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    • 专利摘要:
    Eswird ein Verfahren beschrieben zum Steuern der Regenerierung einesPartikelfilters anhand mindestens eines Sensors wie zum Beispieleines Differenzdrucksensors. Die Verschlechterung des Sensors wirddann auf viele verschiedene Arten erfasst. Eine Methode nutzt densich langsam änderndenStrömungswiderstanddes Filters im Vergleich zu den durch wechselnde Motorzustände verursachtenschnelleren Änderungenim Durchsatz. Standardmaßnahmenwerden dann ergriffen, wenn ein schlecht gewordener Sensor erfasstwird.
    公开号:DE102004017521A1
    申请号:DE102004017521
    申请日:2004-04-08
    公开日:2004-11-25
    发明作者:Michiel J. van；Ann Arbor Nieuwstadt
    申请人:Ford Global Technologies LLC；
    IPC主号:G01L27-00
    专利说明:
    [0001] BeiDieselmotoren könnenPartikelfilter zur Verringerung von Rußemissionen verwendet werden.Diese Filter halten Partikel zurück,die in den durch den Filter strömendenAbgasen enthalten sind. Wenn die Filter mit Ruß voll werden, werden sie inregelmäßigen Abständen regeneriert,indem die Abgastemperatur bis zu dem Punkt erhöht wird, wo der Ruß verbranntwird. Auf diese Weise ist der Filter wieder in der Lage, den Ruß zurückzuhalten,und die Rußemissionenwerden insgesamt verringert.
    [0002] DieRegenerierung des Partikelfilters kann anhand des über demFilter gemessenen Druckunterschiedes gemessen werden. Je mehr Ruß sich ansammelt,umso größer istder gemessene Druckunterschied. Siehe zum Beispiel die veröffentlichteUS-Patentanmeldung Nr. 2002/0,136,936. Außerdem kann eine Verschlechterungdes Partikelfilters übereinen solchen Differenzdrucksensor ermittelt werden.
    [0003] DieErfinder der vorliegenden Erfindung haben einen Nachteil bei solchenSystemen erkannt. Wenn die Qualität des zum Steuern der Regenerierungverwendeten Drucksensors nachlässt,kann dies insbesondere dazu führen,dass der Partikelfilter zu häufigoder zu selten regeneriert wird. Wenn er zu häufig regeneriert wird (aufgrundeines irrtümlichhohen Messwertes), kann dies zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch führen, daunnötigerweiseEnergie verbraucht wird, was die Abgastemperaturen erhöht. Ebensokann ein zu seltenes Regenerieren (aufgrund eines irrtümlich niedrigenMesswertes) zu einer Beeinträchtigungdes Fahrverhaltens führen.Ferner kann der Ausgang eines schlechten Sensors zu der irrtümlichen Feststellungführen,dass der Partikelfilter selbst schlecht geworden ist, was zu Kostenfür einenAustauschfilter führt,wenn vielleicht gar kein Auswechseln des Filters erforderlich ist.
    [0004] Ineiner Ausgestaltung der Erfindung werden die obigen Nachteile überwundendurch ein System für einFahrzeug, das einen Motor mit einer Abgasanlage hat, wobei das Systemfolgendes umfasst: einen Drucksensor, der in den Motorauslasseingebaut ist; einen Partikelfilter, der in den Motorauslasseingebaut ist; und ein Computerspeichermedium mit einem darincodierten Computerprogramm zum Ermitteln der Verschlechterung desAbgasdrucksensors, wobei das Computerspeichermedium Folgendes umfasst: – einenCode zum Ermitteln einer erwarteten Sensorantwort; – einenCode zum Messen einer Signalantwort von dem Abgasdrucksensor während mindestenseines ausgewähltenBetriebszustandes des Motors; und – einenCode zum Ermitteln der Verschlechterung des Abgasdrucksensors anhandmindestens der erwarteten Sensorantwort und der Signalantwort.
    [0005] Aufdiese Weise ist es möglich,den Betrieb mit einem schlechter gewordenen Drucksensor zu verringern,der dazu führt,dass der Partikelfilter zu häufigoder zu selten regeneriert wird.
    [0006] Ineiner weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die obigen Nachteile überwundendurch ein System fürein Fahrzeug, das einen Motor mit einer Abgasanlage hat, wobei dasSystem Folgendes umfasst: einen Drucksensor, der in den Motorauslasseingebaut ist; einen Partikelfilter, der in den Motorauslasseingebaut ist; und ein Computerspeichermedium mit einem darin codiertenComputerprogramm zum Ermitteln der Verschlechterung des Abgasdrucksensors,wobei das Computerspeichermedium Folgendes umfasst: – einenCode zum Ermitteln mindestens eines Parameters anhand mindestenszweier Strömungsbedingungen; – einenCode zum Messen eines Signals von dem Abgasdrucksensor; und – einenCode zum Ermitteln der Verschlechterung des Abgasdrucksensors anhandmindestens des Parameters und des Signals.
    [0007] Indemman den Drucksensor anhand der Strömungsbedingungen überwacht,kann das Wissen, dass die Rußbildungein relativ langsamer Prozess ist, eingesetzt werden. Daher istes möglich,die erwarteten Druckänderungeninfolge einer Änderungim Durchsatz mit den tatsächlichenMesswerten zu koordinieren, um die Verschlechterung des Sensorszu ermitteln. In einem Beispiel wird zum Beispiel eine Schätzung derSensorkennwerte anhand der Reaktionen des Drucksensors auf Änderungenim Durchsatz (unter Bedingungen, in denen die Rußbildung relativ unverändert ist)vorgenommen. Dann könnendiese geschätztenSensorkennwerte mit einem erwarteten Sensorkennwert verglichen werden,um die Verschlechterung des Sensors zu erfassen. Auf diese Weisewird das zu häufigeoder zu seltene Regenerieren verringert.
    [0008] Innoch einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die obigenNachteile überwundendurch ein System fürein Fahrzeug, das einen Motor mit einer Abgasanlage hat, wobei dasSystem Folgendes umfasst: einen Partikelfilter, der in denMotorauslass eingebaut ist; einen Sensor, der in den Motorauslasseingebaut ist; und ein Computerspeichermedium mit einem darincodierten Computerprogramm, wobei das Computerspeichermedium Folgendesumfasst: – einenCode zum Regenerieren des Partikelfilters anhand des Sensors; und – einenCode zum Ermitteln der Verschlechterung des Sensors anhand einesBetriebsparameters.
    [0009] Essei angemerkt, dass verschiedene Arten von Sensoren in dem Auslassverwendet werden könnten, wiezum Beispiel: ein Drucksensor, ein Differenzdrucksensor, ein Absolutdrucksensor,ein Luftmassensensor, ein Luft-Kraftstoff-Sensor, ein Temperatursensor,oder verschiedene andere.
    [0010] Gemäß der vorliegendenErfindung ist es also möglich,einen Sensor zu überwachen,dessen Verschlechterung dazu führenkann, dass die Emissionen überden Wert einer gültigengesetzlichen Vorschrift ansteigen.
    [0011] Diehierin beschriebenen Vorteile werden besser verständlich durchdie Lektürevon Beispielen einer Ausführungsform,bei der die Erfindung in vorteilhafter Weise verwendet wird, anhandder Zeichnungen; darin zeigen:
    [0012] 1A und 1B schematische Darstellungen eines Motors,bei dem die Erfindung in vorteilhafter Weise verwendet wird;
    [0013] 1C–1E schematischeDarstellungen von beispielhaften Ausführungsformen eines Abgasreinigungssystemsgemäß der vorliegendenErfindung;
    [0014] 2-4 Steuerroutinen gemäß Ausgestaltungen der Erfindung;
    [0015] 5-6 eine Simulation der Drucksensorüberwachunggemäß einerAusgestaltung der Erfindung;
    [0016] 7 eine beispielhafte Routinefür dieRegenerierung des SCR-Katalysators gemäß der vorliegenden Erfindung;
    [0017] 8 ein Beispiel für eine beider Routine von 7 verwendeteFunktion; und
    [0018] 9 eine beispielhafte Routinefür dieRegenerierung des Partikelfilters gemäß der vorliegenden Erfindung.
    [0019] DerVerbrennungsmotor 10 mit mehreren Zylindern, von denenein Zylinder in 1A dargestelltist, wird durch das elektronische Motorsteuergerät 12 gesteuert. DerMotor 10 umfasst einen Brennraum 30 und Zylinderwände 32,wobei der Kolben 36 darin angeordnet und mit der Kurbelwelle 40 verbundenist. Gemäß der Zeichnungsteht der Brennraum 30 mit dem Ansaugkrümmer 44 und dem Auspuffkrümmer 48 über das Einlassventil 52 bzw.das Auslassventil 54 in Verbindung. Der Ansaugkrümmer 44 istaußerdemmit einem Kraftstoffeinspritzventil 80 dargestellt, dasmit ihm verbunden ist, um flüssigenKraftstoff proportional zur Impulsbreite des Signals FPW von demSteuergerät 12 zuzuführen. Sowohldie durch das Signal FPW gesteuerte Kraftstoffmenge als auch derEinspritzzeitpunkt sind einstellbar. Kraftstoff wird dem Kraftstoffeinspritzventil 80 durchein Kraftstoffsystem (nicht dargestellt) zugeführt, das einen Kraftstofftank,eine Kraftstoffpumpe und ein Kraftstoff-Verteilerrohr umfasst. Beidem Motor 10 wird hauptsächlich mit einer Verbrennungmittels Selbstzündunggearbeitet.
    [0020] DasSteuergerät 12 istin 1A als herkömmlicherMikrocomputer dargestellt, der Folgendes umfasst: eine Mikroprozessoreinheit 102,Ein-/Ausgabeports 104, einen Nur-Lese-Speicher 106,einen Direktzugriffsspeicher 108 und einen herkömmlichenDatenbus. Gemäß der Zeichnungempfängtdas Steuergerät 12 zusätzlich zuden bereits erörtertenSignalen verschiedene Signale von mit dem Motor 10 verbundenSensoren, einschließlich:die Motorkühlmitteltemperatur(ECT) von dem Temperatursensor 112, der mit der Kühlhülse 114 verbundenist; eine Messung des Krümmerdruckes(MAP) von dem Drucksensor 116, der mit dem Ansaugkrümmer 44 verbundenist; eine Messung der Krümmertemperatur(AT) von dem Temperatursensor 117; ein Motordrehzahlsignal(RPM) von dem Motordrehzahlsensor 118, der mit der Kurbelwelle 40 verbundenist.
    [0021] EinAbgasreinigungssystem 20 ist mit einem Auspuffkrümmer 48 verbunden,und mehrere beispielhafte Ausführungsformendes Systems gemäß der vorliegendenErfindung werden insbesondere anhand von 1C–1E beschrieben.
    [0022] Anhandvon 1B wird nun einealternative Ausführungsformdargestellt, wo der Motor 10 ein Direkteinspritzmotor ist,bei dem das Einspritzventil 80 so angeordnet ist, dassKraftstoff direkt in den Zylinder 30 eingespritzt wird.Kraftstoff wird dem Kraftstoffeinspritzventil 80 durchein Kraftstoffsystem (nicht dargestellt) zuge führt, das einen Kraftstofftank,eine Kraftstoffpumpe und ein mit hohem Druck arbeitendes CommonRail System umfasst.
    [0023] Ineinem Beispiel ist der Motor 10 ein Dieselmotor, der mitSchichtladungsverbrennung unter Sauerstoffüberschuss arbeitet. Alternativkönnendie Einstellung des Einspritzzeitpunkts und eine Vielzahl von Kraftstoffeinspritzungenverwendet werden, um eine Verbrennung mittels Selbstzündung einerhomogenen Ladung zu erhalten. Wenn mit einem Magerbetrieb gearbeitetwird, könnendie Motorbedingungen auch so eingestellt werden, dass man einenBetrieb mit einem stöchiometrischenoder fetten Luft/Kraftstoff-Verhältniserhält.
    [0024] Beieiner weiteren alternativen Ausführungsformkann ein Turbolader überden Ansaug- und Auspuffkrümmermit dem Motor 10 verbunden sein.
    [0025] Essei angemerkt, dass bei einer weiteren alternativen Ausführungsformein NOx-absorbierenderKatalysator verwendet werden kann, der NOx in einer sauerstoffreichenUmgebung speichert und das gespeicherte NOx in einer sauerstoffarmenUmgebung freisetzt bzw. reduziert.
    [0026] Gemäß 1C nun umfasst das Abgasreinigungssystem 20 eineSelektive Katalytische Reduktion (SCR) 14 auf Harnstoffbasis,die einem Oxidationskatalysator 13 nachgeschaltet ist.Außerdemist dem Katalysator 14 ein Partikelfilter 15 nachgeschaltet.Der SCR-Katalysator ist in einem Beispiel eine Formulierung aus einemunedlen Metall und Zeolith mit einer optimalen NOx-Umwandlungsleistungim Bereich von 200–500°C. Ein Reduktionsmittelwie zum Beispiel wässrigerHarnstoff wird in einem Vorratsbehälter (nicht dargestellt) aufbewahrtund einem Reduktionsmittelzuführsystem 16 zugeführt, dasmit dem Auspuffkrümmer 48 stromaufwärts vondem SCR-Katalysator 14 verbunden ist. Das Reduktionsmittelwird von einer Pumpe durch ein Regelventil abgegeben, wobei sowohldie Pumpe als auch das Ventil durch das Steuergerät 12 gesteuertwerden. Luft und Reduktionsmittel werden in das Reduktionsmittelzuführsystemeingeleitet und durch ein beheiztes Element verdampft, wobei derresultierende Dampf in das in den SCR-Katalysator einströmende Abgasgemisch eingeleitetwird. Alternativ kann jede andere dem Fachmann bekannte Vorrichtungzum Zuführenvon Reduktionsmittel zu einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung verwendetwerden.
    [0027] NOx-Sensoren,NOx1 (17) stromaufwärts undNOx2 (18) stromabwärts vondem SCR, sind in den Weg des in den SCR-Katalysators ein- und ausströmenden Abgaseseingebaut. Die Ausgängedieser Sensoren werden von dem Steuergerät 12 gelesen und können zurErmittlung des NOx-Umwandlungswirkungsgrades des SCR herangezogenwerden. Alternativ kann der NOx1-Sensor 17 weggelassenwerden, und die Menge an NOx in dem in den SCR-Katalysator einströmenden Abgasgemischkann anhand der Motordrehzahl, der Last, der Abgastemperatur oderjedes anderen Parameters geschätztwerden, von dem der Fachmann weiß, dass er sich auf die NOx-Produktiondes Motors auswirkt.
    [0028] DerOxidationskatalysator 13 ist ein Edelmetallkatalysator,vorzugsweise einer, der Platin enthält, zur raschen Umwandlungvon Kohlenwasserstoffen (HC), Kohlenmonoxid (CO) und Stickoxid (NO)im Motorabgas. Der Oxidationskatalysator wird auch dazu verwendet,Wärme zumschnellen Aufwärmendes SCR-Katalysators 14 zuzuführen, wasdadurch geschieht, dass die HC-Konzentration in dem in den OxidationskatalysatoreinströmendenAbgas erhöhtwird, wobei eine Exotherme erzeugt wird, wenn der zusätzlicheKohlenwasserstoff überden Oxidationskatalysator reduziert wird. Dies kann zum Beispiel über dieZylindereinspritzung währenddes Arbeits- oder Auslasshubes des Motors (bei einem Direkteinspritzmotor)oder auch währendbeider Hübeoder durch jede beliebige einer Anzahl weiterer Alternativen erfolgen,wie zum Beispiel durch Spätverstellungdes Einspritzzeitpunkts, Erhöhungder Abgasrückführung (AGR)und Drosselung am Einlass, oder durch jedes andere Mittel, von demder Fachmann weiß,dass sich dadurch die HC-Konzentration im Abgas erhöht. AlternativkönnenKohlenwasserstoffe unter Verwendung dem Fachmann bekannter Mitteldirekt in den in den Oxidationskatalysator einströmenden Abgasstromeingespritzt werden. Das Reduktionsmittelzuführsystem 19 kann verwendetwerden, um HC von dem Kraftstofftank oder von einem Vorratsbehälter demOxidationskatalysator 13 zuzuführen, um zusätzlicheWärme zumAufwärmendes SCR-Katalysators zu erzeugen.
    [0029] DerPartikelfilter (PF), in einem Beispiel ein Dieselpartikelfilter(DPF) 15, ist dem SCR-Katalysator nachgeschaltet und dientzum Zurückhaltenvon Partikeln (Ruß),die währenddes Fahrzyklus des Fahrzeugs erzeugt werden. Der PF kann aus einerVielzahl von Materialien einschließlich Cordierit, Siliciumcarbidund anderer fürhohe Temperaturen geeigneter oxidkeramischer Stoffe hergestelltwerden. Sobald die Ansammlung von Ruß ein vorbestimmtes Niveauerreicht hat, kann mit der Regenerierung des Filters gemäß der nachfolgendenBeschreibung begonnen werden. Die Regenerierung des Filters erfolgtdurch Erwärmendes Filters auf eine Temperatur, bei der die Rußpartikel schneller verbranntwerden, als neue Rußpartikelabgeschieden werden, zum Beispiel auf 400–600°C. Die Erfinder haben erkannt,dass die Verwendung einer erhöhtenMotorabgasproduktion zum Erhöhender Temperatur des Partikelfilters auf eine Regenerierungstemperaturzu einem Wärmeschadendes vorgeschalteten SCR-Katalysators in der Systemkonfigurationder vorliegenden Erfindung führenkann. Demzufolge haben die Erfinder erkannt, dass der Filter beieiner alternativen Ausführungsformdurch das Einspritzen von zusätzlichemKohlenwasserstoff stromabwärtsvon dem SCR-Katalysator regeneriert werden könnte. Bei einer Methode istein Reduktionsmittelzuführsystem 19 zwischendem SCR-Katalysator und dem Partikelfilter mit dem Auspuffkrümmer verbunden,um eine dampfförmigeMischung von Kohlenwasserstoff (z.B. Dieselkraftstoff oder ein anderesReduktionsmittel) und Luft dem Partikelfilter zuzuführen, wodurchRegenerierungstemperaturen erreicht werden. In einem Beispiel kannder PF ein katalysierter Partikelfilter sein, der eine Zwischenschichtaus Edelmetall wie zum Beispiel Platin enthält, um die Rußverbrennungstemperaturzu senken und außerdemKohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid und Wasserzu oxidieren.
    [0030] Daherkann eine verbesserte Abgasreinigung erzielt werden, indem ein Oxidationskatalysatoreinem SCR-Katalysator auf Harnstoffbasis vorgeschaltet und ein Partikelfilterdem SCR-Katalysator nachgeschaltet wird. Diese Systemkonfigurationbietet die Möglichkeitzum schnellen Aufwärmendes SCR-Katalysators über einedurch den vorgeschalteten Oxidationskatalysator erzeugte Exothermeund eine höhereAbgastemperatur währendeines Teillastbetriebs des Motors. Da der Partikelfilter dem SCR-Katalysatornachgeschaltet ist, besteht außerdemkeine Gefahr eines Wärmeschadensdes SCR-Katalysators währendder Regenerierung des Filters, und daher sind keine separaten Kühleinrichtungenerforderlich. Ferner reduziert der Partikelfilter die Ammoniakemissionendurch das Endrohr, indem er eventuell aus dem SCR-Katalysator entweichendesAmmoniak oxidiert.
    [0031] DasSteuergerät 12 steuertim Allgemeinen die Menge und den Zeitpunkt der Harnstoff- und HC-Einspritzunggemäß Motorbetriebsparameternwie zum Beispiel der NOx-Menge im Abgas, der Abgastemperatur, derKatalysatortemperatur und verschiedene andere Parameter. Wenn eineRegenerierung des Partikelfilters er forderlich ist, steuert dasSteuergerät 12 insbesonderedie Menge und den Zeitpunkt der HC-Einspritzung stromaufwärts vondem Partikelfilter, um die Filtertemperatur auf eine gewünschte Regenerierungstemperatur anzuheben.Die nachfolgend beschriebene 5 lieferteine zusätzlicheBeschreibung, wie die Einspritzung von Reduktionsmittel berechnetwird, um die NOx-Emissionen wirksam zu reduzieren.
    [0032] Beieiner alternativen Ausführungsformkann die Abgasanlage nur den Oxidationskatalysator 20 und denPartikelfilter 15 ohne die Vorrichtungen 13, 14 und 16 umfassen.In diesem Fall wird nach wie vor mit einer druckluftunterstützten Einspritzungvon Dieselkraftstoff (oder einem anderen geeigneten Reduktionsmittel) stromaufwärts vondem DPF überdie Vorrichtung 19 gearbeitet.
    [0033] Fernersei angemerkt, dass gemäß der ZeichnungzusätzlicheTemperatursensoren 120 und 122 dem DPF vor- bzw.nachgeschaltet sind. Ferner wird ein Differenzdrucksignal (Δp) von denDrucksensoren 124 und 126 ermittelt. Es sei angemerkt,dass auch ein einzelner Druckunterschied verwendet werden kann,um den Druckunterschied überdem DPF 15 zu messen. Ferner wird auch ein Temperatursensor 128 voreinem Dieseloxidationskatalysator (DOC) verwendet. In einem Beispielkönnendie Drucksensoren piezoelektrische Sensoren sein. Es können jedochauch verschiedene andere Arten von Drucksensoren verwendet werden,wie zum Beispiel ohmsche, kapazitive oder verschiedene andere Drucksensoren.
    [0034] 1D zeigt eine alternativeAusführungsformeines Abgasreinigungssystems gemäß der vorliegendenErfindung, wobei ein zusätzlicherOxidationskatalysator 20 dem Partikelfilter vorgeschaltetist, um die Rußverbrennungstemperaturenzu senken. Der Oxidationskatalysator kann ein separater Katalysatorsein oder kann in den Partikelfilter integriert sein, indem er alsZwischenschicht auf dem Einlass des Partikelfilters (nicht dargestellt)angeordnet ist. Durch die Zwischenschicht wird die Baugröße des Systemsverringert und sein Wärmemanagementverbessert.
    [0035] 1E ist noch eine weiterealternative Ausführungsformder vorliegenden Erfindung, wobei ein Ammoniakaufzehrungskatalysator 21 zwischendem SCR-Katalysatorund dem Partikelfilter angeordnet ist. Der Ammoniakaufzehrungskatalysatorwandelt wahlweise etwas von dem möglicherweise aus dem SCR- Katalysator entweichendenAmmoniak in Stickstoff um. Damit erhöht sich der NOx-Umwandlungswirkungsgraddes Systems insgesamt, da verhindert wird, dass der Partikelfilterentwichenes Ammoniak in NOx umwandelt.
    [0036] Nocheine weitere alternative Konfiguration besteht darin, einen Partikelfilteran einem stromaufwärtigenOrt zu verwenden, wobei wahlweise zusätzliche Katalysatoren stromabwärts vondem Partikelfilter angeordnet sind.
    [0037] Wieoben beschrieben, filtert der Dieselpartikelfilter (DPF), um dieEmission von Partikeln zu reduzieren. Dieselpartikelfilter sammelnRuß durcheinen Prozess der Wandfilterung. Eine zunehmende Rußmenge aufdem DPF erhöhtden Gegendruck, was eine negative Auswirkung auf den Kraftstoffverbrauchhat. Dieser Ruß wirddaher in ausgewähltenAbständenabgebrannt (regeneriert), z.B. nach jeweils mehreren hundert KilometernFahrt, oder wenn der Druckunterschied einen ausgewählten Werterreicht, oder wenn der Abgasgegendruck einen Schwellenwert erreicht.
    [0038] Ineinem Beispiel kann das stromabwärtigeEinspritzventil, das zerstäubtenDieselkraftstoff in den Auspuffkrümmer oder in das Flammrohrnach dem Turbo einspritzt, beim Regenerieren des DPF behilflichsein. Der Differenzdrucksensor überwachtdie Rußbelastungdes DPF und wird beim Erfassen einer Verschlechterung des DPF herangezogen.
    [0039] ImAllgemeinen wird der Druckabfall (Δp) auf dem Dieselpartikelfilterdurch den Volumendurchsatz (F) und die Rußbelastung des DPF sowie andereFaktoren (die gewünschtenfallsmit eingeschlossen werden können)beeinflusst. Der Druckabfall besteht aus Kontraktions- und Expansionsverlusten,Reibungsverlusten der Strömungentlang den Wändenund Druckverlusten infolge der Strömung durch ein poröses Medium.Bei einem sauberen DPF kann die Beziehung zwischen dem Druckabfallund der Strömungdurch die Darcy-Forchheimer-Gleichung (1) näherungsweise dargestellt werden: Δp=c0+c1ν·F+c2ρ·F2 (1)
    [0040] DieRußmengein dem DPF wirkt sich hauptsächlichauf den linearen Term in dieser Gleichung aus (siehe A.G. Konstandopoulos,E. Skaperdas, M. Masoudi, "Iner tialcontributions to the pressure drop of diesel particulate filters", SAE 2001-01-0909; und A.G. Konstandopoulos,M. Kostoglou, E. Skaperdas, E. Papaioannou, D. Zarvalis, E. Kladopoulou, "Fundamental studiesof diesel particulate filters: transient loading, regeneration andaging", SAE 2000-01-1016).Mit Hilfe dieser Information ist es möglich, die folgende Beziehungder Gleichung (2) zu bilden: Δp=R(Ruß)(c0+c1ν·F)+c2ρ·F2=:g(Ruß,F) (2)wobeiF der Volumendurchsatz, ρ dieDichte und ν dieViskositätist.
    [0041] DieKoeffizienten ci kann man aus einem experimentellenFließtestdes DPF erhalten. Ferner können Dichteund Viskositätdes Abgases anhand der Abgastemperatur und experimenteller Testdatengeschätzt werden.Die BeschränkungR(Ruß)ist eine monotone Funktion der Rußmenge in Gramm/Liter. Beieiner Methode wird mit der DPF-Regenerierung begonnen, wenn dieRußbelastung über einerbestimmten Grenze liegt, um den Ruß abzubrennen (siehe die nachfolgendbeschriebenen Schritte 214–218in 2). Bei einer alternativenAusführungsformkann die Routine einfach die Überwachungstarten, ob der Druckunterschied einen eingestellten Schwellenwertfür denDruckunterschied erreicht.
    [0042] Wenndie Beschränkungunter einem bestimmten Niveau liegt, das einem sauberen DPF entspricht, kannder DPF alternativ schlecht geworden sein und erhöhte Rußmengenabgeben, vorausgesetzt der Messwert von dem Differenzdrucksensorist korrekt.
    [0043] DieseFunktionen werden nun insbesondere anhand der folgenden Routinennäher beschrieben.
    [0044] Wiefür einenDurchschnittsfachmann klar ist, können die nachfolgend in denFlussdiagrammen beschriebenen Routinen eine oder mehrere einer Anzahlvon Verarbeitungsstrategien wie zum Beispiel ereignisgesteuerteund unterbrechungsgesteuerte Strategien, Multitasking-Strategien,Multithreading-Strategien und dergleichen darstellen. An sich können verschiedenedargestellte Schritte oder Funktionen in der dargestellten Reihenfolgeoder parallel durchgeführtbzw. in manchen Fällenweggelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitungnicht unbedingt erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der Erfindungzu erzielen, dient aber einer einfacheren Darstellung und Beschreibung.Wenngleich dies nicht explizit dargestellt ist, wird ein Durchschnittsfachmannerkennen, dass einer oder mehrere der dargestellten Schritte oderFunktionen je nach der speziell verwendeten Strategie wiederholtdurchgeführtwerden können.
    [0045] Anhandvon 2 wird nun eineRoutine zum Steuern der Regenerierung des Partikelfilters beschrieben.Zunächstmisst die Routine in Schritt 210 die BetriebsbedingungeneinschließlichAbgasdurchsatz (F), Abgastemperatur und verschiedene andere Faktoren.In Schritt 212 ermittelt die Routine dann die maximale Rußbelastung(Rmax), oberhalb der eine Regenerierung des Partikelfilters erforderlichist. Der Wert der maximalen Rußbelastungkann überexperimentelle Tests ermittelt werden oder auf einen von den BetriebsbedingungenabhängigenveränderlichenWert eingestellt werden. Als Nächstesberechnet die Routine in Schritt 214 den maximalen Druckunterschied(ΔPmax),welcher der maximalen Rußbelastungunter den aktuellen Betriebsbedingungen gemäß der in 2 angegebenen Gleichung entspricht.
    [0046] AlsNächstesgeht die Routine weiter zu Schritt 216, wo die Routinevergleicht, ob der aktuell gemessene Druckunterschied (ΔP) größer odergleich dem in Schritt 214 ermittelten erlaubten maximalenDruckunterschied ist. Wenn die Antwort auf Schritt 216 "Ja" lautet, verlangtdie Routine in Schritt 218 eine Regenerierung des Partikelfilters.Es könnenverschiedene Methoden verwendet werden, um die Regenerierung desPartikelfilters durchzuführen,wie zum Beispiel: Mittels einer Nacheinspritzung von Kraftstoffin den Motor eine exotherme Reaktion erzeugen, um die Temperaturdes Partikelfilters auf eine Selbstzündungstemperatur anzuheben,wo die in dem Filter vorhandenen Partikel abgebrannt werden.
    [0047] Ummit 2 fortzufahren,geht die Routine weiter zu Schritt 220, wo die Routinevergleicht, ob der gemessene Druckunterschied kleiner ist als einminimaler Druckunterschied (ΔPmin).Der minimale Druckunterschied ist die minimale Beschränkung, dieunter den aktuellen Betriebsbedingungen gelten sollte, wobei angenommenwird, dass die Vorrichtung Partikel zurückhält. Wenn die Antwort auf Schritt 220 "Ja" lautet, geht dieRoutine weiter zu Schritt 222, um eine Verschlechterungdes Katalysators anzuzeigen.
    [0048] Essei angemerkt, dass in Schritt 216 der aktuell gemesseneDruckunterschied unter Verwendung der Übertragungsfunktion von Gleichung4 ermittelt wird. In einem speziellen Beispiel verwendet die Routinedie Nennwerte a0 und B0 fürdie angenommenen aktuellen Werte a1 und b1. Bei einer alternativenAusführungsformverwendet die Routine die nachfolgend anhand von 3 und 4 ermitteltenadaptiven Parameter von Steigung und Versatz für die aktuellen Werte von b1und a1.
    [0049] Dasnominale Sensorsignal kann mit dem Druck in Beziehung gesetzt werden,wie aus Gleichung (3) hervorgeht: Δp_volts=a0·Δp+b0 (3)
    [0050] DiesesSignal wird also durch die Übertragungsfunktionvon Eingangsspannung in Druck umgekehrt, wie aus Gleichung (4) hervorgeht: Δp=(Δp_volts–b1)/a1 (4)wobeinominal: b1 = b0 unda1 = a0.
    [0051] DieNennwerte b0 und a0 können aufstatistischen Daten der Durchschnitts- oder Mittelwerte von Produktionssensorenberuhen. Diese Nennwerte könnenim Speicher (z.B. KAM) des Steuergeräts 12 gespeichert werden.
    [0052] EinmöglicherVerschlechterungszustand des Drucksensors, der während des Betriebs des Fahrzeugs auftretenkann, ist eine Änderungim Versatz b0, so dass der tatsächlicheWert b1 nicht gleich b0 ist.Eine solche Verschlechterung kann erfasst werden, wie es anhandvon 3 beschrieben ist.
    [0053] Anhandvon 3 wird nun eineRoutine zur Ermittlung der Verschlechterung des Abgasdrucksensors über eineerfasste Änderungim Sensorversatz beschrieben. Zunächst ermittelt die Routinein Schritt 310, ob sich der Fahrzeugschlüssel inder "Ein"-Stellung des Schlüssels befindet.Wenn die Antwort auf Schritt 310 "Ja" lautet,geht die Routine weiter zu Schritt 312. In Schritt 312 stelltdie Routine fest, ob sich der Motor im "Aus"-Zustandbefindet (z.B. ob die Motordrehzahl kleiner ist als eine vorbestimmteDrehzahl). Wenn die Antwort auf Schritt 312 "Ja" lautet, geht dieRoutine weiter zu Schritt 314, um die Sensorspannung (ΔP_volts)abzulesen und dies als Schätzwertfür denVersatz bhat1(b ^) abzuspeichern. Als Nächstes geht die Routine weiter zuSchritt 316, um festzustellen, ob die Überwachung des Sensorversatzesaktiviert wurde. Diese Aktivierung basiert auf verschiedenen Betriebsbedingungen,wie zum Beispiel: Motorkühlmitteltemperaturund verschiedene andere Parameter.
    [0054] Wenndie Antwort auf einen der Schritte 310, 312, 314 oder 326 "Nein" lautet, endet dieRoutine einfach.
    [0055] InSchritt 318 (nach der Antwort "Ja" aufSchritt 316) stellt die Routine fest, ob der Absolutwertdes Unterschieds zwischen dem geschätzten Versatzwert von Schritt 314 unddem abgespeicherten nominalen Sensorversatz (B0) größer istals ein Schwellenwert ∊1. Wenn die Antwort auf Schritt 318 "Nein" lautet, dekrementiertdie Routine den ZählerC1 in Schritt 320. Wenn alternativ die Antwort auf Schritt 318 "Ja" lautet, inkrementiertdie Routine den ZählerC1 in Schritt 322. Von Schritt 320 oder 322 gehtdie Routine weiter zu Schritt 324, um festzustellen, obder Wert des ZählersC1 größer istals ein Grenzwert L1. Wenn die Antwort auf Schritt 324 " Ja" lautet, hat einverschlechterter Sensorversatz so lange bestanden, dass in Schritt 326 eine Sensorversatzverschlechterungangezeigt wird. Die Routine endet dann.
    [0056] Allgemeingesagt ermittelt die Routine somit den Sensorwert und die Bedingungen,unter denen geschätztwird, dass der Druckunterschied, der im Auspuff gemessen wird, imWesentlichen Null sein dürfte,weil es im Wesentlichen keine Strömung gibt. Die Bedingungenvon Schritt 310 und 312 sind also ein Beispielfür solcheBedingungen. Außerdemsei angemerkt, dass der Schätzwertfür denVersatz (bhat1, b ^1) von Schritt 314 gemäß vorliegenderBeschreibung bei der Übertragungsfunktionals adaptiver Wert verwendet werden kann, um den tatsächlichenDruckunterschied zu ermitteln und dadurch eine höhere Genauigkeit des Druckes bereitzustellenwenn festgestellt wird, dass ein solcher adaptiver Wert bei Sensorbereichsverschiebungenzu berücksichtigenist. Außerdemsei angemerkt, dass der in Schritt 318 verwendete WertB0, bezogen auf eine statistische Abtas tung des Sensorversatzeskorrekt funktionierender Sensoren, der erwartete Nennwert ist. Außerdem seiangemerkt, dass die Angabe in Schritt 326 verwendet werdenkann, um festzustellen, dass sich der Sensor verschlechtert hatund daher eine Standardmaßnahmedurchgeführtwerden sollte und eine Lampe aufleuchten sollte, um den Fahrer desFahrzeugs zu alarmieren. Die Standardmaßnahme kann zum Beispiel dasAbschalten der Partikelfilterregenerierung oder verschiedene andereModifikationen umfassen.
    [0057] Beidieser Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann also die Verschlechterungdes Drucksensors, die zu einer Veränderung im Versatz führt, durchAblesen von Δp_voltsermittelt werden, wenn das Steuersystem aktiviert ist und der Motornoch nicht angelassen wurde. Mit anderen Worten, da der tatsächliche Durchsatzbekannt ist (hier ist er als im Wesentlichen Null bekannt), istder Wert fürdie Spannung (Δp_volts) gleichb1, und es ist möglich,den Versatzwert der Übertragungsfunktionzu ermitteln.
    [0058] Einzweiter möglicherVerschlechterungszustand des Drucksensors, der auftreten kann, isteine Änderungin der Verstärkung,so dass der tatsächlicheWert a1 nicht gleich a0 ist.Eine möglicheUrsache füreine solche Verschlechterung könnenAblagerungen auf der Membran des Sensors sein. Der Sensor wird dann schlechtereWerte liefern, was möglicherweisezu einer zu häufigenoder zu seltenen Regenerierung des Partikelfilters führt.
    [0059] Umeinen solchen Zustand zu überwachen,nutzt diese Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung die Tatsache,dass die Rußbildungein relativ langsamer Prozess ist (der über hunderte von gefahrenenKilometern stattfindet), so dass die Beschränkung R in einem relativ kurzenZeitraum näherungsweiseals relativ konstant ermittelt werden kann. Allgemein gesagt werdenWerte des Drucksensors und fürden Abgasdurchsatz fürzwei oder mehr Zustände[(Δp1, F1),(Δp2, F2)] verwendet,die in einem relativ kurzen Zeitraum auftreten. Da die Beschränkung infolgeder Rußbildungim Allgemeinen unverändertgeblieben ist, kann die folgende Beziehung von Gleichung (5) verwendetwerden, um normale Betriebsbedingungen unabhängig von der Rußbelastungzu charakterisieren:
    [0060] Wennbei einer beispielhaften Ausführungsformdiese mindestens zwei Werte weit auseinander liegen (jenseits einesbestimmten kalibrierbaren Wertes), hat eine Änderung in der Verstärkung a0 stattgefunden, und ein Flag zeigt an, dasssich der Differenzdrucksensor verschlechtert hat. Wenn man darüber hinausmehr Paare (Δpi,Fi) erhält, kanneine Routine die Quotienten füralle Paare berechnen und die Differenz für alle Quotienten prüfen. Selbstwenn also die Rußbelastungnicht genau oder überhauptnicht bekannt ist, dürftendie Quotienten unabhängigvon der Rußbelastungfast gleich sein. An sich ist es möglich, die Verschlechterungin der Sensorverstärkunggenau zu ermitteln, indem man dazu Informationen über mindestenszwei Betriebszuständeheranzieht.
    [0061] Beieiner alternativen Methode wird ein adaptiver Algorithmus verwendet,um den tatsächlichenVerstärkungswertadaptiv zu lernen. Diese adaptiv gelernte Verstärkung kann verwendet werden,um sowohl den Druckunterschied genauer zu messen als auch die Sensorverschlechterungzu überwachen.
    [0062] Ausden obigen Gleichungen (2) und (4) kann eine Gleichung für die Verstärkung hergeleitetwerden, wie aus Gleichung (6) hervorgeht (wo V die Kurzform istfür Δp_volts).
    [0063] Ineinem Beispiel besteht der erste Zustand, bei dem die ersten Werte(V1 und F1) ermitteltwerden, gleich nach dem Anlassen des Motors, in der "Ein"-Stellung des Zündschlüssels. Fernerkönnendiese Werte füreine vorgewählteZeitdauer Bemittelt werden. Alternativ können diese Werte abgelesenwerden, bevor der Abgasdurchsatz F1 über einembestimmten Schwellenwert (L2) liegt, oder können Bemittelt werden, bisder Abgasdurchsatz F1 über dem Schwellenwert liegt.In noch einem weiteren Beispiel können die Werte im Leerlaufdes Motors abgelesen werden.
    [0064] Dannberechnet die Routine a0hat (a ^0) für jedenPrüfmoment,in dem F2 größer ist als ein bestimmter Schwellenwert(L3), wie aus Gleichung (7) hervorgeht (es sei angemerkt, dass Gleichung(7) mit einem Tiefpassfilter mit der Filterkonstanten kf als Koeffizientarbeitet). Die Berechnung in Gleichung (6) wird genauer, wenn sichF1 und F2 um einenausgewähltenBetrag unterscheiden, weshalb F1 in einemBeispiel bei niedrigem Durchsatz (z.B. im Leerlauf) und F2 in einem Beispiel bei hohem Durchsatz aufgezeichnetwird. A ^0(t+1)=kfA ^0(t)+(1–kf)a ^0(t+1) (7)wobei t derMusterwert ist, der in einem Beispiel die Abtastzeit darstellt.Es sei jedoch angemerkt, dass ungleiche Abtastzeiten verwendet werdenkönnensowie ereignisgesteuerte Filter, wo in den Zündabständen Proben gezogen werden.Ferner sei angemerkt, dass ein alternativer Filter anstelle derin Gleichung (7) gezeigten Form verwendet werden kann.
    [0065] DieseSchätzung(A ^0) wird sich im Rahmen der Genauigkeitder Annahme einer relativ konstanten Rußbelastung, und dass F1 und F2 weit genugauseinander liegen, dem wahren a ^0 annähern.
    [0066] Wennsich A ^0 und a0 ummehr als einen kalibrierbaren Betrag unterscheiden, wird eine Verstärkungsverschlechterungdes Drucksensors angezeigt. Diese wird nachfolgend anhand von 4 ausführlicher beschrieben.
    [0067] Anhandvon 4 wird nun eineRoutine zum Überwachender Sensorverstärkungdes Differenzdrucksensors beschrieben. Zunächst stellt die Routine inSchritt 410 fest, ob die Überwachung der Sensorsteigungaufgrund verschiedener Bedingungen wie zum Beispiel der Tatsache,dass die Motorkühlmitteltemperaturhöher istals ein Schwellenwert, aktiviert wird. Wenn die Antwort auf Schritt 410 "Ja" lautet, geht dieRoutine weiter zu Schritt 412. In Schritt 412 stelltdie Routine fest, ob sich das Fahrzeug in der "Ein"-Stellungdes Zündschlüssels befindet.Wenn die Antwort auf Schritt 412 "Ja" lautet,geht die Routine weiter zu Schritt 414. In Schritt 414 stelltdie Routine fest, ob die aktuellen Betriebsbedingungen gleich nachdem Anlassen des Motors bestehen. Die Routine kann zum Beispielfeststellen, ob die Motordrehzahl größer ist als eine vorbestimmte Motordrehzahl,was auf einen erfolgreichen Motorstart hindeutet. Alternativ kanndie Routine einfach überwachen,ob sich das Fahrzeug gerade im Leerlaufzustand des Motors befindet.
    [0068] Wenndie Antwort auf Schritt 414 "Ja" lautet,geht die Routine weiter zu Schritt 416. In Schritt 416 stellt dieRoutine fest, ob der Abgasdurchsatz (F) kleiner ist als ein Schwellenwert(L2). Wenn die Antwort auf Schritt 416 "Ja" lautet,geht die Routine weiter zu Schritt 418. In Schritt 418 liestdie Routine den ersten Satz von Durchsatz- und Spannungswerten (F1,V1) ab. Wenn die Antwort auf einen der Schritte 410 bis 416 "Nein" lautet, überspringtdie Routine Schritt 418 und geht direkt weiter zu Schritt 420.Von Schritt 418 geht die Routine ebenfalls weiter zu Schritt 420.In Schritt 420 stellt die Routine fest, ob der Abgasdurchsatzgrößer istals ein Schwellenwert (L3). Wenn die Antwort auf Schritt 420 "Nein" lautet, endet dieRoutine einfach. Wenn alternativ dazu die Antwort auf Schritt 420 "Ja" lautet, geht dieRoutine weiter, um den geschätztenSensorverstärkungswertin Schritt 422 und 424 gemäß der nachfolgenden Beschreibungzu aktualisieren.
    [0069] InSchritt 422 liest die Routine die aktuellen Durchsatz-und Spannungswerte ab und setzt diese Werte vorübergehend auf (F2, V2). UnterVerwendung der Gleichungen 6 und 7 aktualisiertdie Routine dann den geschätztenund gemittelten Verstärkungswert(A ^0). Von Schritt 424 geht die Routineweiter, um dann mit Hilfe des aktualisierten und gemittelten adaptivenVerstärkungswertesfestzustellen, ob sich der Drucksensor verschlechtert hat.
    [0070] Insbesonderegeht die Routine von Schritt 424 weiter zu Schritt 426.In Schritt 426 stellt die Routine fest, ob der Absolutwertdes Unterschiedes zwischen der adaptiven Verstärkungsschätzung und dem nominalen (erwarteten)Verstärkungswert(A0) größer istals ein Schwellenwert (∊2). Wenn die Antwort auf Schritt 426 "Ja" lautet, inkrementiertdie Routine den ZählerC2. Alternativ dekrementiert die Routine den Zähler C2 in Schritt 430.Von Schritt 428 oder 430 geht die Routine dannweiter zu Schritt 432, um festzustellen, ob der Zählwert größer istals ein Schwellenwert (L4). Wenn die Antwort auf Schritt 432 "Nein" lautet, endet dieRoutine. Wenn alternativ die Antwort auf Schritt 432 "Ja" lautet, zeigt dieRoutine eine Verschlechterung des Sensors (d.h. eine Verschlechterungder Sensorverstärkung)an.
    [0071] Aufdiese Weise kann die Schätzungdes Sensorverstärkungswertesverwendet werden, um zu überwachen,ob der Sensor eine genaue und zuverlässige Information liefert.Wenn sich die adaptive Schätzung derSensorverstärkungaußerhalbeines akzeptablen Wertes bewegt (der anhand statistischer Dateneiner Charge von Drucksensoren ermittelt werden kann), kann dieVerschlechterung des Sensors dem Fahrer des Fahrzeugs über eineaufleuchtende Lampe angezeigt werden.
    [0072] Aufdiese Weise ist es auch möglich,die Sensorantwort festzustellen, wenn der Abgasdurchsatz größer istals ein Schwellenwert. Ein solches Vorgehen führt zu einer größeren Genauigkeit,indem Updates unter hinreichend klaren Strömungsbedingungen gewährleistetwerden. Der aktualisierte Parameter kann somit mit einem Erwartungswertverglichen werden, um die Verschlechterung des Sensors zu ermitteln.
    [0073] Außerdem seiangemerkt, dass es möglichist, die hierin beschriebenen Diagnoseverfahren für den beimSteuern des DPF verwendeten Absolut- oder Differenzdrucksensor zuverwenden. Wenn zum Beispiel ein Absolutdrucksensor verwendet wird,kann er dem DPF vorgeschaltet sein und in Kombination mit einerauf der Drehzahllast basierenden Schätzung des Abgasdruckes verwendetwerden, um den Differenzdruck zu bilden.
    [0074] Durch Überwachendes Sensors in der in 3 und 4 beschriebenen Weise istes also möglich,Veränderungenin der Steigung oder im Versatz oder in beidem am Sensorausgangim Vergleich zum Druck zu erfassen. Diese Information kann dannverwendet werden, um die Verschlechterung des Sensors zu erfassen. DurchAussteuern von Updates der Schätzungunter ausgewähltenBedingungen (zum Beispiel bei hohem Durchsatz) kann ein genaueresErgebnis erzielt werden.
    [0075] 5 und 6 zeigen eine Simulation der Drucksensorüberwachung.Die ersten 10 Sekunden finden im Leerlauf statt und dienen zum Setzeneines Referenzwertes fürF und dp_volts. Das obere Fenster in 5 zeigtden Strömungseingang,ein sinusförmigerVerlauf. Das zweite Fenster zeigt den realen und den gemessenenDruckabfall, wenn die tatsächlicheSensorverstärkunga0=0,08 und die kalibrierte Verstärkung bzw. der Erwartungswerta1=0,1 ist. Das dritte Fenster zeigt den resultierenden Spannungsverlaufund das Flag, das anzeigt, wann der Durchsatz hoch genug ist, damitdie Überwachungdie Verstärkungschätzt.In 5 beträgt der Schwellenwert(L3) 40 kg/h. Das vierte Fenster zeigt die resultierende Schätzung von A ^0 aus Gleichung (7). In 6 ist der Schwellenwert L3 auf 150 kg/hgesetzt, und das vierte Fenster zeigt, dass die Schätzung genauerwird, wenn das Paar (Δp,F)unter Strömungsbedingungengeprüftwird, die von dem Referenzpunkt im Leerlauf weiter entfernt sind.
    [0076] Essei angemerkt, dass es verschiedene alternative Methoden gibt sowieModifikationen, die gemäß der vorliegendenErfindung vorgenommen werden können.Diese sind nachfolgend zusammengefasst.
    [0077] ZumBeispiel könnendie Routinen von 3 und 4 warten, bis ein stationärer Zustanderreicht ist, bevor ein Paar (Δp,F) geprüftwird, um Einschwingvorgängean geprüftenDaten zu verringern. Die Routine kann zum Beispiel eine vorbestimmteZeit warten, bevor in Schritt 410 die Sensorüberwachungaktiviert wird. Alternativ kann die Routine eine vorbestimmte Anzahlvon Motorumdrehungen warten oder kann die Überwachung aktivieren, wennVeränderungenin den Strömungszuständen untereinem Schwellenwert liegen. Bei noch einer weiteren Alternativekönnendie Routinen von 3 und 4 warten, bis die Abgastemperatureinen bestimmten Wert erreicht, bevor ein Paar (Δp, F) geprüft wird, um genauere Messwertezu erhalten. Weiterhin kann die Aktivierung von Schritt 410 aufeinen Zeitraum begrenzt werden, wo festgestellt wird, dass die Veränderungder Rußbelastungkleiner ist als eine vorgewählteRußmenge(z.B. weniger als 5%, 10%, 30%, etc. der Rußbelastung).
    [0078] Diehierin beschriebenen Diagnoseverfahren gelten auch für andereKonfigurationen mit Drucksensoren bzw. Differenzdrucksensoren, diebei einer Vorrichtung verwendet werden, deren Strömungscharakteristik sichinnerhalb kürzererZeit ermitteln lässt,wenngleich sie sich überlängereZeiträumelangsam ändert.Die hierin beschriebenen Routinen können zum Beispiel zur Überwachungvon Drucksensoren verwendet werden, die ein allmähliches Zusetzen bei Verdunstungssystemenzur Leckerkennung überwachen.
    [0079] Wennbei solchen alternativen Systemkonfigurationen ein sich langsam ändernderParameter in additiver Weise in die Strömungscharakteristik eingeht(und nicht in multiplikativer Form), dann kann die Differenz Δp1–Δp2 und g(F1)–g(F2) anstelle desQuotienten berechnet werden, und der Unterschied zwischen diesen Differenzenkann verglichen werden. Wenn alternativ die Strömungscharakteristik dergestaltist, dass es eine weitere mathematische Operation (z.B. die OperationX{}) gibt, die unabhängigvon dem sich langsamer änderndenParameter (in unserem Fall die Rußbelastung) X(g(F1),g(F2))ergibt, dann kann die Routine mit Hilfe dieser Operation X{} dieMesswerte vergleichen.
    [0080] Fernerkann, wie oben beschrieben, dann, wenn mehrere Quotienten Δpi/Δpj einenvon der Verstärkungder Übertragungsfunktionverschiedenen Wert a0 liefern, das angepasste a0 verwendet werden,um die neuen Werte zu reflektieren und einen Betrieb des Systemsmit verminderter Kapazitätaufrechtzuerhalten. Dies ist die Berechnung für A ^0 inGleichung (7). Mit anderen Worten, selbst wenn der Sensor auf eineunerwartete und schlechter gewordene Weise arbeitet, kann die adaptiveArt der Routinen verwendet werden, um dieser Verschlechterung Rechnungzu tragen, um immer noch einen akzeptablen Betrieb des Fahrzeugsbereitzustellen, bis weiteren Maßnahmen ergriffen werden.
    [0081] Außerdem seiangemerkt, dass die Sensorüberwachungauch auf jede allgemeine Übertragungsfunktionvon Spannung bis Druck anwendbar ist, nicht nur auf eine lineare.Mit anderen Worten, wenn ein Drucksensor verwendet wird, der inder Ausgangsspannung auf Änderungenin dem erfassten Druck nichtlinear reagiert, dann kann diese neue Übertragungsfunktioneinfach anstelle der bei der obigen Beschreibung verwendeten linearenFunktion verwendet werden. Zum Beispiel kann die Routine dahingehendmodifiziert werden, dass sie zunächstdie nominale Nichtlinearitätumkehrt, so dass die Beziehung linear wird, und dann die obigen Algorithmenzur Überwachungvon Versatz und Verstärkunganwendet.
    [0082] Schließlich seiangemerkt, dass die hierin beschriebene Überwachungsmethode genausogut fürandere Sensoren gilt, die eine bekannte kürzere Charakteristik zwischeneiner abhängigenund einer unabhängigenGröße (Δp=g(F) imobigen Fall) haben, aber einer längerfristigenVeränderung(die Abhängigkeitvon g vom Ruß imobigen Fall) unterliegen.
    [0083] Wennfestgestellt wurde, dass der zum Steuern der DPF-Regenerierung verwendeteSensor sich verschlechtert hat, dann kann eine Beleuchtungslampeaktiviert werden, um den Fahrer des Fahrzeugs zu alarmieren. Fernerwird eine Standard maßnahmedurchgeführt,wenn die DPF-Regenerierung unterbrochen ist. Alternativ kann dieDPF-Regenerierung fortgesetzt werden, aber nach anderen Verfahrenwie zum Beispiel aufgrund der zurückgelegten Fahrstrecke, aufgrundeiner oben beschriebenen Schätzungdes in dem DPF zurückgehaltenenRußesoder nach verschiedenen anderen Verfahren aktiviert werden.
    [0084] MitBezug auf 7 wird nuneine beispielhafte Routine zum Steuern der Einspritzung eines Reduktionsmittelsin den SCR-Katalysator unter Verwendung eines Reduktionsmittelzuführsystemsdargestellt. Zunächstwird in Schritt 710 die Menge an NOx in dem in die VorrichtungeinströmendenAbgasgemisch, NOxfg, anhand der Motorbetriebsbedingungengeschätzt.Diese Bedingungen könnendie Motordrehzahl, die Motorlast, die Abgastemperaturen, die Temperaturenin der Abgasnachbehandlungsvorrichtung, den Einspritzzeitpunkt,die Motortemperatur und sonstige Parameter umfassen, von denen derFachmann weiß,dass sie die durch den Verbrennungsprozess erzeugte NOx-Menge anzeigen.Alternativ kann ein NOx-Sensor verwendet werden, um die Menge anNOx in dem Abgasgemisch zu messen. Als Nächstes wird in Schritt 712 dieReduktionsmitteleinspritzmenge im stationären Zustand, RAinj_1,anhand der folgenden Gleichung berechnet:
    [0085] DieRoutine geht dann weiter zu Schritt 716, wo die momentane Änderungin der Pedalstellung wie folgt berechnet wird:
    [0086] DieRoutine geht dann weiter zu Schritt 724, worin RAinj_3 und Luft dem Reduktionsmittelzuführsystem 19 zugeführt werden.Die Routine endet dann. Ein Beispiel für f5 istinsbesondere anhand von 8 dargestellt.
    [0087] Umeinen wirksameren NOx-Umwandlungswirkungsgrad eines SCR-Katalysatorszu erzielen, kann daher gemäß der vorliegendenErfindung die einzuspritzende Menge an Reduktionsmittel eingestelltwerden, um Änderungenin der NOx-Menge im Motorabgas Rechnung zu tragen, die durch dasinstationäreVerhalten des Motors verursacht werden. Dies gelingt durch kontinuierliches Überwachenvon Motorparametern, die ein Maß für ein instationäres Verhaltendes Motors liefern können,wie zum Beispiel ein Sensor fürdie Pedalstellung, und durch Einstellen der einzuspritzenden Mengean Reduktionsmittel in Abhängigkeitvon gefilterten momentanen Änderungenin diesen Parametern. Da die NOx-Produktion normalerweise beim Tretendes Pedals ansteigt und beim Loslassen des Pedals abnimmt, wäre das Ergebniseiner solchen Maßnahmedie Erhöhungder eingespritzten Basismenge im ersteren Fall und eine Verminderungder eingespritzten Basismenge im letzteren Fall. Durch Verwendungeiner Reduktionsmittelzuführeinheitwerden ferner eine schnelle Systemantwort, ein effizienterer Betriebdes Systems, eine bessere Abgasreinigung und ein sparsamerer Kraftstoffverbrauchsichergestellt.
    [0088] MitBezug auf 9 wird nunein alternatives Beispiel eines Verfahrens zum Regenerieren einesPartikelfilters dargestellt, das anstelle von oder zusätzlich zuder Partikelfilterregenerierung anhand eines über dem Filter gemessenen Druckunterschiedesverwendet werden kann.
    [0089] Dabei einer beispielhaften Systemkonfiguration der Partikelfilterdem SCR-Katalysatornachgeschaltet ist, kann das Regenerieren des Filters durch Anhebender stromaufwärtigenAbgastemperatur auf Regenerierungstemperatur über das Einspritzen von zusätzlichemKohlenwasserstoff in den Oxidationskatalysator einen Wärmeschadendes SCR-Katalysators verursachen. Die Erfinder haben daher ein alternativesVerfahren zum Regenerieren eines einem SCR-Katalysator nachgeschaltetenPartikelfilters entwickelt, wobei die Temperatur des Partikelfiltersauf eine Temperatur angehoben wird, bei der Kohlenwasserstoffe exothermmit Sauerstoff in dem Abgas reagieren werden, und anschließend zusätzlicheKohlenwasserstoffe in den dem SCR-Katalysator nachgeschalteten Partikelfiltereingespritzt werden. Die resultierende Exotherme regeneriert denFilter, ohne einen Wärmeschadendes SCR-Katalysators zu verursachen.
    [0090] Zunächst wirdin Schritt 810 die in dem Partikelfilter vorhandene gesamtePartikelmenge, spa, ermittelt. Bei einer bevorzugten Ausführungsformwird diese Menge ständigaktualisiert, und sie basiert auf der aktuell vorhandenen Partikelmengeund der pro vorbestimmter Abtastzeit während des Verbrennungsprozesses erzeugtenZuwachsmenge an Partikeln, die anhand von Motorbetriebsbedingungen wiezum Beispiel der Kraftstoffeinspritzmenge und der Motordrehzahlermittelt wird. Als Nächstesgeht die Routine weiter zu Schritt 812, worin die Partikelfiltertemperatur,Tf, geschätzt wird. Bei einer bevorzugtenAusführungsformwird diese Temperatur anhand von Motorbetriebsbedingungen unterVerwendung von in einem Speicher gespeicherten vorgegebenen Kennfelderngeschätzt.Die Motorbetriebsparameter umfassen die Motordrehzahl, die Kraftstoffeinspritzmenge,den Kraftstoffeinspritzzeitpunkt und die Motortemperatur. Jedesandere dem Fachmann bekannte Verfahren zum Schätzen einer Temperatur einerAbgasreinigungsvorrichtung kann bei der vorliegenden Erfindung invorteilhafter Weise verwendet werden.
    [0091] AlsNächsteswird in Schritt 814 ermittelt, ob der Partikelfilter regeneriertwerden sollte. Vor allem wenn die vorhandene Partikelmenge (spa)größer istals die maximale Grenzmenge S2, oder wenn die PartikelfiltertemperaturTf größer istals die Temperaturgrenze T1 und spa größer ist als die GrenzmengeS1, ist eine Regenerierung angezeigt. Die vorliegende Erfindungnutzt also höherePartikelfiltertemperaturen, die unter bestimmten Fahrbedingungenauftreten können,indem sie vorhandene Partikel zu diesem Zeitpunkt beseitigt, selbstwenn die Gesamtmenge spa unter der maximalen Grenzmenge S2 liegt.Der Kraftstoffverbrauch wird also reduziert, indem der Partikelfilteropportunistisch regeneriert wird, weil geringere Mengen an Energieerforderlich sind, um die Filtertemperatur auf die Regenerierungstemperaturzu erhöhen.Wenn die Antwort auf Schritt 814 Nein lautet, endet dieRoutine. Wenn die Antwort auf Schritt 814 Ja lautet, d.h.eine Partikelfilterregenerierung angezeigt ist, geht die Routineweiter zu Schritt 816, wo festgestellt wird, ob Tf größer istals Tex, was die Temperatur ist, oberhalbder Kohlenwasserstoff mit Sauerstoff im Abgas exotherm reagierenwird. Wenn die Antwort auf Schritt 816 Ja lautet, gehtdie Routine weiter zu Schritt 818, worin eine dampfförmige Mischungvon Kohlenwasserstoff und Luft in das über das Reduktionsmittelzuführsystemin den Partikelfilter einströmendeAbgas eingespritzt wird. Alternativ kann jede andere dem Fachmannbekannte Vorrichtung verwendet werden, um Reduktionsmittel einerAbgasnachbehandlungsvorrichtung zuzuführen. Die resultierende Exothermeführt danndazu, dass die Temperatur des Partikelfilters auf Regenerierungstemperaturansteigt. Die Menge des eingespritzten Kohlenwasserstoffs und diefür einevollständigeFilterregenerierung erforderliche Länge der Einspritzzeit werdenvorzugsweise anhand von Betriebsbedingungen wie spa, Filtertemperatur, Motordrehzahl,Kraftstoffeinspritzmenge, Druckunterschied, etc.
    [0092] ermittelt.Sobald die Filterregenerierung abgeschlossen ist, endet die Routine.Wenn die Antwort auf Schritt 816 Nein lautet, geht dieRoutine weiter zu Schritt 818, worin die Partikelfiltertemperatur über Tex erhöht wird,indem die Temperatur des Abgasstromes stromaufwärts von dem Partikelfilterangehoben wird, indem zum Beispiel durch Einspritzen von zusätzlichemKohlenwasserstoff eine exotherme Reaktion in dem Oxidationskatalysator 13 erzeugtwird, oder durch den Motor betreffende Maßnahmen wie zum Beispiel eineSpätverstellungdes Einspritzzeitpunkts, eine Erhöhung der Abgasrückführung oderdas Schließeneines Einlassdrosselventils. Die Routine läuft dann durch Schritt 816,bis Tex erreicht ist.
    [0093] Essei angemerkt, dass je nach den Betriebsbedingungen bzw. der Systemkonfigurationdie zusätzlicheEinspritzung von Schritt 820 weggelassen werden kann.
    [0094] Esist also möglich,den Partikelfilter zu regenerieren, indem zunächst die Temperatur des stromaufwärtigen Abgasesso eingestellt wird, dass die Temperatur des Partikelfilters aufeine Temperatur angehoben wird, oberhalb der Kohlenwasserstoff mitSauerstoff im Abgas exotherm reagieren wird, und indem dann durch Einspritzenvon zusätzlichemKohlenwasserstoff in den Filter Regenerierungstemperaturen erzieltwerden.
    [0095] Damitendet die Beschreibung der Erfindung. Wenn der Fachmann sie liest,dürftenihm viele Änderungenund Modifikationen in den Sinn kommen, ohne dabei vom Geist undvom Umfang der Erfindung abzuweichen. Den Umfang der Erfindung sollendaher die folgenden Ansprüchedefinieren:
    权利要求:
    Claims (29)
    [1] System fürein Fahrzeug, das einen Motor mit einer Abgasanlage hat, wobei dasSystem Folgendes umfasst: einen in den Motorauslass eingebautenDrucksensor; einen in den Motorauslass eingebauten Partikelfilter;und ein Computerspeichermedium mit einem darin codierten Computerprogrammzum Ermitteln der Verschlechterung des Abgasdrucksensors, wobeidas Computerspeichermedium Folgendes umfasst: – einenCode zum Ermitteln mindestens eines Parameters anhand mindestenszweier Strömungsbedingungen; – einenCode zum Messen eines Signals von dem Abgasdrucksensor; und – einenCode zum Ermitteln der Verschlechterung des Abgasdrucksensors anhandmindestens des Parameters und des Signals.
    [2] System nach Anspruch 1, wobei der Motor ein Dieselmotorist.
    [3] System nach Anspruch 1, wobei der Drucksensor einDifferenzdrucksensor ist, der den Druckunterschied über demPartikelfilter misst.
    [4] System nach Anspruch 1, wobei der Drucksensor eindem Partikelfilter nachgeschalteter Absolutdrucksensor ist.
    [5] System nach Anspruch 1, wobei der Partikelfiltermit einem Oxidationskatalysator verbunden ist.
    [6] System nach Anspruch 1, wobei der Partikelfiltermit einem NOx-Adsorber verbunden ist.
    [7] Verfahren zum Überwacheneines Drucksensors, wobei der Sensor sowohl auf einen ersten alsauch auf einen zweiten Parameter reagiert und das Verfahren diefolgenden Schritte umfasst: Messen eines Signals von dem Drucksensormindestens währendeines Zustands, indem die Veränderung desersten Parameters größer istals ein erster Betrag und die Veränderung des zweiten Parameterskleiner ist als ein zweiter Betrag; und Ermitteln der Verschlechterungdes Sensors anhand des Signals und eines Referenzwertes.
    [8] Verfahren nach Anspruch 7, wobei der erste Parameterden Abgasdurchsatz umfasst.
    [9] Verfahren nach Anspruch 8, wobei der zweite Parameterden in einem Partikelfilter enthaltenen Ruß umfasst.
    [10] Verfahren nach Anspruch 8, wobei der erste Betragund der zweite Betrag im Wesentlichen gleich sind.
    [11] Verfahren nach Anspruch 8, wobei der erste Betragund der zweite Betrag im Wesentlichen verschieden sind.
    [12] Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Antwort eineerwartete Signalantwort des Sensors während des Zustands ist.
    [13] Verfahren nach Anspruch 12, wobei das Ermittelnder erwarteten Antwort des Sensors während des Zustands das Ermittelnder erwarteten Antwort des Sensors während des Zustands anhand derVeränderung desersten Parameters umfasst.
    [14] Verfahren zum Überwacheneines Drucksensors in einem Motorauslass, wobei das Verfahren diefolgenden Schritte umfasst: Messen eines Signals von dem Drucksensorwährendmindestens eines ersten und eines zweiten Strömungszustands; Ermittelneiner erwarteten Antwort des Sensors während der Strömungszustände; und Ermittelneiner Verschlechterung des Sensors, wenn sich das Signal um einenBetrag von der erwarteten Antwort unterscheidet.
    [15] Verfahren nach Anspruch 14, wobei der erste undder zweite Strömungszustandeinen Zustand mit hohem Durchsatz und einen Zustand mit niedrigemDurchsatz umfassen.
    [16] Verfahren nach Anspruch 14, wobei der erste undder zweite Strömungszustandeinen Leerlaufzustand und einen nicht im Leerlauf befindlichen Zustandumfassen.
    [17] Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Sensor denDruckunterschied übereinem Partikelfilter misst.
    [18] Verfahren nach Anspruch 14, wobei der Motor einDieselmotor ist.
    [19] Verfahren nach Anspruch 14, wobei die erwarteteAntwort eine erwartete Antwort aufgrund von Strömungsbedingungen umfasst, diesich in einem schnelle ren Maße ändern alsein Zeitmaß von Änderungenin der Strömungsbeschränkung.
    [20] System fürein Fahrzeug, das einen Motor mit einer Abgasanlage hat, wobei dasSystem Folgendes umfasst: einen Drucksensor, der in den Motorauslasseingebaut ist; einen Partikelfilter, der in den Motorauslasseingebaut ist; und ein Computerspeichermedium mit einem darincodierten Computerprogramm zum Ermitteln der Verschlechterung desAbgasdrucksensors, wobei das Computerspeichermedium Folgendes umfasst: – einenCode zum Ermitteln einer erwarteten Sensorantwort; – einenCode zum Messen einer Signalantwort von dem Abgasdrucksensor während mindestenseines ausgewähltenBetriebszustands des Motors; und – einen Code zum Ermittelnder Verschlechterung des Abgasdrucksensors anhand mindestens dererwarteten Sensorantwort und der Signalantwort.
    [21] System nach Anspruch 20, wobei die erwartete Sensorantwortermittelt wird, wenn der Motor ausgeschaltet ist.
    [22] System nach Anspruch 20, wobei die erwartete Sensorantwortermittelt wird, wenn der Motor arbeitet.
    [23] System nach Anspruch 20, wobei der Code zum Ermittelneiner erwarteten Sensorantwort aktiviert wird, wenn der Abgasdurchsatzgrößer istals ein Schwellenwert.
    [24] System fürein Fahrzeug, das einen Motor mit einer Abgasanlage hat, wobei dasSystem Folgendes umfasst: einen Partikelfilter, der in denMotorauslass eingebaut ist; einen Sensor, der in den Motorauslasseingebaut ist; und ein Computerspeichermedium mit einem darincodierten Computerprogramm, wobei das Computerspeichermedium Folgendesumfasst: – einenCode zum Regenerieren des Partikelfilters anhand des Sensors; und – einenCode zum Ermitteln der Verschlechterung des Sensors anhand einesBetriebsparameters.
    [25] System nach Anspruch 24, wobei der Sensor ein Differenzdrucksensorist.
    [26] System nach Anspruch 24, wobei der Sensor ein Temperatursensorist.
    [27] System fürein Fahrzeug, das einen Motor mit einer Abgasanlage hat, wobei dasSystem Folgendes umfasst: einen Sensor, der in den Motorauslasseingebaut ist, so dass der Sensor dem Abgas ausgesetzt ist; einenPartikelfilter, der in den Motorauslass mit dem Sensor eingebautist; und ein Computerspeichermedium mit einem darin codiertenComputerprogramm zum Ermitteln der Verschlechterung des Sensors,wobei das Computerspeichermedium Folgendes umfasst: – einenCode zum Ermitteln mindestens eines Betriebsparameters des Sensorsanhand mindestens zweier Strömungsbedingungendes Abgases; – einenCode zum Messen eines Signals von dem Sensor über die Zeit; und – einenCode zum Ermitteln der Verschlechterung des Sensors über dieZeit anhand mindestens des Parameters und des Signals.
    [28] System nach Anspruch 27, wobei die Sensorermittlungder Verschlechterung aufgrund einer Anzeige von stationären Strömungsbedingungenbeginnt.
    [29] System nach Anspruch 27, wobei die Sensorermittlungder Verschlechterung aufgrund einer Anzeige, dass die Temperaturder Abgasanlage übereinem Grenzwert liegt, beginnt.
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    GB2400444A|2004-10-13|
    GB2400444B|2006-08-30|
    GB0408128D0|2004-05-19|
    DE102004017521B4|2014-07-24|
    US6947831B2|2005-09-20|
    US20040200271A1|2004-10-14|
    JP4445314B2|2010-04-07|
    JP2004340138A|2004-12-02|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2004-11-25| OP8| Request for examination as to paragraph 44 patent law|
    2005-02-24| 8125| Change of the main classification|Ipc: F01N 1100 |
    2012-09-25| R016| Response to examination communication|
    2013-07-18| R016| Response to examination communication|
    2014-03-24| R016| Response to examination communication|
    2014-04-07| R018| Grant decision by examination section/examining division|
    2015-04-25| R020| Patent grant now final|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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