本发明基于一种用于确定颗粒过滤器的颗粒负荷的方法和设备，所述颗粒过滤器从内燃机的排气中滤除颗粒，其中，基于模型求取第一颗粒负荷，其中，根据输送给所述颗粒过滤器的颗粒的当前量以及从所述颗粒过滤器中去除的颗粒的量来确定所述第一颗粒负荷；进行所述颗粒过滤器之前和之后的压力的测量，并且由所述测量求取第二颗粒负荷，并且使用所述第一颗粒负荷和所述第二颗粒负荷来求取所述颗粒负荷。
背景技术：
已经已知用于确定颗粒过滤器的颗粒负荷的方法和设备，其中，颗粒过滤器从内燃机的排气中滤除颗粒，并且基于模型确定这种颗粒过滤器的负荷。此外，已知基于在颗粒过滤器之前和之后的压力差测量来确定颗粒过滤器的负荷的其他方法。
技术实现要素：
与此相对，根据本发明的方法或根据本发明的设备具有以下优点：实现颗粒过滤器的颗粒负荷的改善的确定。因此，能够以提高的准确度求取颗粒过滤器的颗粒负荷。那么，不仅更好地控制颗粒过滤器的再生，而且还优化内燃机的运行。
由以下构型产生另外的优点和改进。特别有利地，所述模型使用所述内燃机的运行条件和所述颗粒过滤器的运行条件来求取所述第一颗粒负荷。如此，单单基于模型就已经可以取得良好的预测质量。为了确定第二颗粒负荷，应利用内燃机的和颗粒过滤器的有利的运行条件，在所述运行条件中能够实现特别精确的测量。尤其在足够强的体积流量流过颗粒过滤器时，能够实现这种准确的测量。尤其在这种运行状态下，能够实现在颗粒过滤器之前和之后的足够高的压力差，这确保高的测量准确度。此外，当对于一定的持续时间内燃机的和颗粒过滤器的运行条件的变化小时，测量质量变得特别好。通过对于预给定的最小持续时间运行条件变化的预给定的值，可以特别简单地确保这一点。在此，第一颗粒负荷和第二颗粒负荷分别具有期望值和标准差，对于颗粒负荷的形成分别考虑所述期望值和标准差。在此，第二颗粒负荷的标准差尤其取决于内燃机的体积流量或颗粒过滤器的压力差或温度。在此，第一颗粒负荷的标准差尤其取决于被使用用于形成第一颗粒负荷的持续时间。在此，随着持续时间的增加，由模型求取的颗粒负荷变得更加不确定，即，标准差增加。通过使用卡尔曼滤波，可以特别准确地由第一颗粒负荷和第二颗粒负荷确定颗粒负荷。如此确保由从第一和第二颗粒负荷求取的信息的尽可能好的分析处理。
根据一种构型，仅仅在所述内燃机的和所述颗粒过滤器的确定的运行条件下，才进行所述第二颗粒负荷的确定。
根据一种构型，仅仅在所述颗粒过滤器之前和之后的压力差足够大时，才进行所述第二颗粒负荷的确定。
根据一种构型，仅仅当在大于预给定的最小时间的持续时间内所述运行条件的变化小于预给定的值时，才进行所述第二颗粒负荷的确定。
根据一种构型，对于所述第一颗粒负荷和所述第二颗粒负荷，分别确定估计值和所述估计值的标准差，其中，对于颗粒负荷的形成分别考虑所述估计值和所述标准差。
根据一种构型，所述第二颗粒负荷的标准差取决于所述内燃机的体积流量或所述颗粒过滤器之前和之后的压力的压力差或所述颗粒过滤器的温度。
根据一种构型，所述第一颗粒负荷的标准差取决于对于所述模型已经使用的持续时间。
根据一种构型，由所述第一颗粒负荷的和所述第二颗粒负荷的卡尔曼滤波来确定所述颗粒负荷。
附图说明
本发明的实施例在附图中示出，并且在以下描述中更详细地阐述。
图1示意性地示出内燃机，其具有布置在后面的颗粒过滤器；
图2根据期望值和标准差阐述由第一颗粒负荷和第二颗粒负荷形成颗粒负荷。
具体实施方式
图1中示意性地示出内燃机2和用于过滤内燃机2的排气的颗粒过滤器1。内燃机2的排气通过排气中间管5导至颗粒过滤器1，流动通过颗粒过滤器1，然后通过排气管6排放到环境中。在排气中间管5中，在颗粒过滤器之前布置有压力传感器3，在排气管6中、即在颗粒过滤器之后布置有压力传感器4。颗粒传感器1之前的压力传感器3的压力信号和颗粒传感器1之后的压力传感器4的压力信号通过电线7传送到控制设备8。因此，通过比较颗粒传感器1之前的压力传感器3的值与颗粒传感器1之后的压力传感器4的压力值，可以在控制设备1中确定颗粒传感器之前和之后的压力差。
内燃机2在此仅仅示意性地以方框示出。在此涉及普通的汽油或柴油内燃机。出于简化原因，未详细示出内燃机2的细节。此外，同样出于简化原因，在图1中未示出另外的排气处理装置，例如催化过滤器，或用于通过注入尿素来还原nox的系统。同样，未示出排气装置中的另外的传感器，例如温度传感器，通过所述传感器测量颗粒过滤器1的温度。对于颗粒传感器之前的压力传感器3和颗粒传感器1之后的压力传感器4替代地，也可以使用压力差传感器，所述压力差传感器借助连接管路与排气中间管5连接并且与排气管6连接。然后，这种传感器将仅仅测量排气中间管5和排气管6之间的压力差，这同样足以用于确定颗粒过滤器1的流动阻力，并且因此足以确定已经积聚在颗粒过滤器1中的颗粒。
此外，电控制设备8通过电线9与内燃机2连接，即，与内燃机2的传感器或调节环节(stellglieder)连接。因此，控制设备8可以通过读取传感器值来确定内燃机2的运行条件。同样，控制设备8可以通过控制相应的调节环节来影响内燃机2的运行条件。此外，控制设备8也还可以通过未示出的另外的传感器来读取排气系统的传感器值，例如排气系统的温度。替代地，这种传感器(例如温度传感器)也可以布置在压力传感器3或4中，然后通过电线7传送到控制设备8上。
在内燃机2中进行燃烧过程，在燃烧过程中产生颗粒、尤其是碳烟颗粒。这些颗粒不应通过排气管排放到环境中，而是应该完全地抑制在颗粒过滤器1中。为此，颗粒过滤器1由多孔材料制成，该多孔材料允许排气流通过，然而将颗粒从排气流中滤除。因此，在内燃机的运行的时间变化过程中，颗粒在颗粒过滤器1中聚集，由此，颗粒过滤器1的过滤特性发生改变。通过颗粒过滤器1中的颗粒的积聚，尤其颗粒过滤器1的流动阻力会增加，即，随着颗粒过滤器1中的被滤除的颗粒的量的增加，气体穿越通过颗粒过滤器1将越来越受阻。然而，因为颗粒基本上由碳烟组成，所以可以通过所谓的再生过程来实现颗粒过滤器的清洁。为此，如此控制内燃机1的排气，使得排气中仍包含一定的氧气份额，由此，颗粒过滤器1中的温度足够高的前提是，发生颗粒过滤器1中被滤除的碳烟颗粒的氧化。特别有利地，为此可以使用内燃机的运行的推进阶段(schubphase)，因为这样不会增加氮氧化物的形成。在这种再生过程之后，便恢复颗粒过滤器1的原始特性(例如较低的流动阻力)，从而排气可以在很大程度上不受阻碍地流动通过颗粒过滤器1。因为仅仅应不时地执行再生，所以需要准确地确定颗粒过滤器1的颗粒负荷。现在，根据本发明的方法或根据本发明的设备致力于以高准确度求取颗粒1的颗粒负荷。
用于确定颗粒负荷1的可能的第一可能性在于，对颗粒流入颗粒过滤器1进行建模，或对通过再生运行将颗粒从颗粒过滤器1中去除进行建模。这种建模通常在控制设备8中进行，通过线路9以及另外的传感器线路，所述控制设备8不仅观察内燃机2的运行条件，而且观察排气系统的运行条件、尤其颗粒过滤器1的运行条件。根据内燃机的运行条件，可以由控制设备8求取：在内燃机2中根据所述运行条件产生多少颗粒或碳烟颗粒，所述运行条件例如包括所供应的空气、所供应的燃料、调节环节的位置和温度。然后，这些颗粒通过排气管5被传输到颗粒过滤器1，并且在那里以一个分离速率被滤除。此外，即使在内燃机2的正常运行中，也会不时地出现以下运行条件：所述运行条件导致颗粒过滤器1中的碳烟颗粒被氧化并且因此从颗粒过滤器1中去除。通过对流入颗粒过滤器1的颗粒进行时间上的相加或积分以及通过从颗粒过滤器1中去除颗粒，如此可以对颗粒负荷进行建模。
然而，除了建模的实际估计值之外，如此建模的值还具有与估计值的标准差。所述标准差是由内燃机的运行参数确定的不准确性引起的。例如，调节环节如喷油阀或空气调节环节可能遭受制造波动。此外，发动机和微粒过滤器1中的时间温度变化过程或排气中的氧气遭受波动。此外，碳烟颗粒在颗粒过滤器1中的分布可能不是均匀的，而是不均匀的，正如颗粒过滤器中的温度分布一样。因为在此涉及颗粒过滤器1中的流入物在时间上的相加或积分以及从颗粒过滤器1中去除颗粒，所以随着持续时间的增加，模型误差的积分以及由于建模引起的用于颗粒负荷的估计值的标准差也增加。内燃机的不同运行模式(例如催化剂加热(katheizen)或均匀运行，或运行点——如负荷或转速——对标准差具有另外的影响。
用于确定颗粒过滤器1的颗粒负荷的第二方法在于，对颗粒过滤器1之前和之后的压力进行分析处理。随着颗粒过滤器1的负荷的增加，颗粒过滤器的流动阻力发生变化，因为由于所积聚的颗粒的量而减小可用于气体通过的横截面。因此，通过颗粒负荷的增加，颗粒过滤器1的孔隙度减小，这在颗粒过滤器之前和之后的压力的变化方面产生影响。通过分析处理颗粒过滤器1之前和之后的压力或压力差，即，在颗粒过滤器之前的压力减去颗粒过滤器之后的压力，因此能够确定颗粒过滤器1的碳烟颗粒负荷。基于压力测量或压力差测量的估计值或期望值又具有在估计值附近的标准差或方差。标准差尤其取决于通过颗粒过滤器的体积流量或自上一次再生以来的持续时间或上一次再生中减少的碳烟量。
用于根据颗粒过滤器之前和之后的压力差来求取颗粒负荷的第二方法示出与流动通过颗粒过滤器1的体积流量的强烈相关性。如果仅仅非常少量的排气流动通过颗粒过滤器1，则颗粒过滤器1之前和之后的压力差小，因此仅仅能够提供关于颗粒负荷的非常不准确的信息。此外，压力情况在内燃机2的动态运行时显著波动。因此，仅仅当对于确定的最短时间在颗粒过滤器上存在具有小的动态变化的足够高的体积流量时，基于颗粒过滤器1之前和之后的压力差的颗粒负荷的有说服力的值才可用。因此，用于求取颗粒负荷的第二方法不是连续地提供值，而是仅仅当内燃机2的关于排气的体积流量的确定的运行条件和运行参数的较小的波动存在时，才提供值。因此，基于压力差的关于颗粒负荷的陈述仅仅不时地可能。
在图2中，在图2的左边部分中示出曲线21和22，所述曲线表示相对于颗粒负荷(x轴)的概率密度(y轴)。向右绘出颗粒负荷，向上绘出概率密度。
在曲线21中示出由模型求取的第一颗粒负荷的概率分布。最高的概率，即期望值μm(m代表模型)说明颗粒负荷的最可能的值。σm说明曲线21的概率分布的宽度。方差或标准差σm越宽，在期望值μm处的概率密度越小。
相应地，曲线22说明基于根据压力差的测量的第二求取方法的颗粒负荷的概率分布。期望值μd(d代表压力)在此说明最可能的颗粒负荷，标准偏差或方差σd说明第二曲线22的概率分布的宽度。这两个曲线的比较表明，两个曲线分别都涉及通常的高斯分布，即，随着σ的减小，期望值μ处的概率密度增加。
在内燃机的以下运行——其中不能够实现足够的压力差测量——中，仅仅第一曲线21可用。在固定的时间t、t 1、t 2…时更新颗粒负荷的概率分布，其中，分别由模型求取当前值。由下公式给出在时刻t 1时的期望值和方差：
μm,t 1＝μm,t μm,a
σ2m,t 1＝σ2m,t σ2ma
其中，a代表当前建模的值。
如果满足用于颗粒过滤器之前和之后的压力差的成功测量的条件，则可以相应于曲线22确定测量值。这种测量的前提是足够高的压力差，即，足够高的排气体积流量，并且对于足够长的时间不存在运行条件的过大的动态性。因此确保足够高的压力差信号，所述压力差信号也不受排气系统中的动态传播时间效应的影响。基于这种测量，然后可以进行曲线21和22的共同的分析处理，如在图2的右侧所示那样。在图2中，进一步示出箭头31，其示出基于曲线21和22的校正步骤。该校正步骤通常涉及一维卡尔曼滤波，其根据以下公式来计算：
μ＝[σ2m,t 1*μd σ2d*μm；t 1]/(σ2m σ2d)
σ2＝1/[(1/σ2m,t 1) (1/σ2d)]
在图2的右边部分中，示出如此形成的概率分布23，其具有颗粒负荷的期望值μ和方差σ。如可以看出的那样，μ的值、即颗粒负荷的期望值位于值μd和μm之间。此外，方差σ明显小于方差σm和σd，这是因为，已经基于两个颗粒负荷的分析处理，在值μ周围求取到颗粒负荷的增加的概率。因此，通过两个概率分布21和22的分析处理而求取的概率分布23相比原始的分布21和22具有更高的说服力或可靠性。这无异于意味着改善了颗粒负荷确定的质量。通过提高颗粒负荷的质量，可以更好地控制内燃机2的或颗粒过滤器1的取决于颗粒负荷的质量的控制过程，总体上能够实现内燃机的改善的控制质量或颗粒过滤器1的改善的再生质量。
1.一种用于确定颗粒过滤器(1)的颗粒负荷的方法，所述颗粒过滤器从内燃机(2)的排气中滤除颗粒，其特征在于，基于模型求取第一颗粒负荷，其中，根据输送给所述颗粒过滤器(1)的颗粒的当前量以及从所述颗粒过滤器(1)中去除的颗粒的量来确定所述第一颗粒负荷；进行所述颗粒过滤器(1)之前和之后的压力的测量，并且由所述测量求取第二颗粒负荷，并且使用所述第一颗粒负荷和所述第二颗粒负荷来求取所述颗粒负荷。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模型使用所述内燃机(2)的运行条件和所述颗粒过滤器(1)的运行条件来求取所述第一颗粒负荷。
3.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，仅仅在所述内燃机(2)的和所述颗粒过滤器(1)的确定的运行条件下，才进行所述第二颗粒负荷的确定。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，仅仅在所述颗粒过滤器(1)之前和之后的压力差足够大时，才进行所述第二颗粒负荷的确定。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，仅仅当在大于预给定的最小时间的持续时间内所述运行条件的变化小于预给定的值时，才进行所述第二颗粒负荷的确定。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，对于所述第一颗粒负荷和所述第二颗粒负荷，分别确定估计值和所述估计值的标准差，其中，对于颗粒负荷的形成分别考虑所述估计值和所述标准差。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二颗粒负荷的标准差取决于所述内燃机(2)的体积流量或所述颗粒过滤器(1)之前和之后的压力的压力差或所述颗粒过滤器(1)的温度。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述第一颗粒负荷的标准差取决于对于所述模型已经使用的持续时间。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，其特征在于，由所述第一颗粒负荷的和所述第二颗粒负荷的卡尔曼滤波来确定所述颗粒负荷。
10.一种用于确定颗粒过滤器(1)的颗粒负荷的设备，所述颗粒过滤器从内燃机(2)的排气中滤除颗粒，其特征在于，设有一装置，所述装置基于模型、根据输送给所述颗粒过滤器(1)的颗粒的当前量以及从所述颗粒过滤器(1)中去除的颗粒的量来求取所述第一颗粒负荷，所述装置还进行所述颗粒过滤器(1)之前和之后的压力的测量，并且由所述测量求取第二颗粒负荷，并且所述装置使用所述第一颗粒负荷和所述第二颗粒负荷来求取所述颗粒负荷。
技术总结