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Die
Erfindung betrifft zunächst
ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, bei dem im Abgas
vorhandene Partikel in einer Filtereinrichtung zurückgehalten
und anhand eines ersten Signals einer Sensoreinrichtung detektiert
werden.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm, ein elektrisches
Speichermedium für
eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung einer Brennkraftmaschine,
eine Steuer- und/oder
Regeleinrichtung für
eine Brennkraftmaschine, sowie eine Sensoreinrichtung zur Erfassung
mindestens einer Zustandsgröße im Abgas
einer Brennkraftmaschine, mit mindestens einem ersten Sensor zur
Erfassung von im Abgas vorhandenen Partikeln.
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Vom
Markt her sind Diesel-Brennkraftmaschinen bekannt, welche einen
Abgasstrang mit einem Partikelfilter umfassen, der Rußpartikel
aus dem Abgas herausfiltert. Die herausgefilterten Partikel lagern
sich am Filter ab, was dazu führt,
dass der Strömungswiderstand
des Abgases durch den Abgasstrang hindurch mit der Zeit ansteigt.
Der hierdurch ansteigende sogenannte "Abgasgegendruck" kann zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch oder
einer Leistungsverminderung der Brennkraftmaschine führen.
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Um
dies zu verhindern, ist bekannt, den Partikelfilter von Zeit zu
Zeit zu regenerieren. Bei einer solchen Regeneration werden die
abgelagerten Rußpartikel
verbrannt. Hierzu muss im Partikelfilter eine Temperatur von mehr
als 650 °C
erreicht werden, was durch verschiedene Maßnahmen bewirkt werden kann.
Bekannt sind motorische Maßnahmen
wie die Verringerung des Ladedrucks, eine Androsselung, eine Verschiebung
eines Einspritzzeitpunkts, eine zusätzliche Kraftstoffeinspritzung,
etc., welche alle zu einer zeitweisen Erhöhung der Abgastemperatur führen. Eine
alternative oder zusätzliche
Maßnahme
besteht darin, stromaufwärts
vom Partikelfilter im Abgasstrang einen Oxidationskatalysator anzuordnen,
in dem kontinuierlich Stickstoffdioxid gebildet wird. Dieses kann
anschließend
im Partikelfilter mit dem dort abgelagerten Ruß unter Bildung von gasförmigem Stickstoff
und Kohlendioxid reagieren. Eine Abgasanlage mit einem Partikelfilter
ist ganz allgemein aus der
DE
102 31 620 A1 bekannt.
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Um
den Beladungszustand des Partikelfilters mit Rußpartikeln erkennen und eine
Regeneration des Partikelfilters rechtzeitig einleiten zu können, werden
Partikelsensoreinrichtungen eingesetzt. Eine solche Partikelsensoreinrichtung
ist beispielsweise in der
DE
101 33 384 A1 beschrieben. Sie weist eine Sammelkammer
auf, welche fluidisch mit dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine
verbunden ist. Auf einer Seite der Sammelkammer sind zwei Elektroden angeordnet,
welche kammartig ("interdigital") ineinander greifen.
Im Betrieb der bekannten Partikelsensoreinrichtung gelangen Rußpartikel
in die Sammelkammer und lagern sich auf den Elektroden ab. Hierdurch
wird der Zwischenraum zwischen den beiden Elektroden elektrisch überbrückt, so
dass sich die Impedanz der Elektrodenstruktur ändert. Die zeitliche Änderung
der Impedanz ist ein Maß für die Beladung des
Abgasstroms mit Rußpartikeln.
Um die Rußpartikelsensoreinrichtung
selbst von Zeit zu Zeit von den angelagerten Rußpartikeln befreien zu können, verfügt diese über eine
Heizeinrichtung, durch deren Betrieb angelagerte Rußpartikel
verbrannt werden können.
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Eine
weitere Sensoreinrichtung ist aus der
DE 101 49 333 A1 bekannt.
Bei dieser ist auf einem elektrische isolierenden Träger eine
Widerstandsmessstruktur aufgebracht, die aus interdigitalen Kammelektroden
besteht. Durch Anlagerung von Rußpartikeln ändert sich der elektrische
Widerstand der Widerstandsschicht.
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Die
noch nicht veröffentlichte
DE 103 53 860 beschreibt
eine Rußpartikelsensoreinrichtung,
welche zusätzlich
zu dem Heizelement eine Temperaturerfassungseinrichtung aufweist,
mit deren Signal die Regeneration der Partikelsensoreinrichtung überwacht
bzw. geregelt werden kann.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, die Sicherheit beim Betrieb der
Brennkraftmaschine zu erhöhen,
bei gleichzeitig geringen Herstell- und Betriebskosten.
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch
gelöst,
dass die gleiche Sensoreinrichtung ein zweites Signal liefert, welches
wenigstens zeitweise zur Ermittlung der Abgastemperatur verwendet
wird.
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Bei
einer Sensoreinrichtung der eingangs genannten Art wird die gestellte
Aufgabe dadurch gelöst,
dass sie mindestens einen zweiten Sensor zur Erfassung der Abgastemperatur
aufweist.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
Abgastemperatur ist ein für
die Steuerung und Regelung einer Brennkraftmaschine wichtiger Parameter.
Ihre Kenntnis ermöglicht
einen emissionsarmen und verbrauchsoptimalen Betrieb. Die Integration
jenes Sensors, der die Abgastemperatur erfasst, in die gleiche Sensoreinrichtung,
welche auch zur Detektierung von im Abgas vorhandenen Partikeln
eingesetzt wird, reduziert den Montageaufwand und den für die Unterbringung
der Sensoren erforderlichen Bauraum.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.
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Eine
erste bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich
dadurch aus, dass das zweite Signal während einer Regenerationsphase
der Sensoreinrichtung nicht zur Ermittlung der Abgastemperatur verwendet
wird. Eine solche Regenerationsphase der Sensoreinrichtung geht üblicherweise
mit einer Erwärmung
der Sensoreinrichtung mittels einer eingebauten Heizeinrichtung einher.
Diese Erwärmung
beeinflusst naturgemäß auch das
zweite Signal. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme wird verhindert, dass
eine Abgastemperatur ermittelt wird, welche nicht der tatsächlichen Abgastemperatur
entspricht. Auf diese Weise wird die Betriebszuverlässigkeit
der Brennkraftmaschine, einschließlich eines zu ihr gehörenden Abgasnachbehandlungssystems,
verbessert.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinrichtung stromabwärts von
der Filtereinrichtung angeordnet ist und das zweite Signal zur Überwachung
und/oder Steuerung oder Regelung einer Regeneration der Filtereinrichtung
verwendet wird. Eine solche Regeneration der Filtereinrichtung ist üblicherweise
mit einer Erwärmung
der Filtereinrichtung auf eine Temperatur verbunden, bei der die
angelagerten Rußpartikel
aufgrund einer exothermen Reaktion abbrennen. Die für die Einleitung
der exothermen Reaktion erforderliche Erwärmung der Filtereinrichtung
kann durch eine Erhöhung
der Abgastemperatur bewirkt werden, oder sie kann durch eine separate Heizeinrichtung
herbeigeführt
werden. Durch diese Erwärmung
und die exotherme Reaktion wird die Temperatur des Abgases stromabwärts von
der Filtereinrichtung entsprechend erhöht sein. Dies kann von der
erfindungsgemäß angeordneten
Sensoreinrichtung erfasst werden, was die Zuverlässigkeit und Qualität der Regeneration
der Filtereinrichtung verbessert.
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In
konkreter Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass dann, wenn
die aus dem zweiten Signal ermittelte Abgastemperatur einen Grenzwert
erreicht oder überschreitet,
eine Maßnahme
zur Temperaturabsenkung, beispielsweise durch motorische Maßnahmen,
eingeleitet und/oder eine Verkürzung einer
Regenerationsphase bestimmt wird. Auch Auf diese Weise wird eine
Beschädigung
der Filtereinrichtung durch eine überhöhte Temperatur vermieden.
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Ferner
kann dann, wenn das zweite Signal einen Grenzwert erreicht oder überschreitet,
auf eine mögliche
Beschädigung
der Filtereinrichtung durch die Regeneration geschlossen werden.
In der Folge kann beispielsweise ein entsprechender Eintrag in einen
Fehlerspeicher erfolgen, so dass bei einer Wartung der Brennkraftmaschine
die Filtereinrichtung inspiziert und gegebenenfalls ausgewechselt
werden kann. Auch die Analyse der Temperaturhistorie des Partikelfilters
gestattet das Erkennen möglicher
Beschädigungen
des selben.
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In
konkreter Weiterbildung hierzu ist es, bspw. bei einer stromabwärtigen Anordnung
der Sensoreinrichtung, erfindungsgemäß möglich, dass bei einer erkannten
Beschädigung
der Filtereinrichtung ein Signal eines Differenzdrucksensors, welcher
die Druckdifferenz über
die Filtereinrichtung hinweg erfasst, adaptiert wird. Ein solcher
Differenzdrucksensor ist üblicherweise
vorhanden, um ebenfalls ein Signal zu liefern, anhand dessen die
Beladung der Filtereinrichtung mit Partikeln ermittelt werden kann. Die
Interpretation des Signals des Differenzdrucksensors geht jedoch
von einer korrekt arbeitenden Filtereinrichtung aus. Ist die Filtereinrichtung
jedoch beschädigt,
indem beispielsweise an einer Stelle durch eine überhöhte Temperatur ein Loch eingebrannt
wurde, liefert der Differenzdrucksensor möglicherweise ein Signal, welches
einer geringen Beladung der Filtereinrichtung entspricht, obwohl
diese an sich gar nicht vorliegt. Durch die erfindungsgemäße Maßnahme werden
Fehlinterpretationen des Signals des Differenzdrucksensors vermieden.
In der Folge erhöht
sich die Zuverlässigkeit
im Betrieb der Brennkraftmaschine.
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Eine
alternative Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass
stromaufwärts
von der Filtereinrichtung in einem Oxidationskatalysator NO2 erzeugt wird, dass die Sensoreinrichtung
zwischen dem Oxidationskatalysator und der Filtereinrichtung angeordnet
ist, dass unter Berücksichtigung
der Abgastemperatur eine NO2-Konzentration
im Abgas ermittelt (beispielsweise abgeschätzt) wird, und dass aus der
NO2-Konzentration auf die Stärke einer
kontinuierlichen Regeneration der Filtereinrichtung geschlossen
wird. Dem liegt folgende Überlegung
zugrunde: Es ist bekannt, dass die Bildung von NO2 im
vorgeschalteten Oxidationskatalysator vor allem von der Abgastemperatur
abhängt.
Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung
kann auf einfache Art und Weise die Abgastemperatur ermittelt und
in der Folge der NO2-Gehalt im Abgas abgeschätzt werden.
Dessen Wert ist jedoch maßgeblich
für den
Grad der kontinuierlichen Regeneration, der durch das NO2 im Partikelfilter möglich ist.
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Ist
jedoch zum einen der mögliche
Regenerationsgrad und zum anderen der Partikelgehalt im Abgas bekannt,
was beides durch das hier vorgeschlagene Verfahren und die entsprechende
Sensoreinrichtung möglich
ist, kann wiederum mit gesteigerter Präzision auf die aktuelle Beladung
der Filtereinrichtung geschlossen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht
somit eine einfache Beurteilung des aktuellen Zustands der Filtereinrichtung. Dies
ist in einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens
niedergelegt, wonach unter Verwendung des ersten Signals und des
zweiten Signals auf die aktuelle Beladung der Filtereinrichtung
geschlossen wird. Dies hat weitreichende positive Auswirkungen:
Können
Temperaturspitzen während
der Regeneration durch eine genauere Kenntnis der im Partikelfilter
enthaltenen Rußmenge
vermieden werden, so kann ein weniger temperaturstabiles, aber kostengünstigeres
Filtermaterial verwendet werden.
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Die
Präzision
bei der Ermittlung der Beladung wird dabei dadurch erhöht, dass
auch die Temperatur der Sensoreinrichtung wenigstens in etwa erfasst
und/oder ermittelt und/oder abgeschätzt wird, und dass die Differenz
zwischen der Abgastemperatur und der Temperatur der Sensoreinrichtung
wenigstens mittelbar bei der Ermittlung der aktuellen Beladung der
Filtereinrichtung berücksichtigt
wird. Hierdurch kann der "thermophoretische
Effekt" bei der
Ermittlung der Rußanlagerung
miteinbezogen werden: Die Rußanlagerung
an der Sensoreinrichtung hängt
nämlich
auch von der Temperaturdifferenz zwischen der Sensoreinrichtung
und dem Abgas ab. Ist das Abgas deutlich heißer als die Sensoreinrichtung
(was im allgemeinen der Fall ist), wird mehr Ruß an der Sensoreinrichtung
angelagert als bei einer geringeren Temperaturdifferenz oder gar
in jenem umgekehrten Fall, dass die Sensoreinrichtung heißer ist als
das Abgas. In Kenntnis der tatsächlichen
Temperaturverhältnisse
kann daher aus der erfassten Rußanlagerung
an der Sensoreinrichtung mit noch höherer Genauigkeit auf den tatsächlichen
Rußgehalt
im Abgas und in der Folge auf die Rußbeladung des Partikelfilters
geschlossen werden.
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Besonders
vorteilhaft ist es dabei, wenn aus einem Signal eines Differenzdrucksensors,
welcher die Druckdifferenz über
die Filtereinrichtung hinweg erfasst, auf die aktuelle Beladung
der Filtereinrichtung geschlossen wird, und wenn dieses Ergebnis mit
der aus dem zweiten Signal ermittelten Beladung verglichen wird.
Das zweite Signal, mit dem die Temperatur des Abgases ermittelt
wird, ermöglicht
eine genauere Kenntnis des Volumenstroms, was wiederum eine Optimierung
des Differenzdrucksensors gestattet. Liegen die ermittelten Beladungen
um mehr als einen bestimmten Grenzwert auseinander, liegt ein Problem
vor, so dass beispielsweise ein entsprechender Eintrag in einen
Fehlerspeicher erfolgen und dem Problem bei einer Wartung auf den
Grund gegangen werden kann. Hierdurch wird die Wartung erleichtert
und die Emissions- und Verbrauchsqualität der Brennkraftmaschine verbessert.
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Anlog
zu dem weiter oben angegebenen Verfahren wird auch vorgeschlagen,
dass abhängig
vom Ergebnis des Vergleichs das Signal des Differenzdrucksensors
adaptiert wird. Die Genauigkeit bei der Interpretation des Signals
des Differenzdrucksensors wird hierdurch erhöht.
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In
die gleiche Richtung zielt jene Weiterbildung, bei welcher das zweite
Signal anhand eines dritten Signals einer weiteren Temperaturerfassungseinrichtung überwacht
wird.
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Bei
einer Sensoreinrichtung ist es besonders vorteilhaft, wenn die beiden
Sensoren jeweils auf freiliegenden und dem Abgas ausgesetzten Flächen der Vorrichtung
angeordnet sind. Hierdurch können
auch sehr dynamische Vorgänge
zuverlässig
erfasst werden.
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Ferner
kann die Sensoreinrichtung eine Heizeinrichtung umfassen, mit der
der erste Sensor von angelagerten Partikeln freigebrannt werden
kann, und der zweite Sensor kann zur Erfassung der Temperatur der
Sensoreinrichtung geeignet sein. In diesem Falle hat der zweite
Sensor eine Doppelfunktion, denn er kann zum einen für die Überwachung
der Regeneration des ersten Sensors bzw. der Sensoreinrichtung insgesamt
verwendet werden, und außerhalb
dieser Phasen kann er für
die Erfassung der Abgastemperatur eingesetzt werden. Dies reduziert nochmals
die Kosten und den Montageaufwand.
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Die
Herstellung der Sensoreinrichtung wird dadurch vereinfacht, dass
sie zwei flache und aneinander anhaftende Schichten aufweist und
dass auf der freiliegenden Seite der einen Schicht der erste Sensor,
auf der freiliegenden Seite der zweiten Schicht der zweite Sensor,
und zwischen den beiden Schichten die Heizeinrichtung angeordnet
ist. Ein solcher Sensor baut darüber
hinaus sehr klein und flach und kann daher an beliebigen Stellen
im Abgasstrang der Brennkraftmaschine angeordnet werden.
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Die
Kombination aus Partikelsensor und Temperatursensor zur Erfassung
der Abgastemperatur ist dann besonders vorteilhaft, wenn sie zur Durchführung eines
Verfahrens der obigen Art verwendet wird.
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Zeichnung
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Nachfolgend
werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende
Zeichnung näher
erläutert.
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit mehreren Sensoreinrichtungen
und einer Filtereinrichtung im Abgasstrang;
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2 eine
perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform einer der Sensoreinrichtungen
von 1;
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3 Draufsichten
auf drei Teilelemente, aus denen die Sensoreinrichtung von 2 zusammengesetzt
ist;
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4 eine
Darstellung ähnlich 2 eines Bereichs
einer alternativen Ausführungsform
einer Sensoreinrichtung;
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5 ein
Flussdiagramm zum Betreiben von Sensoreinrichtungen von 1;
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6 ein
Flussdiagramm eines ersten Verfahrens zum Überwachen der Regeneration
der Filtereinrichtung von 1;
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7a ein
Diagramm, in dem die Temperatur der Filtereinrichtung von 1 während des
Regenerierens über
der Zeit aufgetragen ist;
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7b ein
Diagramm, in dem ein Differenzdruck über die Filtereinrichtung von 1 hinweg über der
Zeit aufgetragen ist;
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8 ein
Flussdiagramm eines zweiten Verfahrens zum Überwachen einer zyklischen
Regeneration der Filtereinrichtung von 1; und
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9 ein
Flussdiagramm eines Verfahrens zum Prognostizieren der Beladung
der Filtereinrichtung von 1.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 trägt eine
Brennkraftmaschine insgesamt das Bezugszeichen 10. Sie
umfasst einen Motorblock 12 und eine Abgasanlage 14.
In der Abgasanlage 14 sind in Strömungsrichtung gesehen zunächst ein
Oxidationskatalysator 16 und anschließend ein Partikelfilter 18 angeordnet.
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In
einem Abgasrohr 20 ist zwischen dem Oxidationskatalysator 16 und
der Filtereinrichtung 18 eine erste Sensoreinrichtung 22 platziert,
welche einen Partikelsensor 24 und einen Temperatursensor 26 umfasst (wobei
die Sensoreinrichtung 22 grundsätzlich auch an anderen Stellen
im Abgasrohr 20 angeordnet werden kann). Das Signal des
Partikelsensors 24 wird über eine Leitung 28,
das Signal des Temperatursensors 26 über eine Leitung 30 an
eine Steuer- und Regeleinrichtung 32 geleitet. Im Bereich der
Filtereinrichtung 18 ist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
ein Differenzdrucksensor 34 angeordnet, dessen Signal über eine
Leitung 36 an die Steuer- und Regeleinrichtung 32 geleitet
wird. In einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel wird auf einen
solchen Differenzdrucksensor verzichtet.
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Stromabwärts von
der Filtereinrichtung 18 ist im Abgasrohr 20 eine
zweite Sensoreinrichtung 38 platziert, welche identisch
zur ersten Sensoreinrichtung 22 aufgebaut ist. Auch hier
ist ein nicht gezeigtes Ausführungsbeispiel
denkbar, bei dem eine solche zweite Sensoreinrichtung nicht vorhanden
ist. Sie umfasst also ebenfalls einen Partikelsensor 40 sowie
einen Temperatursensor 42, deren Signale über Leitungen 44 und 46 an
die Steuer- und Regeleinrichtung 32 geleitet werden. Eine
Lambdasonde 48 ist unmittelbar stromabwärts vom Oxidationskatalysator 16 im
Abgasrohr 20 angeordnet (auch die Lambdasonde kann bei
einer nicht gezeigten Ausführungsform
nicht realisiert sein). Deren Signal gelangt über eine Leitung 50 an
die Steuer- und Regeleinrichtung 32. Die Steuer- und Regeleinrichtung 32 ist,
wie durch 52 angedeutet ist, mit dem Motorblock 12 signaltechnisch
verbunden und steuert dort verschiedene Funktionen. Hierzu gehören beispielsweise
Zündung
und Kraftstoff-Einspritzung.
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Wegen
unvollständiger
Verbrennung im Motorblock 12 können im Abgas Rußpartikel
enthalten sein. Durch die Filtereinrichtung 18 wird verhindert, dass
diese Rußpartikel,
die gesundheitsschädlich sind,
in die Umgebung gelangen. Durch die Ablagerung der Rußpartikel
in der Filtereinrichtung 18 wird jedoch deren Durchlässigkeit
verringert. Um einen zu hohen Abgasgegendruck im Abgasrohr 20 zu
vermeiden, wird die Filtereinrichtung 18 zum einen kontinuierlich
und zum anderen zyklisch regeneriert, indem die angelagerten Rußpartikel
oxidiert werden.
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Die
kontinuierliche Regeneration erfolgt mittels NO2,
welches im vorgeschalteten Oxidationskatalysator 16 erzeugt
wird. Die zyklische Regeneration des Filtereinrichtung 18 wird
durch eine Erhöhung der
Abgastemperatur herbeigeführt,
welche zusammen mit einer im vorliegenden Ausführungsbeispiel vorgesehenen,
jedoch in der Figur nicht gezeigten katalytischen Beschichtung der
Filtereinrichtung 18 eine exotherme Reaktion auslöst. Die
Erhöhung
der Abgastemperatur kann beispielsweise durch motorische Maßnahmen,
beispielsweise die Nacheinspritzung von Kraftstoff, bewirkt werden.
Die Regenerationen der Filtereinrichtung 18 können mittels
der beiden Sensoreinrichtungen 22 und 38 überwacht
werden.
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Die
Sensoreinrichtungen 22 und 38 sind identisch aufgebaut.
In den 2 und 3 ist die Sensoreinrichtung 22 beispielhaft
dargestellt. Danach umfasst die Sensoreinrichtung 22 jeweils
drei aufeinander laminierte keramische Lagen 54, 56 und 58,
welche vorliegend vor allem wegen der Temperaturbeständigkeit
auf Al2O3- oder
ZrO2-Basis hergestellt sind. Die in den 2 und 3 obere
keramische Lage 54 trägt
auf ihrer freiliegenden Außenseite 59 zwei
Elektroden 60 und 62. Die beiden Elektroden 60 und 62 sind
für eine
Resistivitätsmessung "interdigital" strukturiert und
bilden so den Partikelsensor 24.
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Die
in den 2 und 3 mittlere keramische Lage 56 trägt auf ihrer
von der Lage 54 abgewandten Seite eine mäanderförmige Heizeinrichtung 64,
durch die die Sensoreinrichtung 22 im Bereich des Partikelsensors 24 erhitzt
werden kann. Hierdurch können
im Bedarfsfalle an der Sensoreinrichtung 22 angelagerte
Rußpartikel
verbrannt werden. Die in den 2 und 3 untere
keramische Lage 58 trägt
eine mäanderförmige Struktur
aus einer dünnen
Platinschicht 66, durch die der Temperatursensor 26 gebildet
wird. Die Platinschicht ist auf der freiliegenden Seite 68 der
keramischen Lage 58 aufgebracht und mit einer dünnen keramischen
Schutzschicht versehen. Durch die Anordnung der Platinschicht 66 kann
der Temperatursensor 26 die Temperatur des Abgases vergleichsweise
genau erfassen. In einer ersten Näherung kann die Temperatur
der Sensoreinrichtung 22 gleich der Abgastemperatur gesetzt
werden.
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Für die Abschätzung des
Einflusses der Temperaturabhängigkeit
der Rußanlagerung
(Thermophorese) kann die vom Abgas unterschiedliche Temperatur der
Sensoreinrichtung 22 auch mittels eines numerischen Modells
oder mittels eines Schätzverfahrens
(bspw. eines Beobachterverfahrens) abgeschätzt werden. Möglich ist
auch, einen weiteren, in der Figur jedoch nicht gezeigten Temperatursensor auf
der der Lage 54 zugewandten Seite der Lage 56 vorzusehen,
um mit dessen Signal die Temperatur der Sensoreinrichtung 22 zu
erfassen.
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Eine
in 4 dargestellte und noch flacher bauende Ausführungsform
einer Sensoreinrichtung 22 besteht nur aus zwei keramischen
Lagen 54 und 58. Die in 4 nicht
sichtbare Heizeinrichtung ist dabei auf die gleiche untere keramische
Lage 58 aufgebracht wie die Platinschicht, welche den Temperatursensor 26 bildet.
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Aus 5 geht
hervor, wie das Signal der Temperatursensoren 26 und 42 der
beiden Sensoreinrichtungen 22 und 38 verwendet
wird: Nach einem Startblock 70 wird in einem Block 72 abgefragt,
ob gerade eine Regeneration der ersten Sensoreinrichtung 22 oder
der zweiten Sensoreinrichtung 38 stattfindet. Eine solche
Regeneration beinhaltet eine Inbetriebnahme der jeweiligen Heizeinrichtung 64 zum Freibrennen
der jeweiligen Sensoreinrichtung 22 bzw. 38. Ist
die Antwort im Block 72 Nein, wird das Signal des Temperatursensors 26 bzw.
des Temperatursensors 42 zur Ermittlung der Abgastemperatur Tex verwendet (Block 74). Dabei wird
durch ein in der Figur nicht gezeigtes Verzögerungsglied berücksichtigt,
dass aus dem Signal der Temperatursensoren 26 und 42 nicht
nur während
des eigentlichen Betriebs der Heizeinrichtung 64, sondern
auch noch während eines
sich daran anschließenden
Abkühlphase
die Abgastemperatur nicht mit der gewünschten Genauigkeit ermittelt
werden kann. Ist die Antwort im Block 72 dagegen Ja, wird
im Block 76 das Signal des Temperatursensors 26 bzw. 42 zur
Ermittlung der Temperatur Tsens der Sensoreinrichtung 22 bzw. 38 verwendet,
was Rückschlüsse auf
die angelagerte Rußmenge
ermöglicht.
Das Verfahren endet im Block 78.
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Wie
oben angedeutet worden ist, ist es alternativ möglich, zwei Temperatursensoren
so zu platzieren, dass der eine die Abgastemperatur und der andere
die Sensortemperatur erfasst. Anhand der Temperaturdifferenz kann
ein thermophoretischer Effekt der Rußanlagerung an der Sensoreinrichtung 22 bzw. 42 berücksichtigt
und hierdurch die Genauigkeit bei der Bestimmung der tatsächlich im
Abgas enthaltenen und sich im Partikelfilter ablagernden Rußmenge erhöht werden.
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Eine
Vorgehensweise zur Überwachung
der Regeneration der Filtereinrichtung 18 ist in 6 gezeigt,
und zwar unter Verwendung des Signals der zweiten Sensoreinrichtung 38.
Wird eine zyklische Regeneration der Filtereinrichtung 18 beispielsweise durch
eine Erhöhung
der Abgastemperatur eingeleitet (Block 80 in 6),
wird hierdurch in der Filtereinrichtung 18 eine exotherme
Reaktion in Gang gesetzt (Block 82 in 6),
welche zu einer Erhöhung
der Abgastemperatur stromabwärts
von der Filtereinrichtung 18 führt. Dies wird vom Temperatursensor 42 erfasst,
und die entsprechende Temperatur Tex wird
an die Steuer- und Regeleinrichtung 32 geleitet. Durch eine
entsprechende Verringerung oder Erhöhung der Abgastemperatur kann
von der Steuer- und Regeleinrichtung 32 Einfluss auf die
exotherme Reaktion in der Filtereinrichtung 18 genommen
werden. Überschreitet
beispielsweise die Temperatur Tex einen Grenzwert,
wird von der Steuer- und Regeleinrichtung 32 eine Absenkung
de Abgastemperatur eingeleitet, um den Umfang der exothermen Reaktion
zu verringern.
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Wir
aus 7a hervorgeht, kann die exotherme Reaktion jedoch
so heftig ablaufen, dass ein Grenzwert G2 der vom Temperatursensor 42 erfassten
Abgastemperatur Tex überschritten wird. Der Grenzwert
G2 ist dabei so gewählt,
dass bei einem Überschreiten
davon auszugehen ist, dass in der Filtereinrichtung 18 eine
zulässige
Temperatur überschritten
worden ist und ein Schaden an der Struktur der Filtereinrichtung 18,
beispielsweise ein Loch, aufgetreten ist. Tritt ein solches Loch
auf, fällt
ein Signal dp des Differenzdrucksensors 34 (7b)
sehr schnell ab, da das Abgas durch das Loch in der Filtereinrichtung 18 mit
geringem Widerstand hindurchtreten kann, obwohl an anderen Stellen
der Filtereinrichtung 18 die Rußpartikel noch nicht vollständig abgebrannt
sind. In der Steuer- und Regeleinrichtung 32 wird daher
das Signal des Differenzdrucksensors 36 in einem solchen
Fall adaptiert. Ein entsprechendes Verfahren ist in 8 dargestellt:
Nach
einem Startblock 84 wird in 86 geprüft, ob die vom
Temperatursensor erfasste Abgastemperatur Tex größer ist
als ein Grenzwert G1. Ist dies der Fall, wird in einem Block 90 abgefragt,
ob die Abgastemperatur Tex größer ist
ein Grenzwert G2 (G2 > G1).
Ist dies ebenfalls der Fall, wird in einem Block 92 das
Signal dp des Differenzdrucksensors 34 adaptiert. Andernfalls 88 wird
die exotherme Reaktion in der Filtereinrichtung 18 und
somit auch deren Regeneration im Block 88 verlangsamt.
Das Verfahren endet im einem Endblock 94.
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Die
stromaufwärts
von der Filtereinrichtung 18 angeordnete erste Sensoreinrichtung 22 kann
zur Prognose der Beladung der Filtereinrichtung 18 und zur Überwachung
von deren kontinuierlicher Regeneration verwendet werden. Dies geht
aus 8 hervor: Mittels der Lambdasonde 48 oder
aus abgelegten Kennfelddaten wird ein Sauerstoffgehalt (Block 96)
und mittels des Temperatursensors 26 eine Abgastemperatur
Tex (Block 98) ermittelt. Hieraus
wird in 100 die im Oxidationskatalysator 16 hergestellte Stickoxidmenge
unter Zuhilfenahme hinterlegter Kennfelddaten ermittelt bzw. abgeschätzt. Aus
dieser ergibt sich im Block 102 wiederum eine Stärke –dC/dt des
möglichen
Abbaus von in der Filtereinrichtung 18 angelagerten Rußpartikeln.
Aufgrund des Signals des Partikelsensors 24 wird in 104 eine
Stärke +dC/dt
des möglichen
Zuwachses von angelagerten Rußpartikeln
ermittelt.
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In 106 wird
eine Bilanz erstellt, aus der sich eine mögliche aktuelle Beladung Cload1
der Filtereinrichtung 18 mit Rußpartikeln ergibt. Aus dem
Signal des Differenzdrucksensors 34 und dem Differenzdruck
dp (Block 108) wird in 110 ebenfalls eine aktuelle
Beladung Cload2 der Filtereinrichtung 18 mit Rußpartikeln
ermittelt. Die beiden in den Blöcken 106 und 110 ermittelten
Beladungen werden in einem Block 112 miteinander verglichen.
Abhängig
von dem Vergleich wird im Block 114 das Signal des Differenzdrucksensors 34 adaptiert.