durch die der Veränderung der tatsächlichen Ruß- und Aschenbeladung innerhalb dieses Arbeitsintervalls entsprechende Druckdifferenz über dem Partikelfilter eingeleitet wird.

Da die als Auslöselimit dienende Auslöse-Druckdifferenz Ap _Aus i durch die normierte Beladungsdifferenz Ap _nor m und die am Ende einer jeweiligen Regeneration gegebene Aschendruckdifferenz

Ap _A sch bestimmt ist und wie die den Veränderungen der Beladung mit Ruß und Aschen innerhalb eines Arbeitsintervalls entsprechende Druckdifferenz als Druckveränderung über dem Partikelfilter messtechnisch einfach erfasst werden kann, ist der für das erfindungsgemäße Verfahren zu betreibende Mess- und Rechenaufwand vergleichsweise gering und gut zu beherrschen. Zudem ermöglicht ein entsprechender Grundaufbau auch in einfacher Weise eine entsprechende Funktionsüberwachung des Partikelfilters hinsichtlich der maximal zulässigen Aschenbeladung, indem ein einer vorgegebenen Aschendruckdifferenz am Ende einer Regeneration entsprechendes Aschenlimit vorgegeben wird, bei dessen Überschreiten auch ein entsprechendes Wartungs- und oder Warnsignal ausgelöst wird.

In Kenntnis des über dem Partikelfilter auch in dessen unbela- denem Neuzustand sich ergebenden Druckabfalls kann der Filter weiterhin auf „Vorhandensein" oder „Defekt", etwa bei einem Filterdurchbruch, überwacht werden, beispielsweise im Hinblick auf davon abhängige Betriebsgenehmigungen. Entsprechendes gilt für die Überwachung hinsichtlich oberer Grenzwerte für den Druckabfall über dem Filter, die die Verstopfung des Filters signalisieren und dadurch bedingt gewisse Betriebsmodi der Brennkraftmaschine und/oder benutzerseitige Eingriffe, so beispielsweise eine benutzerseitige Einleitung der Regeneration, erfordern . In Abhängigkeit von den sehr unterschiedlichen Einsatzbedingungen für Partikelfilter, beispielsweise bei deren Einsatz in Verbindung mit insbesondere Diesel-Brennkraftmaschinen in

Kraftfahrzeugen, können sich auch längere Betriebsabschnitte, beispielsweise bei langen Autobahnfahrten, ergeben, in denen sich nur ein vergleichsweise geringer Rußanfall ergibt, so dass die rußabhängig über der Zeit anfallende Druckdifferenz über dem Partikelfilter in Verbindung mit dem vorgeschilderten erfindungsgemäßen Verfahren zu sehr langen und für die Funktion des Filters und/oder dessen Regenerierbarkeit nicht mehr zu vertretenden Arbeitsintervallen führen würde. Letzteres gilt auch für noch neue und/oder gereinigte Filter, solange diese keine oder nur eine geringe Aschenbeladung aufweisen. Im Hin ^¬ blick auf solche Sachverhalte erweist es sich als zweckmäßig, wenn für die Dauer eines jeweiligen Arbeitsintervalles ein Zeitlimit vorgegeben wird, spätestens mit dessen Ablauf unabhängig davon, ob die Auslöse-Druckdifferenz Ap _AU si erreicht ist, die Regeneration eingeleitet wird.

Die Festlegung einer normierten Rußbeladungsdruckdifferenz

Apnorm erfolgt zweckmäßigerweise im Rahmen der Erfindung unter Berücksichtigung und auf Basis von Betriebswerten, die insbesondere auch im PrüfStandsbetrieb einfach nachzufahren und zu erfassen sind, wobei eine erfindungsgemäß bevorzugte, normierte Beladungsdruckdifferenz Ap _norm mittels der Formel

Ahg,rnf Abg,ref POjsl

Ap _r = Δρist

"'Ahgjsi ) Ahgjst ) ermittelt wird und die in der Formel benutzten Werte für den Abgasmassenstrom m , die Abgastemperatur T und den Abgasdruck p bevorzugt jeweils gleichen, beliebig wählbaren Betriebspunkten der Brennkraftmaschine zugeordnet sind, womit sich die Beladungsdruckdifferenz Apnorm als ein in Berücksichtigung von Betriebsparametern, insbesondere den vorgenannten Betriebsparametern korrigierter Wert der der tatsächlichen Rußbelaldung entsprechenden Beladungsdruckdifferenz Ap _ist darstellt.

Im Hinblick auf unterschiedliche Filtermaterialien, Filterbe- schichtungen und/oder andere filterspezifische Werte, auch hinsichtlich der konstruktiven Auslegung des Partikelfilters, kann es zweckmäßig sein, solche Besonderheiten zur Ermittlung von Apnorm über einen insbesondere versuchstechnisch festzulegenden Korrekturfaktor zu berücksichtigen.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Diese zeigen in

Fig. 1 in schematisierter Darstellung ein Beispiel für die Anordnung eines Partikelfilters in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Diesel- Brennkraftmaschine, und veranschaulichen in

Fig. 2 in einer schematisierten Übersicht die Renerationssteuerung des Partikelfilters nach dem erfindungsgemäßen Verfahren .

In der Schemadarstellung .gemäß Fig. 1 ist mit 1 eine Brennkraftmaschine, insbesondere eine Diesel-Brennkraftmaschine, bezeichnet, der zur Versorgung mit Kraftstoff eine Einspritzpumpe 2 zugeordnet ist und in deren Abgasstrang 3 ein Partikelfilter 4 angeordnet ist, über den im Abgas enthaltene brennbare und nicht brennbare Rückstände insbesondere in Form von Ruß und Aschen aus dem Abgasstrom herausgefiltert werden. Im Hinblick auf die Regeneration des Partikelfilters 4 durch Abbrennen des Rußes und die Steuerung dieses Regenerationsprozesses ist eine Steuereinheit 5 vorgesehen, über die in Abhängigkeit vom Beladungsgrad sowie von der Art der Beladung des Partikelfilters 4 dessen Regeneration ausgelöst wird und gegebenenfalls auch auf den Verlauf der Regeneration Einfluss genommen werden kann.

Dies durch entsprechenden Eingriff in die Motorsteuerung, symbolisiert durch die Verbindung der Steuereinheit 5 mit der Einspritzpumpe 2 sowie eine Verbindung zu einer im Abgasstrang 3 nachgeordnet zum Partikelfilter 4 vorgesehenen Drosselklappe 6, über die der Abgasgegendruck und damit auch die Abgastemperatur beeinflusst werden kann. Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, die Regeneration in anderer Weise, gegebenenfalls auch ergänzend zum Eingriff auf die Motorsteuerung einzuleiten, etwa durch Ansteuerung eines Brenners zur aktiven Regeneration über die Steuereinheit oder durch Einwirken der Steuereinheit 5 auf einen HC-Doser.

Bezogen auf für die Regeneration insbesondere wesentliche Einflussgrößen werden als Parameter der Abgasmassenstrom m , die Temperatur T im Abgasstrang 3, der Abgasdruck p ₀ stromauf des Partikelfilters 4 und die Abgasdruckdifferenz Δρ über dem Partikelfilter 4 erfasst. Hierzu sind symbolisch angedeutet ein Messgerät 7 für die Abgasmasse, ein Temperatursensor 8 sowie Drucksensoren 9 und 10, von denen der Drucksensor 9 stromauf und der Drucksensor 10 stromab des Partikelfilters 4 liegt. Der Abgasmassenstrom kann indirekt mit hinreichender Genauigkeit auch anderweitig erfasst werden, beispielsweise in Abhängigkeit vom angesaugten Luftvolumen, gegebenenfalls in Berücksichtigung der jeweiligen Einspritzmenge. Grundsätzlich ist auch eine indirekte Ermittlung des Abgasmassenstromes aus dem gemessenen Abgasvolumenstrom möglich. In Berücksichtigung der genannten Parameter Abgasmassenstrom m , Abgastemperatur T und Abgasdruck p stromauf des Partikelfilters 4 lässt sich gemäß der Formel

Δρ _Γ = Δριst

die normierte Rußbeladungsdruckdifferenz Ap _nor m festlegen. Diese bildet eine Richtgröße und ist mitbestimmend für das Auslöselimit für die ein jeweiliges Arbeitsintervall beendende Regeneration. Das Auslöselimit ist dabei durch die Druckdifferenz Ap _Ausl vorgegeben, die sich aus der Summe der durch die Aschenbeladung am Ende des Regenerationsabschnittes des vorhergehenden Ar- beitsintervalles gegebenen Aschendruckdifferenz Ap _Äsch und der normierten Betriebsparameter berücksichtigenden Beladungsdruckdifferenz Apnorm für Ruß ergibt.

Einen entsprechenden Verfahrensablauf für die Regenerations- Steuerung des Partikelfilters 4 veranschaulicht Fig. 2, in der entsprechende Druckdifferenzen Δρ über der Zeit aufgetragen sind .

Der Partikelfilter 4 als solcher hat schon im Neuzustand einen gewissen Strömungswiderstand im Abgasstrang 9 zur Folge und es ergibt sich damit eine Druckdifferenz Δρ _Γ als Ausgangswert (Linie 12) . Durch Kontrolle dieses Wertes lässt sich unter anderem auch feststellen, ob der Partikelfilter 4 defekt, beispielsweise durchgebrannt ist, da sich dann eine geringere Druckdifferenz einstellt. Wird also diese Druckdifferenz unterschritten, so ist dies nicht nur ein Indiz für einen defekten Filter, sondern auch ein Hinweis darauf, dass der Partikelfilter 4 möglicherweise ausgebaut und das Fahrzeug damit ohne Betriebserlaub- nis ist. Ein entsprechend niedriger Differenzdruck: - entsprechend der Linie 16 - kann somit als entsprechender Hinweis genutzt und zum Beispiel in ein Sperrsignal für die Brennkraftmaschine umgesetzt werden.

Im Betrieb ergibt sich eine Beladung des Filters 4 mit Ruß und Aschen und innerhalb eines jeden Arbeitsintervalles - solche Arbeitsintervalle sind als A bis E in Fig. 2 veranschaulicht - stellt sich, entsprechend der zunehmenden Beladung mit Ruß und Aschen, eine größer werdende tatsächliche Druckdifferenz Ap _ta ts als Summe der aus der Aschenbeladung resultierenden Aschenbeladungsdruckdifferenz Ap _Asch und der der gegebenen Rußbeladung entsprechenden Rußbeladungsdruckdifferenz Api _st ein. Gegen das Ende eines jeweiligen Arbeitsintervalls, in Fig. 2 der Arbeitsintervalle A bis D, erfolgt eine Regeneration durch Abbrennen des Rußes. Die entsprechenden Regenerationsabschnitte als Teile der Arbeitsintervalle sind mit A' bis D' bezeichnet. Am Ende eines jeweiligen Regenerationsabschnittes A' bis D' liegt eine gegenüber der Druckdifferenz Ap _F um den Betrag Ap _AsCh vergrößerte Druckdifferenz vor, entsprechend dem nach der Regeneration im Partikelfilter 4 verbliebenen Aschenrückstand. Die über der Zeit mit der Anzahl der Regenerationen wachsende Aschenbeladung des Partikelfilters ist in Fig. 2 durch die Aschenbeladungskurve 11 veranschaulicht.

Eingeleitet wird für die jeweiligen Arbeitsintervalle A bis D die Regeneration im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 für die Arbeitsintervalle A und B zeitabhängig, und für die Arbeitsintervalle C und D differenzdruckabhängig . Die zeitabhängige, bezogen auf die Arbeitsintervalle A und B veranschaulichte Auslösung der Regeneration erfolgt, wenn innerhalb eines festgesetzten Zeitlimits t _reg eines Arbeitsintervalles A bis D die Regene ^¬ ration nicht druckabhängig eingeleitet ist. Die druckabhängige Einleitung der Regeneration ist davon abhängig, ob innerhalb des Zeitlimits t _reg eines jeweiligen Arbeitsintervalls die tatsächliche, auf der der Druckdifferenz Ap _F über dem Partikelfilter 4 entsprechenden Linie 12 aufsetzende Druckdifferenz Ap _ta ts größer wird als ein Schwellwert, der, ebenfalls in Berücksichtigung der der Aschenbeladung, durch die Summe der aus der Aschenbeladung resultierenden Aschenbeladungsdruckdifferenz Ap _Äsch und der normierten Rußbeladungsdruckdifferenz Apnorm vorgegeben ist. Sowohl die normierte Rußbeladungsdruckdifferenz Ap _norm wie auch die gegebene Rußbeladungsdruckdifferenz Apist setzen also auf der Aschenbeladungskurve 11 auf. Da die normierte Beladungsdruckdifferenz Ap _norm für ein jeweiliges Arbeitsintervall aufsetzend auf der Aschenbeladungskurve 11 beginnt, ist für die Arbeitsintervalle - in Fig. 2 die Intervalle B bis E - ein Auslöselimit als Schwellwert gegeben, das sich in der Summe aus der für alle Intervalle in gleicher Weise normierten Druckdifferenz Ap _norm und der der jeweiligen Aschenbeladung des Partikelfilters 4 zu Beginn des Arbeitsintervalls entsprechenden Aschendruckdifferenz Ap _ÄSC h ergibt.

Während bezogen auf die Arbeitsintervalle A und B bei gleichbleibendem Zeitlimit t _reg die Regeneration zeitabhängig eingeleitet wird, ist bezogen auf das Arbeitsintervall C die diffe- renzdruckabhängige Einleitung der Regeneration veranschaulicht, und zwar zeitlich gesehen im Bereich und nach Überschreiten der für das Arbeitsintervall C maßgeblichen, durch die Summe der Aschendruckdifferenz Ap _Asch zu Beginn dieses Arbeitsintervalls und der normierten Druckdifferenz Ap _nor m gegebenen Druckdifferenz als Schwellwert und Auslöselimit, entsprechend der Auslösedruckdifferenz Ap _A us _l -

Grundsätzlich können auf das Arbeitsintervall C gemäß Fig. 2 mehrere, insbesondere in der Praxis auch viele Arbeitsinterval- le folgen, in denen, wie für das Arbeitsintervall D veranschau- licht, eine differenzdruckabhängig eingeleitete Regeneration und/oder eine durch das vorgegebene Zeitlimit eingeleitete Regeneration gemäß Arbeitsintervallen A und B erfolgt. Über der Summe der Arbeitsintervalle ergibt sich aber grundsätzlich, wie auch aus Fig. 2 ersichtlich, eine wachsende Aschenbeladung und es wird dementsprechend auch ein Zeitpunkt erreicht, ab dem die Arbeitsintervalle zumindest für einen wirtschaftlichen Betrieb nicht mehr lang genug sind und dementsprechend eine Reinigung oder ein Austausch des Partikelfilters 4 stattfinden muss.

Eine entsprechende, kritische Aschenbeladung des Filters 4, und eine dieser Beladung entsprechende Aschendruckdifferenz Ap _Asch ist in Fig. 2 durch die Aschenlimitlinie 13 veranschaulicht. Diese zeigt bezogen auf das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2, dass während des Arbeitsintervalls D die Aschenbeladung auf einen Wert angewachsen ist, der über dem Aschenlimit gemäß Linie 13 liegt, so dass, wie für das Arbeitsintervall E angedeutet, nur noch ein auf Reinigung und/oder Austausch des Filters auslaufender Betrieb mit Nutzung der durch die letzte Regeneration frei gewordenen Speicherkapazitäten sinnvoll möglich ist.

Sollte dennoch eine nochmalige Regeneration nötig oder gewünscht sein, so kann diese auf manuelle Anforderung bei einem durch die Linie 14 symbolisierten oberhalb der üblichen Betriebsbereiche liegenden Differenzdruckniveau eingeleitet werden, so dass ein Notprogramm zur Verfügung steht.

Ergeben sich Sonderumstände, wie etwa Filterverstopfungen, die Differenzdrücke Δρ über dem Partikelfilter 4 zur Folge haben, welche zur Zerstörung des Filters und/oder zu Schäden an der Brennkraftmaschine führen können, so wird bei Erreichen solcher Differenzdrücke, wie sie durch die Linie 15 angedeutet sind, ein Notalarm ausgelöst und/oder derart in die Steuerung der Brennkraftmaschine eingegriffen, dass diese allenfalls noch in einem Notbetrieb laufen kann .

Bezugszeichenliste

Brennkraftmaschine

Einspritzpumpe

Abgasstrang

Partikelfilter

Steuereinheit

Drosselklappe

Messgerät (für Abgasmasse)

Temperatursensor

Drucksensor

Drucksensor

Aschenbeladungskurve

Linie (Druckdifferenz über rückstandsfreien Partikelfilter)

Linie (Aschenlimit)

Linie (manuelle Regenerations-Anforderung) Linie (Notalarm)

Linie (Nachweis Partikelfilter vorhanden)

Druckdifferenzen t _reg Zeitlimit Anforderung Regeneration

A ) A' )

B ) B' )

C ) Arbeitsintervalle C ) Regenerationsabschnitte

D ) D' )

E ) E' )