DE102005016132A1 - Exhaust system for internal combustion (IC) engine, makes particulate sensors on upstream side of particulate filter independently operable with respect to their reference conditions - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Abgassystem umfassend einen Partikelfilter und einen dem Abgas der Brennkraftmaschine ausgesetzten ersten und zweiten Partikelsensor zur Erfassung einer Abgas-Partikelbelastung sowie ein Verfahren zur Erfassung einer Partikelbelastung eines Abgases einer Brennkraftmaschine, bei welchem eine auf einem Partikelsensor abgelagerte Partikelmenge erfasst wird.The The invention relates to an internal combustion engine with an exhaust system comprising a particulate filter and an exhaust gas of the internal combustion engine exposed first and second particle sensor for detecting a Exhaust particulate loading and a method for detecting a Particle load of an exhaust gas of an internal combustion engine, in which detects a deposited on a particle sensor amount of particles becomes.
Aus
der
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Brennkraftmaschine und ein Verfahren anzugeben, welche eine zuverlässigere Erfassung der Abgaspartikelbelastung ermöglichen.task The invention is therefore an internal combustion engine and a method indicate which one is more reliable Allow detection of exhaust particulate loading.
Diese Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.These Task is by an internal combustion engine with the characteristics of Claim 1 and by a method having the features of the claim 7 solved.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine zeichnet sich gemäß Anspruch 1 dadurch aus, dass ein erster Partikelsensor und ein zweiter Partikelsensor vorgesehen sind, wobei der erste und der zweite Partikelsensor unabhängig voneinander in einen Referenzzustand bringbar sind. Als Folge dieser unabhängigen Betriebsweise können die Partikelsensoren zeitversetzt in ihren jeweiligen Referenzzustand gebracht werden, wodurch gewährleistet ist, dass wenigstens einer der Sensoren ständig einsatzbereit ist und die Partikelbelastung des Abgases erfassen kann. Es entstehen daher keine Messpausen, so dass der Beladungszustand des Partikelfilters besonders zuverlässig ermittelt werden kann. Ferner wird damit eine Redundanz bei der Überwachung der Abgasqualität erreicht, so dass beispielsweise bei einem Totalausfall eines der beiden Sensoren die Erfassung der Abgaspartikelbelastung durch den anderen weiterhin erfolgen kann. Auf diese Weise ist nach einem Totalausfall eines der Sensoren ein schadstoffarmer Betrieb der Brennkraftmaschine zumindest eine gewisse Zeit lang ermöglicht.The inventive internal combustion engine records according to the claim 1 characterized in that a first particle sensor and a second particle sensor are provided, wherein the first and the second particle sensor independently can be brought into a reference state. As a result of this independent operation can the particle sensors delayed in their respective reference state be brought, thereby ensuring is that at least one of the sensors is always ready for use and can detect the particulate load of the exhaust gas. It therefore arises no measuring breaks, so that the loading condition of the particulate filter especially reliable can be determined. It also provides redundancy in monitoring the exhaust quality achieved, so that, for example, in a total failure of one of both sensors detecting the exhaust particulate loading by the other can continue to take place. This way is after a total failure one of the sensors low-emission operation of the internal combustion engine at least for a certain amount of time.
Unter einer Abgaspartikelbelastung wird in diesem Zusammenhang eine vorzugsweise auf die Zeit oder die Abgasmenge bezogene Menge an partikelförmigen Abgasbestandteilen verstanden, welche das Abgassystem am Einbauort des jeweiligen Sensors passiert. Ein mit dieser Menge korrelierender Anteil lagert sich auf den Partikelsensoren ab, wobei die Sensoren so ausgebildet sind, dass sie ein Messsignal abgeben können, welches mit der abgelagerten Partikelmenge korreliert. Aufgrund der zeitlich veränderlichen Menge abgelagerter Partikel erzeugen die Partikelsensoren daher jeweils ein entsprechendes, zeitlich veränderliches Signal. Es ist daher vorgesehen, dass die Sensoren von Zeit zu Zeit in einen Referenzzustand gebracht werden können. Dieser Referenzzustand ist als Zustand des Partikelsensors zu verstehen, bei welchem das Sensorsignal eindeutig einer bestimmten Menge an abgelagerten Partikeln zugeordnet werden kann. Vorzugsweise handelt es sich dabei um einen Zustand, bei welchem der Sensor im Wesentlichen frei von beladenen Partikeln, insbesondere frei von beladenen Rußpartikeln ist. Dementsprechend stellt das in diesem Zustand erhaltene Sensorsignal ein Nullpunktssignal dar. Im Referenzzustand erfolgt somit vorzugsweise eine Nullpunktskalibrierung des Partikelsensors.Under an exhaust particulate load is in this context a preferred amount of particulate exhaust gas constituents based on the time or amount of exhaust gas understood which the exhaust system at the installation of the respective sensor happens. A proportion correlating with this amount is stored on the particle sensors, with the sensors being designed that they can deliver a measuring signal which coincides with the deposited Particle quantity correlates. Due to the time-varying Quantity of deposited particles therefore generate the particle sensors each a corresponding, time-varying signal. It is therefore provided that the sensors from time to time in a reference state can be brought. This reference state is to be understood as the state of the particle sensor, in which the sensor signal clearly to a certain amount deposited particles can be assigned. Preferably this is a condition in which the sensor essentially free of loaded particles, in particular free of loaded soot particles is. Accordingly, the sensor signal obtained in this state a zero point signal. In the reference state is thus preferably a zero point calibration of the particle sensor.
Zur Erzielung des Referenzzustands ist vorzugsweise eine Konditionierung derart vorgesehen, dass auf dem Partikelsensor abgelagerte Partikel wenigstens teilweise entfernt werden. Besonders bevorzugt ist es, den Referenzzustand durch Abbrennen von auf dem jeweiligen Sensor abgelagerten Partikeln herbeizuführen. Hierzu wird der Sensor für eine vorgebbare Zeit auf eine erhöhte Temperatur aufgeheizt, so dass die überwiegend aus Ruß bestehenden Partikel abbrennen. Auf diese Weise erfolgt ein Zurücksetzen des Sensorsignals.to Obtaining the reference state is preferably a conditioning provided such that particles deposited on the particle sensor at least partially removed. It is particularly preferred, the reference state by burning off particles deposited on the respective sensor bring about. For this purpose, the sensor for a predetermined time to an increased Temperature heated so that the predominantly made of soot Burn off particles. In this way, a reset takes place the sensor signal.
Es ist vorgesehen, dass der erste Partikelsensor und der zweite Partikelsensor unabhängig voneinander betrieben werden und erfindungsgemäß unabhängig voneinander in ihren jeweiligen Referenzzustand gebracht werden können. Dabei wird der hierfür vorzugsweise vorgesehene Rußabbrandvorgang eines Sensors derart durchgeführt, dass der Messbetrieb des jeweils anderen Sensors nicht beeinträchtigt ist.It is envisaged that the first particle sensor and the second particle sensor are operated independently of each other and can be brought independently according to the invention in their respective reference state. In this case, the soot burn-off process of a sensor, which is preferably provided for this purpose, is carried out in such a way that the measuring operation of the respective other sensor is not impaired.
In Ausgestaltung der Erfindung sind der erste Partikelsensor und der zweite Partikelsensor benachbart zueinander im Abgassystem angeordnet. Beide Sensoren erfassen somit die gleiche Partikelbelastung des Abgases. Die Signale bzw. Messwerte der beiden Sensoren können daher wenigstens zeitweise miteinander abgeglichen werden, wodurch eine besonders genaue Erfassung der Abgaspartikelbelastung ermöglicht ist.In Embodiment of the invention are the first particle sensor and the second particle sensor disposed adjacent to each other in the exhaust system. Both Sensors thus detect the same particulate load of the exhaust gas. The signals or measured values of the two sensors can therefore be at least temporarily be compared with each other, whereby a particularly accurate detection allows the exhaust particulate loading is.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen der erste Partikelsensor und der zweite Partikelsensor jeweils einen sensorischen Bereich auf, wobei die sensorischen Bereiche auf einem gemeinsamen Substrat angeordnet sind. Auf diese Weise ist wird der Platzbedarf für die Sensoren und deren Anschlüsse minimiert. Außerdem ist gewährleistet, dass die Sensoren von Abgas mit nahezu derselben Beschaffenheit angeströmt werden, so dass sie dieselbe Partikelbelastung erfassen. Auf diese Weise können ihre Signale miteinander abgeglichen werden.In Further embodiment of the invention, the first particle sensor and the second particle sensor each have a sensory area on, with the sensory areas on a common substrate are arranged. In this way is the space required for the sensors and their connections minimized. Furthermore is guaranteed that the sensors of exhaust gas with almost the same nature flows against so that they capture the same particle load. To this Way you can their signals are compared with each other.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind der erste Partikelsensor und der zweite Partikelsensor stromauf des Partikelfilters im Abgassystem angeordnet. Auf diese Weise ist die in den Partikelfilter einströmende Partikelmenge ermittelbar. Bei bekanntem oder ermitteltem Abscheidegrad des Partikelfilters kann somit dessen Beladung mit Partikeln laufend ermittelt werden und ein optimaler Zeitpunkt für eine Partikelfilterregeneration bestimmt werden.In Further embodiment of the invention are the first particle sensor and the second particulate sensor upstream of the particulate filter in the exhaust system arranged. In this way, the amount of particles flowing into the particulate filter is determined. With known or determined degree of separation of the particulate filter Thus, its loading with particles can be determined continuously and an optimal time for a particle filter regeneration can be determined.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist stromab des Partikelfilters ein dritter Partikelsensor im Abgassystem angeordnet. Dies ermöglicht eine Ermittlung des Filterwirkungsgrads bzw. des Partikelabscheidegrads. Somit ist eine Diagnose des Partikelfilters ermöglicht. Wird vom dritten Partikelsensor eine Überschreitung einer vorgebbaren Abgaspartikelbelastung festgestellt, so wird ein Filterdefekt diagnostiziert.In Another embodiment of the invention is downstream of the particulate filter a third particle sensor arranged in the exhaust system. This allows a determination the filter efficiency or the Partikelabscheidegrads. Thus is allows a diagnosis of the particulate filter. Is exceeded by the third particle sensor determined a predetermined exhaust particulate loading, so is a Filter defect diagnosed.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist wenigstens einer der Partikelsensoren als impedometrischer Sensor ausgebildet. Vorzugsweise sind sowohl der erste und der zweite als auch ein gegebenenfalls vorhandener dritter Partikelsensor als impedometrische Sensoren ausgebildet und die auf einem jeweiligen sensitiven Bereich abgelagerte Partikelmenge kann über die Impedanz einer auf einem Sensorträger angeordneten Elektrodenanordnung erfasst werden. Dabei umfasst die Impedanz auch einen Gleichstromwiderstand. Vorzugsweise wird der impedometrische Sensor jedoch mit einer Wechselspannung betrieben. Auf diese Weise können auch geringe Rußbeladungen erfasst werden, welche noch nicht zur Ausbildung einer bezüglich Gleichstrom leitfähigen Brücke zwischen zwei benachbarten Elektroden und somit zu einem beobachtbaren Änderung des Gleichstromwiderstands führen.In Another embodiment of the invention is at least one of the particle sensors designed as impedometric sensor. Preferably, both the first and the second as well as an optionally existing one third particle sensor designed as impedometric sensors and the amount of particulate deposited on a respective sensitive area can over the impedance of an electrode arrangement arranged on a sensor carrier be recorded. The impedance also includes a DC resistance. Preferably, however, the impedometric sensor is provided with an alternating voltage operated. That way you can also low soot loadings be detected, which is not yet to form a DC conductive bridge between two adjacent electrodes and thus an observable change lead the DC resistance.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist wenigsten einer Partikelsensoren beheizbar ausgebildet. Vorzugsweise sind sowohl der erste und der zweite als auch ein gegebenenfalls vorhandener dritter Partikelsensor beheizbar ausgebildet. Somit kann ein Abbrennvorgang des jeweiligen Sensors autark und unabhängig von der Temperatur des Abgases durchgeführt werden. Der Sensor kann somit zu beliebigen Zeitpunkten in seinen jeweiligen Referenzzustand gebracht werden.In Another embodiment of the invention is at least one of particle sensors heated formed. Preferably, both the first and the second as well as an optionally existing third particle sensor can be heated educated. Thus, a burn-off of the respective sensor self-sufficient and independent be carried out by the temperature of the exhaust gas. The sensor can thus at any time in its respective reference state to be brought.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist gemäß Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Partikelsensor und ein zweiter Partikelsensor eingesetzt werden und für den ersten und den zweiten Partikelsensor wiederkehrende Konditionierungsvorgänge durchgeführt werden, so dass der jeweilige Partikelsensor in einen Referenzzustand gebracht wird. Durch die Konditionierungsvorgänge werden die Sensoren von Ablagerungen befreit und es wird auf diese Weise ein Referenzzustand herbeigeführt, bei welchem die Sensoren im wesentlichen frei von abgelagerten Partikeln sind. Da typischerweise mit zunehmender Partikelbeladung eines Sensors dessen Empfindlichkeit abnimmt, wird auf diese Weise in wiederkehrenden Abständen die maximale Empfindlichkeit der Sensoren wiederhergestellt. Vorzugsweise handelt es sich bei den Konditionierungsvorgängen jeweils um einen Rußabbrand, welcher durch Aktivieren eines im Sensor integrierten Heizelements mit entsprechendem Aufheizen erfolgt. Der Zeitpunkt für einen jeweiligen Konditionierungsvorgang ist dabei zweckmäßigerweise von der Beladung des Sensors abhängig. Die Häufigkeit der Konditionierungsvorgänge ergibt sich daher abhängig von der Partikelbelastung des Abgases, dem der Sensor ausgesetzt ist.The inventive method is according to claim 7, characterized in that a first particle sensor and a second particle sensor are used and for the first and the second Particle sensor recurring conditioning operations are performed so that the respective particle sensor brought into a reference state becomes. Due to the conditioning processes, the sensors of Deposits free and it becomes a reference state in this way brought about in which the sensors are substantially free of deposited particles are. As typically with increasing particle loading of a sensor whose sensitivity decreases, becomes so recurrent in this way intervals restored the maximum sensitivity of the sensors. Preferably if the conditioning operations are each a soot burn, which by activating a sensor integrated in the heating element with corresponding heating takes place. The time for one each conditioning process is expediently depends on the loading of the sensor. The frequency the conditioning operations is therefore dependent from the particulate load of the exhaust gas to which the sensor is exposed is.
In Ausgestaltung des Verfahrens werden die Konditionierungsvorgänge für den ersten und den zweiten Partikelsensor antizyklisch durchgeführt. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass die Konditionierungsvorgänge der beiden Sensoren niemals zeitlich zusammenfallen bzw. sich zeitlich überlappen. Fol glich ist ständig wenigstens einer der beiden Sensoren messbereit, so dass keinerlei Messpausen entstehen.In Embodiment of the method, the conditioning operations for the first and the second particle sensor carried out anticyclically. To this Way is guaranteed that the conditioning operations the two sensors never coincide in time or overlap in time. Consequently, it is constant at least one of the two sensors ready to measure, so that no Measurement breaks arise.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens werden der erste und der zweite Partikelsensor benachbart zueinander im Abgassystem angeordnet. Somit erfassen die beiden Sensoren dieselbe Abgaspartikelbelastung und es kann eine Plausibilitätsüberprüfung ihrer Signale durchgeführt werden. Ein Defekt oder ein Ausfall eines Sensors kann daher rasch bemerkt werden. In diesem Fall kann die Abgaspartikelbelastung jedoch weiterhin durch den intakten Sensor erfolgen. Auf diese Weise wird die Zuverlässigkeit der Messungen entscheidend verbessert.In a further embodiment of the method, the first and the second particle sensor be arranged adjacent to each other in the exhaust system. Thus, the two sensors detect the same exhaust particulate loading and a plausibility check of their signals can be performed. A defect or failure of a sensor can therefore be detected quickly. In this case, however, the exhaust particulate load may still be due to the intact sensor. In this way, the reliability of the measurements is significantly improved.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist ein zur Ausfilterung von Partikeln aus dem Abgas der Brennkraftmaschine geeigneter Partikelfilter vorgesehen und der erste und der zweite Partikelsensor werden stromauf des Partikelfilters im Abgassystem der Brennkraftmaschine angeordnet. Auf diese Weise erfolgt eine Reinigung des Abgases von Partikeln, wobei laufend die Belastung des Partikelfilters überwacht werden kann. Es ist daher möglich, die Partikelbeladung des Partikelfilters zu überwachen und gegebenenfalls rechtzeitig eine Partikelfilterregeneration einzuleiten. Dabei kann auch eine Summenbelastung ermittelt werden, so dass zwischen einer Rußbeladung und einer Aschebeladung des Filters unterschieden werden kann.In Another embodiment of the method is a for filtering Particles from the exhaust gas of the internal combustion engine suitable particle filter provided and the first and the second particle sensor are upstream the particulate filter disposed in the exhaust system of the internal combustion engine. In this way, a purification of the exhaust gas of particles, wherein continuously the load of the particulate filter can be monitored. It is therefore possible To monitor the particulate loading of the particulate filter and if necessary in time to initiate a particle filter regeneration. It can also a total load can be determined so that between a soot loading and an ash charge of the filter can be distinguished.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird ein dritter Partikelsensor stromab des Partikelfiters eingesetzt. Mittels des dritten Partikelsensors kann, insbesondere in Korrelation mit einem Messwert eines stromauf angeordneten Partikelsensors, der Filterwirkungsgrad bzw. der Abscheidegrad des Partikelfilters laufend überwacht werden. Speziell kann durch den dritten Sensor ein zu einem Partikeldurchbruch führender Filterdefekt erkannt werden.In Another embodiment of the method is a third particle sensor used downstream of the Partikelfiters. By means of the third particle sensor, in particular correlated with a measured value of an upstream Particle sensor, the filter efficiency and the degree of separation of the particulate filter constantly monitored become. Specifically, the third sensor may cause a particle breakthrough leading Filter defect can be detected.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens werden die Ausgangssignale des ersten und/oder des zweiten und/oder des dritten Partikelsensors zur Steuerung von Regenerationsvorgängen für den Partikelfilter herangezogen. Dabei kann sowohl die Häufigkeit bzw. der Zeitpunkt der Regenerationsvorgänge als auch deren Dauer gesteuert bzw. beeinflußt werden.In Further embodiment of the method, the output signals the first and / or the second and / or the third particle sensor used to control regeneration processes for the particulate filter. It can be both the frequency or the timing of the regeneration processes and their duration controlled or influenced.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens werden die Ausgangssignale des ersten und/oder des zweiten und/oder des dritten Partikelsensors zur Ermittlung eines Zustands des Partikelfilters herangezogen. Neben der Ermittlung des Beladungszustands kann auch der Abscheidegrad und damit die Funktionsfähigkeit des Partikelfilters ermittelt werden. Dabei ermöglicht insbesondere eine geeignete Auswertung der Signale von vor und hinter dem Partikelfilter angeordneten Partikelsensoren eine besonders zuverlässige onboard-Diagnose des Partikelfilters.In Further embodiment of the method, the output signals the first and / or the second and / or the third particle sensor used to determine a condition of the particulate filter. In addition to the determination of the loading state can also the degree of separation and thus the functionality of the particulate filter are determined. In particular, a suitable evaluation is possible the signals from upstream and downstream of the particulate filter arranged particle sensors a particularly reliable onboard diagnosis of the particulate filter.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht und werden nachfolgend beschrieben. Dabei sind die vorstehend genannten und nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Merkmalskombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.advantageous embodiments The invention is illustrated and illustrated in the drawings described below. Here are the above and to be explained below Features not only in the specified feature combination, but also usable in other combinations or in isolation, without to leave the scope of the present invention.
Es zeigen:It demonstrate:
In
Zur
Erfassung der Abgaspartikelbelastung sind eingangsseitig des Partikelfilters
Bei
normalem Betrieb des Motors
Die
Partikelsensoren
Insbesondere
wird die Notwendigkeit einer Partikelfilterregeneration durch thermischen
Rußabbrand
mittels der Partikelsensoren
Bei der Regeneration werden die angesammelten Partikel, die zu einem großen Teil aus Kohlenstoff bzw. Kohlenstoffverbindungen bestehen, verbrannt.at Regeneration becomes the accumulated particles that become one huge Part consist of carbon or carbon compounds, burned.
Nachfolgend
wird eine bevorzugte Ausführungsform
des gemäß der Erfindung
eingesetzten, in Planartechnik ausgeführten Partikelsensors anhand der
Auf
der Unterseite des ersten Substrats
Auf
dem ersten Substrat
Auf
dem zweiten Substrat
Eine
Isolierschicht
Die
IDK-Struktur
Eine
erste Versorgungsleitung
Die
Nachfolgend
werden das Funktionsprinzip und der normale Betrieb eines Partikelsensors
erläutert.
Dabei wird davon ausgegangen, dass der Sensor dem Abgas des Motors
Zum
Betrieb des Partikelsensors wird dieser zunächst aufgeheizt. Hierzu wird
von der Steuer- und Auswerteeinheit eine Heizspannung an die Anschlüsse
Das
in
In
dem in
Je
nach Höhe
der Partikelbelastung des Abgases sammeln sich Partikel jedoch mehr
oder weniger rasch auf dem Sensor an, so dass die in
Wie
aus dem Kurvenverlauf der
Hauptaufgabe
der Partikelsensoren
Die
Partikelbelastung des Abgases ist vor dem Partikelfilter
Die
bevorzugte Vorgehensweise wird nachfolgend anhand der
Durch
die erfindungsgemäße Vorgehensweise
ist gewährleistet,
dass die Partikelbelastung ohne Unterbrechung erfasst werden kann,
da laufend wenigstens einer der Sensoren
Claims (14)
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