DE102006057528A1

DE102006057528A1 - System und Verfahren zum Überwachen von Partikelfilterleistung

Info

Publication number: DE102006057528A1
Application number: DE102006057528A
Authority: DE
Inventors: Margherita Bloomfield Hills Zanini-Fisher; Michiel J. van Ann Arbor Nieuwstadt
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2005-12-06
Filing date: 2006-12-06
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2026-12-07
Also published as: DE102006057528B4

Abstract

Bei einer Vorrichtung, die einen Verbrennungsmotor, eine Abgasanlage zum Befördern von Motorabgas von dem Motor, einen in der Abgasanlage angeordneten Partikelfilter und einen stromabwärts des Partikelfilters in der Abgasanlage angeordneten Partikeldetektor aufweist, ein Verfahren zum Überwachen einer Leistungseigenschaft des Partikelfilters, das umfasst: das Detektieren eines Abgasstromanstiegs in der Abgasanlage; das Ermitteln, ob der Abgasstromanstieg bei einer Rate gleich oder größer als eine Grenzwertänderungsrate erfolgt; und bei Ermitteln, dass der Abgasstromanstieg bei einer Rate gleich oder größer als die Grenzwertänderungsrate erfolgt ist, dann das Ermitteln aus einem von dem Partikeldetektor empfangenen Signal, ob ein Wert eines Parameters, der mit dem Passieren von Partikeln durch den Partikelfilter in Verbindung steht, eine vorbestimmte Beziehung zu einem vorbestimmten Grenzwert hat, der eine Reduzierung des Wirkungsgrads der Filterung des Filters anzeigt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet von Schadstoffbegrenzungsanlagen und -verfahren für Kraftfahrzeuge.

Hintergrund und Kurzdarstellung

Partikelfilter werden zunehmend in Schadstoffbegrenzungsanlagen für Kraftfahrzeuge zum Senken von Partikelkonzentrationen im Abgas verwendet. Im Laufe der Zeit können diese Filter aber irreversible Einbußen der Filterwirkungsgrade erfahren, da der Filter aufgrund einer ungesteuerten Temperaturexkursion während des Filterregenerierungsvorgangs, mittels dessen der im Filter abgelagerte Ruß unter gesteuerten Motorbetriebsbedingungen abgebrannt wird, Risse entwickelt. Verluste beim Filterungswirkungsgrad können zu vermehrten Partikelemissionen weit über dem geregelten Grenzwert führen.

Ständig strengere Partikelemissionsrichtlinien und vorgeschlagene, von der Regierung angeordnete Onboard-Diagnoseforderungen (OBD) zur Überwachung des Filterungswirkungsgrads eines Partikelfilters haben viel Forschung bezüglich neuer Techniken zum Überwachen von Filterleistung angeregt. Derzeit stehen nur Laborinstrumente für Partikelmessungen zur Verfügung. Solche Instrumente messen typischerweise Partikelkonzentrationen mittels optischer, gravimetrischer oder elektrischer Verfahren. Diese Instrumente erfordern für ordnungsgemäßes Funktionieren typischerweise gesteuerte Betriebsbedingungen und umfangreiche Kalibrierung. Weiterhin können einige dieser Instrumente, beispielsweise Instrumente, die optische Messverfahren einsetzen, regelmäßige Reinigung erfordern. Daher sind diese Instrumente unter Umständen zu teuer und unter normalen Kraftfahrzeugbetriebsbedingungen zu schwierig zu verwenden, um eine praktische Lösung beim Überwachen von Partikelemissionen in Kraftfahrzeugen zu sein. Weiterhin sind andere Verfahren zum Detektieren eines Partikelfilterausfalls, beispielsweise das Differentialdruckverfahren, bei dem ein Druckdifferential über dem Filter überwacht wird, aufgrund der Interferenzwirkungen von Aschefüllung im Filter unter Umständen nicht zum Detektieren eines Ausfalls des Filters geeignet.

Die vorliegenden Erfinder haben erkannt, dass die Leistung eines Partikelfilters effizient und effektiv überwacht werden kann, indem in einer Einrichtung mit einem Verbrennungsmotor, einer Abgasanlage zum Befördern von Motorabgas vom Motor, einem in der Abgasanlage angeordneten Partikelfilter und einem stromabwärts des Partikelfilters in der Abgasanlage angeordneten Partikeldetektor ein Verfahren zum Überwachen einer Leistungseigenschaft des Partikelfilters, einschließlich Detektieren eines Anstiegs des Abgasstroms in der Abgasanlage; Ermitteln, ob der Anstieg des Abgasstroms bei einer Rate gleich oder größer als eine Grenzwertänderungsrate eintritt; und bei Ermitteln, dass der Anstieg des Abgasstroms bei einer Rate gleich oder größer als die Grenzwertänderungsrate eingetreten ist, dann Ermitteln aus einem von dem Partikeldetektor empfangenen Signal, ob ein Wert eines Parameters, der mit den Partikelfilter passierenden Partikeln in Zusammenhang steht, eine vorbestimmte Beziehung zu einem vorbestimmten Grenzwert hat, der eine Abnahme des Filterungswirkungsgrads des Filters anzeigt, ausgeführt wird. In manchen Ausführungen kann der Partikelsensor einen Bildladungssensorumfassen.

Kurzbeschreibung der Zeichnung
1 zeigt eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführung eines Dieselmotors.
2 zeigt eine graphische Darstellung der Ausgabe eines Bildladungssensors mit digitaler Ausgabe, der stromaufwärts eines Partikelfilters positioniert ist, verglichen mit einer eingeleiteten Luftmasse als Funktion von Zeit für mehrere Messungen.
3 zeigt eine graphische Darstellung der Ausgabe eines Bildladungssensors, der stromabwärts eines Partikelfilters positioniert ist, verglichen mit einer in einen Motor eingeleiteten Luftmasse als Funktion von Zeit für mehrere Messungen.
4 zeigt eine graphische Darstellung der Ausgaben eines Bildladungssensors, der stromabwärts eines ordnungsgemäß funktionierenden Partikelfilters positioniert ist, sowie einen Bildladungssensor, der stromabwärts eines fehlerhaft funktionierenden Partikelfilters positioniert ist, verglichen mit einer in einen Motor eingeleiteten Luftmasse als Funktion von Zeit für mehrere Messungen.
5 zeigt ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführung eines Verfahrens zum Überwachen einer Leistung eines Partikelfilters.
6 zeigt eine graphische Darstellung der Ausgaben eines stromaufwärts befindlichen Partikelsensors und eines stromabwärts befindlichen Partikelsensors verglichen mit einem Motorabgasstrom und einer Ableitung des Motorabgasstroms als Funktion von Zeit.
7 zeigt eine schematische Ansicht einer anderen beispielhaften Ausführung eines Dieselmotors.
8 zeigt ein Flussdiagramm einer anderen beispielhaften Ausführung eines Verfahrens zum Überwachen einer Leistung eines Partikelfilters.
9 zeigt eine graphische Darstellung der Ausgabe eines stromabwärts befindlichen Partikelsensors verglichen mit einem Motorabgasstrom und einer Ableitung desselben als Funktion von Zeit.
Eingehende Beschreibung der dargestellten Ausführungen
1 zeigt allgemein bei 10 eine beispielhafte Ausführung einer Dieselmotoranlage. Im Einzelnen umfasst der Verbrennungsmotor 10 mehrere Zylinder, wovon ein Zylinder in 1 gezeigt wird. Der Motor 10 wird durch ein elektronisches Steuergerät 12 gesteuert. Der Motor 10 weist einen Brennraum 14 und Zylinderwände 16 mit einem darin positionierten und mit einer Kurbelwelle 20 verbundenen Kolben 18 auf. Der Brennraum 14 steht mit einem Ansaugkrümmer 22 und einem Abgaskrümmer 24 mittels eines jeweiligen Einlassventils 26 und Auslassventils 28 in Verbindung.
Der Ansaugkrümmer 22 steht mittels einer Drosselklappe 32 mit einem Drosselklappengehäuse 30 in Verbindung. In einer Ausführung kann eine elektronisch gesteuerte Drosselklappe verwendet werden. In einer Ausführung wird die Drosselklappe elektronisch gesteuert, um einen festgelegten Unterdruckwert im Ansaugkrümmer 22 periodisch oder ständig zu wahren. Alternativ kann auf das Drosselklappengehäuse 30 und die Drosselklappe 32 verzichtet werden.
Der Brennraum 14 wird ferner mit einem damit verbundenen Einspritzventil 34 zum Zuführen von Kraftstoff proportional zur Impulsbreite des Signals (fpw) des Steuergeräts 12 gezeigt. Der Kraftstoff wird dem Einspritzventil 34 durch eine (nicht dargestellte) herkömmliche Kraftstoffanlage mit einem Kraftstofftank, einer Kraftstoffpumpe und einem (nicht dargestellten) Verteilerrohr zugeführt. Bei Direkteinspritzmotoren, wie in 1 gezeigt, wird eine Hochdruckkraftstoffanlage verwendet, beispielsweise eine als Common Rail System bezeichnete Speichereinspritzung. Es gibt aber mehrere andere Kraftstoffanlagen, die ebenfalls verwendet werden könnten, einschließlich aber nicht ausschließlich EUI (= elektronisch gesteuerte Pumpendüse), HEUI (=Hochdruckeinspritzsystem), etc.
In der abgebildeten Ausführung ist das Steuergerät 12 ein herkömmlicher Mikrocomputer und weist eine Mikroprozessoreinheit 40, Input/Output-Ports 42, einen elektronischen Speicher 44, der in diesem speziellen Beispiel ein elektronisch programmierbarer Speicher sein kann, einen Arbeitsspeicher 46 und einen herkömmlichen Datenbus auf.
Das Steuergerät 12 empfängt verschiedene Signale von mit dem Motor 10 verbundenen Sensoren, einschließlich aber nicht ausschließlich: Messungen der eingeleiteten Luftmasse (MAF) von einem Luftmassenmesser 50, der mit dem Luftfilter [A in 1] verbunden ist; der Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von einem mit einem Kühlmantel 54 verbundenen Temperaturfühler 52; einer Messung des Krümmerdrucks (MAP) von einem Krümmerdruckfühler 56, der mit dem Ansaugkrümmer 22 verbunden ist; einer Messung der Drosselklappenstellung (TP) von einem mit der Drosselklappe 32 verbundenen Drosselklappenstellungssensor 58; und ein Zündungsprofil-Aufnehmersignal (PIP) von einem mit der Kurbelwelle 20 verbundenen Hallgeber (kontaktlosen Weg/Spannungsumsetzer) 60, das eine Motordrehzahl anzeigt.
Der Motor 10 kann eine Abgasrückführungsanlage (AGR) aufweisen, um zum Senken von NO_x und anderen Emissionen beizutragen. Zum Beispiel kann der Motor 10 eine Hochdruck-AGR-Anlage aufweisen, bei der Abgas durch ein mit dem Abgaskrümmer 24 an einer Stelle stromaufwärts einer Abgasturbine 90a einer Verdichtungsvorrichtung 90 und mit dem Ansaugkrümmer 22 an einer Stelle stromabwärts eines Ansaugverdichters 90b der Verdichtungsvorrichtung 90 in Verbindung stehendes Hochdruck-AGR-Rohr 70 dem Ansaugkrümmer 22 zugeführt wird. Die dargestellte Hochdruck-AGR-Anlage weist eine Hochdruck-AGR-Ventilanordnung 72 auf, die in dem Hochdruck-AGR-Rohr 70 angeordnet ist. Abgas strömt von dem Abgaskrümmer 24 zunächst durch die Hochdruck-AGR-Ventilanordnung 72 und dann zum Ansaugkrümmer 22. Ein AGR-Kühler [in 1 bei Y gezeigt] kann sich in dem Hochdruck-AGR-Rohr 70 befinden, um rückgeführte Abgase zu kühlen, bevor sie in den Ansaugkrümmer eindringen. Das Kühlen erfolgt typischerweise mit Hilfe von Motorwasser, doch kann auch ein Luft-/Luft-Wärmetauscher verwendet werden.
Der Motor 10 kann auch eine Niederdruck-AGR-Anlage aufweisen. Die abgebildete Niederdruck-AGR-Anlage umfasst ein Niederdruck-AGR-Rohr 170, das mit dem Abgaskrümmer 22 an einer Stelle stromabwärts der Abgasturbine 90a und mit dem Ansaugkrümmer 22 an einer Stelle stromaufwärts des Ansaugverdichters 90b in Verbindung steht. Eine Niederdruckventilanordnung 172 ist im Niederdruck-AGR-Rohr 170 angeordnet. Abgas in der Niederdruck-AGR-Schleife strömt von der Turbine 90a durch eine katalytische Vorrichtung 82 (zum Beispiel einen Dieseloxidationskatalysator und/oder einen NO_x-Filter) und einen Dieselpartikelfilter 80, bevor es in das Niederdruck-AGR-Rohr 170 eindringt. Entlang des Niederdruck-AGR-Rohrs 170 kann ein Niederdruck-AGR-Kühler Ya positioniert sein.
Die Hochdruck-AGR-Ventilanordnung 72 und die Niederdruck-AGR-Ventilanordnung 172 weisen jeweils ein (nicht dargestelltes) Ventil zum Regeln einer variablen Querschnittbeschränkung des Hochdruck-AGR-Rohrs 70 und des Niederdruck-AGR-Rohrs 170 auf, welches dadurch das Strömen von Hochdruck- und Niederdruck-AGR jeweils regelt.
Mit der Hochdruck-AGR-Ventilanordnung 72 bzw. der Niederdruck-AGR-Ventilanordnung 172 sind Unterdruckregler 74 bzw. 174 verbunden. Die Unterdruckregler 74 und 174 empfangen vom Steuergerät 12 Betätigungssignale zum Steuern der Ventilstellungen der Hochdruck-AGR-Ventilanordnung 72 und der Niederdruck-AGR-Ventilanordnung 172. In einer bevorzugten Ausführung sind die Hochdruck-AGR-Ventilanordnung 72 und die Niederdruck-AGR-Ventilanordnung 172 unterdruckbetätigte Ventile. Es kann jedoch eine beliebige Art von Strömungsregelventil bzw. -ventilen verwendet werden, zum Beispiel ein elektrisches Magnetventil oder ein durch einen Schrittmotor betriebenes Ventil.
In der Abgasanlage kann zwischen dem Partikelfilter 80 und dem Endrohr ein Partikelsensor 176 platziert sein, um Partikelemissionen zu überwachen. Analog kann ein zweiter Partikelsensor 178 stromaufwärts des Partikelfilters 80 positioniert sein. Der Partikelsensor 178 kann entweder zwischen der katalytischen Vorrichtung 82 und dem Partikelfilter 80 (wie dargestellt) platziert werden oder kann stromaufwärts der katalytischen Vorrichtung 82 platziert werden. Der Partikelsensor 176 kann hierin als „nachgeschalteter Partikelsensor 176" bezeichnet werden und der Partikelsensor 178 kann hierin als „vorgeschalteter Partikelsensor 178" bezeichnet werden.
Die Verdichtungsvorrichtung 90 kann ein Turbolader oder eine andere derartige Vorrichtung sein. Die dargestellte Verdichtungsvorrichtung 90 weist eine in dem Abgaskrümmer 24 angebrachte Turbine 90a und einen in dem Ansaugkrümmer 22 mittels eines [in 1 bei X gezeigten] Ladeluftkühlers, der typischerweise ein Luft-/Luft-Wärmetauscher ist, aber auch wassergekühlt sein könnte, angebrachten Verdichter 90b auf. Die Turbine 90a ist typischerweise mittels einer Antriebswelle 92 mit dem Verdichter 90b verbunden. (Dies könnte auch eine Reihen-Turboladeranordnung, eine Einfach-VGT (verstellbare Turbinengeometrie), eine Doppel-VGT oder jede andere Anordnung von Turboladern sein, die verwendet werden könnte).
Weiterhin wird ein Gaspedal 94 zusammen mit einem Fuß 95 eines Fahrers gezeigt. Ein Pedalstellungssensor (pps) 96 misst die Winkelstellung des vom Fahrer betätigten Pedals.
Ferner kann der Motor 10 auch (nicht dargestellte) Abgas-/Kraftstoffverhältnissensoren aufweisen. Zum Beispiel kann eine unbeheizte Abgassonde (EGO) mit zwei Zuständen oder eine lineare unbeheizte Lambdasonde (UEGO) verwendet werden. Eine jede von diesen kann in dem Abgaskrümmer 24 oder stromab der Vorrichtungen 80, 82 oder 90 angeordnet werden. Es versteht sich, dass der dargestellte Dieselmotor 10 nur für Beispielzwecke gezeigt wird und dass die hierin beschriebenen Systeme und Verfahren in jedem anderen geeigneten Motor, der geeignete Bauteile und/oder eine geeignete Anordnung von Bauteilen aufweist, implementiert oder angewendet werden können.
Wie vorstehend beschrieben sind Partikelsensoren, die derzeit zum Detektieren von Partikelkonzentrationen in Kraftfahrzeugabgas verwendet werden, im Allgemeinen Instrumente von Laborqualität, die gesteuerte Betriebsbedingungen und umfangreiche Kalibrierung erfordern können. Daher sind diese Sensoren unter Umständen nicht für bei kommerziell gefertigten Kraftfahrzeugen für den Einsatz im Fahrzeug geeignet. Als Alternative zu diesen Sensoren von Laborqualität können ein nachgeschalteter Sensor 176 und ein vorgeschalteter Sensor 178 Bildladungssensoren sein. Bildladungssensoren werden typischerweise zum Messen des Vorhandenseins und/oder der Konzentration von Feststoffen wie Feststoffchemikalien, Lebensmitteln, Staub etc. in einem Fluidstrom verwendet, können bei niedrigen Kosten hergestellt werden und können der Exposition durch aggressives Dieselabgas besser standhalten als derzeit erhältliche Abgaspartikeldetektoren von Laborqualität. Ferner erfordern Bildladungssensoren unter Umständen eine weniger umfangreiche Kalibrierung als Sensoren von Laborqualität. Es kann ein jeder geeignete Bildladungssensor als nachgeschalteter Sensor 176 und/oder vorgeschalteter Sensor 178 verwendet werden. Beispiele für geeignete Bildladungssensoren umfassen den PCME DA550 PM Partikelsensor, der von PCME in Cambridgeshire, UK, erhältlich ist, sind aber nicht hierauf beschränkt.
Bildladungssensoren umfassen allgemein einen elektrisch leitenden Körper, beispielsweise einen Stab oder eine Platte oder eine Sonde anderer Form, der von der Umgebung isoliert ist. Die Sonde wird in einen Fluidstrom gegeben und entwickelt eine zeitabhängige induzierte Ladung, die durch zeitabhängiges Strömen von geladenen Partikeln erzeugt wird, die sich vor der Sonde in dem Fluidstrom bewegen. Eine solche zeitabhängige Ladung kann mittels eines Ladungsverstärkers oder mittels ähnlicher elektronischer Vorrichtungen detektiert werden, die mit der Sonde verbunden sind. Es ist bekannt, dass direkt vom Motor strömende Partikel dazu neigen, eine in etwa gleiche Verteilung positiv geladener und negativ geladener Partikel zu haben, die während Verbrennung und während des Blow-By-Vorgang erzeugt werden. Daher sind diese Partikel unter Umständen mit einem Bildladungssensor schwer zu detektieren, da die Vorrichtung eine Hochfrequenzreaktion haben müsste. Ein Teil der von dem Motor erzeugten Partikel wird aber im Laufe der Zeit an der Abgasanlagenwand abgeschieden, wobei der größte Teil dieser Abscheidungen stromaufwärts des Partikelfilters 80 vorliegt. Während eines plötzlichen Anstiegs des Abgasstroms werden Rußpartikel von den Wänden der Abgasanlage gelöst, wodurch die Partikelkonzentration im Abgas vorübergehend erhöht wird. Es hat sich gezeigt, dass die von den Wänden gelösten Partikel im Gegensatz zu der in etwa gleichmäßigen Verteilung von Ladungen, die sich in direkt vom Motor strömenden Partikeln findet, tribologisch mit vorrangig einer Ladungspolarität geladen sind. Es hat sich gezeigt, dass dieser transiente Stoß geladener Partikel, die von den Wänden gelöst wurden und sich vor der leitenden Sonde eines in den Abgasstrom eingeführten Bildladungssensor bewegen, ein bei einer relativ niedrigen Frequenz detektierbares Signal erzeugt.
2 zeigt allgemein bei 200 ein Diagramm der Signale eines stromaufwärts eines Partikelfilters und stromabwärts einer Platte, die zum Simulieren der Sperrwirkung eines Dieseloxidationskatalysators auf einen Abgasstrom ausgelegt ist, angeordneten Bildladungssensors. Die obere Gruppe von Linien, die bei 202 gezeigt werden, zeigen das Strömen durch einen Luftmassenmesser, der an dem Motoreinlass bei einer Motordrehzahl/einem Motordrehmoment von 1.000 U/min./200N·m positioniert ist. Die stufenartige Reaktion der Vorrichtung ist ein Artefakt der digitalen Signalaufbereitung des in dem Beispiel verwendeten spezifischen Bildladungssensors und ist nicht für die hierin gelehrten Verfahren relevant. Jede Gruppe von Stromdaten zeigt eine plötzliche Zunahme der Luftmasse, wie bei 204 gezeigt wird, die durch das Absperren eines AGR-Stroms zum Motor verursacht wird. Dies bewirkt auch einen Anstieg des Abgasstroms. Zum Beispiel reduziert das Abschalten der AGR die Partikelanzahl in etwa um das zwanzigfache, während die Luftmasse sich in etwa verdoppelt, wobei der größte Teil der Strömungsänderung innerhalb 0,2 s erfolgt.
Wie in 2 ersichtlich, geht die Zunahme der Luftmasse und des Abgasstroms mit einer Spitze des Signals des Bildladungssensors einher, wie sie bei 206 gezeigt wird. Jeder andere Motorbetriebsparameter, der eine Zunahme des Abgasstroms anzeigt, einschließlich aber nicht ausschließlich der Pedalstellung, Motordrehzahl, Ist-Drehmoment und/oder Änderungsrate eines anderen geeigneten Motorparameters, kann als Alternative zu dem Luftmassensignal verwendet werden, das in dieser Ausführung eingesetzt wird. Die Spitze des Signals von dem Bildladungssensor ist allgemein asymmetrisch und hat eine Breite in der Größenordnung von 2–3 s bei halber Höhe. 2 zeigt ferner, dass ähnliche Zunahmen des Abgasstroms von Signalen unterschiedlicher Größenordnungen von dem Bildladungssensor begleitet werden können, wie durch die verschiedenen Größenordnungen der Spitzen 206, 208 und 210 veranschaulicht wird. Ohne von der Theorie gebunden sein zu wollen, kann dies auf verschiedene Partikelmengen zurückzuführen sein, die sich an der Abgasanlagenwand zwischen verschiedenen Abgasstoßvorgängen ablagern.
Die Menge an von der Abgasanlagenwand pro Einheitszeit abgelösten Partikeln kann von der Rate abhängen, bei der der Abgasstrom zunimmt, und/oder von der Länge der Zeit vor dieser Abgastransiente, während der der Abgasstrom relativ konstant war oder abnahm und während derer der Abgasstrom eine relativ hohe Rußkonzentration enthält, was Rußablagerung an der Wand begünstigt.
2 zeigt weiterhin, dass unter einer Bedingung stationären Zustands (konstanter Abgasmassenstrom) das ausgegebene Vorrichtungssignal zu klein erscheint, um die Korrelation zwischen der Sensorausgabe und der Partikelkonzentration aufgrund der in etwa gleichen Verteilung von Partikeln entgegengesetzter Polaritäten, die direkt vom Motor 10 strömen, zu beurteilen.
Das Signal von dem Bildladungssensor kann während eines plötzlichen Abgasstromanstiegsereignisses relativ langsam ansteigen und abfallen. Daher kann das Signal von dem Bildladungssensor verglichen mit einem Sensor, der von der Abgasanlagenwand abgelöste Partikel durch einen Verbrennungs-/Blow-Down-Vorgang (d.h. die Verbrennungs- und Abgastakte des Motors) zu detektieren versucht, bei einer niedrigeren Frequenz abgetastet werden. Der zum Beispiel zum Erfassen der in 2 gezeigten Daten verwendete Sensor wurde bei einer Frequenz von etwa 10 Hz abgetastet, während die digitale Signalaufbereitung der Vorrichtung bei einer geringeren Frequenzrate (in etwa 1 Hz) aktualisiert wurde. Dies wird durch die treppenförmige Abfallkurve bei jedem Sensorsignaldiagramm demonstriert. Während die dargestellten Daten eine digitale Ausgabevorrichtung mit einer Reaktionszeit von etwa 1 s zeigen, versteht sich, dass auch jede andere geeignete Abtastfrequenz-Reaktionszeit, die entweder über oder unter 1 s liegt, verwendet werden kann.
3 zeigt allgemein bei 300 eine Darstellung der Signale von einem stromabwärts eines Partikelfilters positionierten Bildladungssensor während eines plötzlichen Abgasstromanstiegs. Es ist ersichtlich, dass die Signale des Bildladungssensors, die mit der Abgastransiente in Verbindung stehen, zwar gegenüber den Signalen von dem in 2 gezeigten vorgeschalteten Bildladungssensor gedämpft sind, aber immer noch signifikant stärkere Spitzensignale 302 als der Rauschpegel während des stationären Zustands des Motors aufweisen. Dies zeigt, dass der Bildladungssensor beim Detektieren von Partikeln stromabwärts des Partikelfilters wirksam ist und dass der Sensor beim Unterscheiden verschiedener Partikelkonzentrationen im Abgas wirksam ist. Partikel, die den Partikelfilter passieren, können geladen bleiben, da die Partikel nicht auf die Filterwände treffen, und können somit ein Signal an einem stromabwärts des Partikelfilters positionierten Sensor erzeugen.
4 zeigt allgemein bei 400 einen Vergleich eines Signals von einem Bildladungssensor, der stromaufwärts eines Partikelfilters 402 positioniert ist, eines Signals von einem Bildladungssensor, der stromabwärts eines ordnungsgemäß funktionierenden Partikelfilters 404 positioniert ist, und eines Signals von einem Bildladungssensor, der stromabwärts eines Partikelfilters 406 positioniert ist, der durch Erzeugen mehrerer Durchströmkanäle (> 10% der Wandströmkanäle), die verglichen mit einer Luftmassenströmrate als Funktion von Zeit einen sehr niedrigen Filterungswirkungsgrad haben, künstlich verschlechtert wurde. Die in 4 gezeigten Spitzen der Luftmassenströmrate wurden durch im Labor gesteuerte Drehzahl/Drehmomenttransienten erzeugt, die viel größere Änderungen des Abgasstroms erzeugen, als die durch Ein- oder Abschalten von AGR-Strömen verursachten Transienten. Die Sensoren wurden bei 1 Hz abgetastet, um die Daten in den Sensorreaktionsdiagrammen zu erhalten.
4 zeigt, dass die Reaktion des Sensors stromabwärts des teilweise angebohrten Filters 406 eine ähnliche, wenn auch etwas gedämpfte Reaktion wie die des stromaufwärts des Filters 402 befindlichen Sensors zeigt. Die Reaktion von dem Sensor stromabwärts des ordnungsgemäß funktionierenden Filters 404 zeigt dagegen eine noch größere Dämpfung, was anzeigt, dass der getestete Bildladungssensor einen Unterschied zwischen einem ordnungsgemäß funktionierenden und einem nicht ordnungsgemäß funktionierenden Partikelfilter detektierten kann. 4 zeigt auch, dass die Reaktion von jedem Bildladungssensor während der ersten Drehzahl/Drehmomenttransienten verglichen mit den Reaktionen von den anderen Drehzahl/Drehmomenttransienten größer ist, möglicherweise aufgrund der Ablagerung einer größeren Partikelmenge an der Abgasanlagenwand vor der ersten Transienten.
5 zeigt allgemein bei 500 ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführung eines Verfahrens zum Überwachen einer Leistung eines Motorabgas-Partikelfilters. Im Allgemeinen folgert das Verfahren 500 basierend auf den Signalen des nachgeschalteten Partikelsensors 176 und des vorgeschalteten Partikelsensors 178 sowie auf der Änderungsrate des Abgasstroms, die direkt gemessen oder von dem Motoreinlass-Luftmassenstrom und der eingespritzten Kraftstoffmasse abgeleitet werden kann, dass der Filterungswirkungsgrad des Partikelfilters unter einen bestimmten Grenzwert abgefallen ist. Die Ermittlung beruht auf einer Zählung geladener Abgaspartikelstöße, die verglichen mit einer Zählung geladener Partikelstöße, die ein Bildladungssignal oberhalb eines kalibrierbaren Grenzwerts im vorgeschalteten Parfikeldetektor 178 erzeugen, ein Bildladungssignal oberhalb eines kalibrierbaren Grenzwerts im nachgeschalteten Partikelsensor 176 erzeugen, wobei solche Signale in Verbindung mit einem schnellen Anstieg des Abgasstroms auftreten.
Im Einzelnen umfasst das Verfahren 500 zunächst bei 502 das Initialisieren der Zählvariablen und Konstanten, die im Verfahren eingesetzt werden. Als Nächstes umfasst das Verfahren 500 bei 504 das Abtasten der verschiedenen Motorsensoren und das Eingeben der Sensormesswerte in das Steuergerät 12. Nach dem Eingeben der Sensormesswerte umfasst das Verfahren 500 als Nächstes das Ermitteln bei 506, ob der Abgasstrom bei einer Rate zunimmt, die größer als ein vorbestimmter Grenzwert ist („Th_df"). Wenn nicht, macht das Verfahren 500 eine Schleife zurück zu 504, um erneut Sensormesswerte abzutasten und einzugeben. Der Vergleich der Rate des Abgasstromanstiegs mit dem Grenzwert trägt dazu bei, sicherzustellen, dass nur die Anstiege des Abgasstroms mit einer Änderungsrate, die zum Ablösen erheblicher Partikelmengen von den Abgasanlagenwänden ausreichen, bei der Diagnose des Partikelsensors verwendet werden.
Wenn dagegen bei 506 ermittelt wird, dass der Abgasstrom bei einer Rate von über Th_df ansteigt, dann weist das Verfahren 500 bei 508 das Ermitteln auf, ob das von dem vorgeschalteten Sensor („upSen") empfangene Signal größer als ein vorbestimmter Grenzwert Th_up des vorgeschalteten Sensors ist. Wenn das Signal upSen größer als der Grenzwert Th_up ist, dann weist das Verfahren 500 bei 510 das Anheben einer Zeitzählvariablen Tmup um einen ausgewählten Wert, der einer in der dargestellten Ausführung ist, und dann das Vorrücken zu Schritt 512 auf. Wenn dagegen das Signal upSen nicht größer als der Grenzwert Th_up ist, dann rückt das Verfahren 500 zu Schritt 512 vor, ohne die Zeitsteuervariable Tmup anzuheben. Die Verwendung der Zählvariablen Tmup ermöglicht es dem Verfahren 500, zu fordern, dass das Signal von dem vorgeschalteten Sensor eine vorbestimmte Zeitdauer lang über dem Sensorgrenzwert Th_up bleibt, bevor der Partikelsensormesswert für Diagnosezwecke verwendet wird.
Bei 512 wird Tmup mit einem Zeitgrenzwert Tm_up verglichen. Wenn Tmup größer als Tm_up ist (d.h. wenn ausreichend Zeit für den Anstieg der Partikel zur Verwendung für die Diagnose verstrichen ist), dann wird eine Zählerrariable up_Counter, die zum Zählen einer Anzahl an Partikelspitzen verwendet wird, die den Sensorausgabewert-Grenzwert Th_up und den Zeitgrenzwert Tm_up überschritten haben, um eins angehoben. Zusätzlich wird die Zeitzählvariable Tmup auf Null zurückgesetzt. Wenn dagegen Tmup nicht größer als der Grenzwert Tm_up ist, dann taktet das Verfahren 500 schließlich zurück zu 502, ohne up_Counter anzuheben und ohne die Zeitzählvariable Tmup zurückzusetzen.
Für den Grenzwert Tm_up und für den Anfangswert der Zählervariablen Tmup können beliebige geeignete Werte verwendet werden. Wenn zum Beispiel der Sensor eine Abtastrate von in etwa 100 ms hat, kann Tm_up einen Wert von 1 s haben und Tmup kann einen Anfangswert von 0 s haben. Mit diesen Werten würde ein Abgasstoß einen Anstieg des up_Counter nur verursachen, wenn die Änderung des Abgasstroms und die Ausgabe des vorgeschalteten Sensors eine Sekunde lang oder länger über den Grenzwerten bleiben. Ferner würde up_Counter um eine zusätzliche Stufe für jede zusätzliche Sekunde angehoben werden, die diese Werte über den Grenzwerten bleiben.
Als Nächstes werden ähnliche Schritte zu den bezüglich des vorgeschalteten Sensors ausgeführten Schritten bezüglich des nachgeschalteten Sensors ausgeführt. Zunächst wird bei 514 ein Signal von dem nachgeschalteten Sensor dnSen mit einem Grenzwert Th_dn des nachgeschalteten Sensors verglichen. Wenn das Sensorsignal dnSen größer als der Grenzwert Th_dn ist, dann wird eine Zeitzählvariable Tmdn bei 516 um einen Wert von eins angehoben und das Verfahren 500 geht weiter zu 518. Wenn dagegen das Sensorsignal dnSen nicht größer als der Grenzwert Th_do ist, dann wird der Zähler nicht angehoben. In jedem Fall umfasst das Verfahren 500 als Nächstes bei 518 das Vergleichen der Zeitzählvariablen Tmdn mit einem vorbestimmten Zeitgrenzwert Tm_dn, um zu sehen, ob das Signal dnSen von dem nachgeschalteten Sensor den Grenzwert Th_dn ausreichend lang überschritten hat, um für Diagnosezwecke gezählt zu werden. Wenn ja, dann wird eine Zählervariable dn_Counter, die zum Zählen einer Anzahl an Partikelspitzen verwendet wird, die den Grenzwert Th_dn des Sensorausgabewerts und den Zeitgrenzwert Tm_up überschritten haben, um eins angehoben. Wenn dagegen Tmup nicht größer als der Grenzwert Tm_up ist, dann taktet das Verfahren 500 zurück zu 502, ohne dn_Counter anzuheben.
Das Verfahren 500 läuft weiter eine Schleife durch, wie bei 520 gezeigt wird, bis up_Counter eine vorbestimmte maximale Anzahl Nmax überschreitet, die auf einer Anzahl an Abgasstoßereignissen beruhen kann, die als ausreichend Daten für die Diagnose liefernd gilt. Sobald up_Counter Nmax überschreitet, wird ein Verhältnis (das als „Leckindex" bezeichnet werden kann) von dn_Counter/up_Counter ermittelt und bei 522 mit einem Leckindexgrenzwert verglichen, der einen Grenzwert Bestanden/Nicht Bestanden für die Partikelleistung darstellt. Wenn der Leckindex größer als der vorbestimmte Leckindexgrenzwert ist, dann wird bei 524 ermittelt, dass der Partikelfilter nicht bestanden hat. Das Anzeigesignal für Nicht Bestanden wird dann zum Aktivieren der Fehlfunktionsanzeigeleuchte (MIL) verwendet. Wenn dagegen der Leckindex unter dem vorbestimmten Leckindexgrenzwert liegt, dann wird ermittelt, dass der Partikelfilter die Diagnose bestanden hat. Das Verfahren 500 kann bei jedem geeigneten Zeitpunkt ausgeführt werden und kann bei jedem geeigneten Intervall wiederholt werden.
Das Verfahren 500 bietet den Vorteil, dass die Diagnose nicht von präzisen Sensormessungen abhängt, sondern stattdessen lediglich testet, dass die Signale von den Sensoren verschiedene Grenzwerte erfüllen. Ferner macht die Verwendung von up_Counter und dn_Counter zum Zählen der Anzahl an Ereignissen, die die Grenzwerte bezüglich Größenordnung und Dauer des vorgeschalteten und nachgeschalteten Sensors übersteigen, die Diagnose weniger abhängig von den tatsächlichen Sensormesswerten, was die Verwendung billigerer und einfacherer Sensoren, beispielsweise von Bildladungssensoren, ermöglichen kann. Zudem ermöglicht das Ausführen der Diagnose nur nach plötzlichen Abgasstromanstiegen das problemlose Verwerfen von anderen am Sensor induzierten Störsignalen, wodurch der Detektionsgrenzwert von Partikeln, die durch den Partikelfilter lecken, angehoben wird.
6 zeigt allgemein bei 600 eine schematische Darstellung eines Signals von dem vorgeschalteten Partikelsensor 602, eines Signals von dem nachgeschalteten Partikelsensor 604, einer Änderungsrate des Abgasstroms 606 und einer Ableitung der Änderungsrate des Abgasstroms 608 als Funktion von Zeit. Weiterhin wird bei 610 ein beispielhafter Wert des Stromgrenzwerts Th_df gezeigt, bei 612 wird ein beispielhafter Wert des Grenzwerts Th_up des vorgeschalteten Sensors gezeigt und bei 614 wird ein beispielhafter Wert des Grenzwerts des nachgeschalteten Sensors gezeigt. Zusätzlich werden bei 620, 622, 624 und 626 vier beispielhafte Abgasstoßereignisse gezeigt. Abhängig von den für die Zeitgrenzwerte Tm_up und Tm_dn verwendeten Werten können die Abgasstromstöße 620, 622 und 626 ausreichen, um ein Steigen von up_Counter und/oder dn_Counter zu erzeugen. Der Abgasstromstoß 624 weist dagegen eine zu langsame Änderungsrate auf, um den Grenzwert Th_df zu überschreiten, und würde daher kein Ansteigen des up_Counter und des dn_Counter verursachen, selbst wenn die Sensorsignale größer als die Grenzwerte des Sensorsignals während der Stöße sind.
Änderungen der Grenzwerte können eine relativ große Wirkung auf die Größenordnung des aus up_Counter und dn_Counter ermittelten Leckindexes haben. Tabelle 1 zeigt einen Vergleich der Anzahl experimentell gesteuerter Abgasstromanstiege, die ausreichende Partikelstöße auslösten, um die Grenzwerte Th_dn von 0,4 V, 0,42 V und 0,44 V des nachgeschalteten Sensors zu überschreiten.
TABELLE 1
Wie in Tabelle 1 ersichtlich ist, kann ein entweder zu hoher oder zu niedriger Grenzwert für den Grenzwert Th_dn des nachgeschalteten Partikelsensors die Schwierigkeit des Detektierens eines verschlechterten oder ausgefallenen Partikelfilters vergrößern. Daher kann ein geeigneter Grenzwert experimentell ermittelt und/oder optimiert werden, um zwischen ordnungsgemäß funktionierenden und nicht ordnungsgemäß funktionierenden Partikelfiltern zu unterscheiden. Es versteht sich, dass die in Tabelle 1 gezeigten Grenzwertspannungen lediglich beispielhaft sind und dass ein Sensor abhängig vom Sensoraufbau, der zum Verstärken und/oder Verarbeiten des Sensorsignals verwendeten Elektronik und anderen derartigen Faktoren eine andere optimale Grenzwertspannung aufweisen kann.
7 zeigt allgemein bei 700 eine schematische Ansicht einer anderen Ausführung eines Motors. Der Motor 700 umfasst einen einzelnen Partikelsensor 702, der stromabwärts eines Partikelfilters 704 positioniert ist. Da der Motor 700 keinen stromaufwärts des Partikelfilters 704 positionierten Partikelsensor aufweist, kann das Verfahren 500 nicht zur Verwendung mit diesem Motor geeignet sein. Stattdessen kann ein Verfahren verwendet werden, das auf dem Signal des Partikelsensors 702 und einer Messung von Rußablagerung an den Abgasanlagenwänden beruht, die aus der Länge der Zeit vor der Abgasstromtransienten geschätzt wird, die der Motor bei Bedingungen, die einer Partikelerzeugung förderlich sind, und bei einer relativ konstanten Abgasgeschwindigkeit arbeitet. Ein Maß für Bestanden/Nicht Bestanden der Partikelfilterleistung kann durch die Summe der integrierten Sensorausgabe während eines Strömungsstoßes, skaliert durch die Rußablagerung vor dem Ereignis, gegeben werden, wobei die Summe für eine kalibrierbare Anzahl von Ereignissen übertragen werden kann.
8 zeigt allgemein bei 800 ein Flussdiagramm einer beispielhaften Ausführung eines Verfahrens zum Überwachen der Leistung eines Partikelfilters mit einem einzigen, stromabwärts des Partikelfilters positionierten Partikelsensor. Im Allgemeinen umfasst das Verfahren 800 zunächst Schätzen oder anderweitiges Ermitteln eines Maßes von Rußablagerung in der Abgasanlage stromaufwärts des Partikelfilters und dann Detektieren einer Größenordnung eines Signals von dem nachgeschalteten Partikelsensor bei Eintreten eines Anstiegs der Abgasströmrate. Eine Leistung des Partikelfilters kann durch einen Vergleich des Signals des Partikelsensors und des Maßes der Rußablagerung ermittelt werden. Es versteht sich, dass die spezifischen Schritte und die Reihenfolge der in 8 gezeigten Schritte lediglich beispielhaft sind und dass andere spezifische Schritte und/oder eine andere Reihenfolge von Schritten verwendet werden können.
Verfahren 800 umfasst zunächst bei 802 das Initialisieren von Variablen und Konstanten, die in dem Verfahren eingesetzt werden, und dann bei 804 das Abtasten der verschiedenen Motorsensoren und das Eingeben der abgetasteten Werte in das Steuergerät 12. Als Nächstes wird ein absoluter Wert der Änderungsrate des Abgasstroms überwacht und bei 806 mit einer ersten Grenzwertänderungsrate Th_dfmin verglichen. Ein absoluter Wert der Änderungsrate des Abgasstroms unter Th_dfmin zeigt Betrieb bei stationärem Zustand an. Wenn der absolute Wert der Änderungsrate des Abgasstroms unter Th_dfmin liegt, umfasst das Verfahren 800 als Nächstes bei 808 das Überprüfen, dass eine Ereignisflagge, die ein Abgasstrom-Anstiegsereignis signalisiert, bei 0 gesetzt ist (was bedeutet, dass kein Abgasstrom-Anstiegsereignis eintritt), und dann das Anheben eines Rußablagerungszählers Soot_acc um einen vorbestimmten Betrag. Der Betrag, um den der Rußablagerungszähler angehoben wird, kann zum Beispiel aus einem vorgegebenen Kennfeld von Abgaspartikelkonzentrationen als Funktion von verschiedenen Motorvariablen ermittelt werden. Alternativ kann ein Maß oder eine Schätzung der Rußablagerung in der Abgasanlage stromaufwärts des Partikelfilters in anderer geeigneter Weise ermittelt werden.
Das Verfahren 800 durchläuft weiter die Schleife durch 804, 806 und 808, wodurch die Rußablagerungssumme Soot_acc erhöht wird, bis ein Anstieg des Abgasstroms detektiert wird. Wenn der absolute Wert der Änderungsrate des Abgasstroms größer als der Grenzwert Th_dfmin ist, dann wird bei 810 ermittelt, ob der Anstieg größer als ein zweiter vorbestimmter Änderungsratengrenzwert Th_df ist. Wenn die Änderungsrate größer als der Grenzwert Th_df ist, zeigt dies an, dass die Änderungsrate groß genug ist, um einen Stoß der Abgaspartikelkonzentration zu verursachen, der groß genug für Diagnosezwecke ist. In diesem Fall umfasst das Verfahren 800 als Nächstes bei 812 das Ändern der Abgasstromanstiegsereignisflagge auf einen Wert von 1 und dann das Initialisieren eines Zeitgebers Tdel auf einen vorbestimmten Wert del_th. Die Funktion des Zeitgebers Tdel wird nachstehend beschrieben.
Nach Initialisieren des Zeitgebers Tdel bei 812 umfasst das Verfahren 800 als Nächstes bei 814 das Ermitteln, ob der Messwert des Partikelsensors, der sich stromabwärts des Partikelfilters befindet, über einem Grenzwert Sen_th liegt, wobei der Grenzwert Sen_th zum Beispiel einen Grenzwert darstellt, der ausreichend hoch ist, um Sensorrauschen von einem Anstieg der Partikelkonzentration zu unterscheiden, die durch den Anstieg der Rate des Abgasstroms verursacht wird. Wenn der Sensormesswert unter dem Grenzwert Sen_th liegt, dann kehrt das Verfahren 800 zurück zu 804. Wenn dagegen der Sensormesswert über dem Grenzwert liegt, dann umfasst das Verfahren 800 als Nächstes bei 816 das Beginnen der Integration des Sensormesswerts als Funktion von Zeit. Dies wird durch die Gleichung Even = Even + sensor(i) angezeigt, wobei der Term „Even" das integrierte Signal des Sensors als Funktion von Zeit darstellt und wobei „sensor(i)" den i-ten inkrementalen Sensormesswert darstellt. Dann geht das Verfahren 800 weiter durch die Schleife durch 804, 806, 810, 812, 814 und 816, während die Änderungsrate des Abgasstroms über dem Grenzwert Th_df bleibt.
An einem bestimmten Punkt fällt die Änderungsrate des Abgasstroms unter den Grenzwert Th_df. Während dieses Übergangszeitraums kann der absolute Wert der Änderungsrate immer noch über dem Grenzwert Th_dfmin bleiben. Unter diesen Bedingungen rückt das Verfahren 800 durch die Schritte 804 und 806 zu Schritt 810 vor. Wenn aber bei 810 die Änderungsrate des Abgasstroms unter dem Grenzwert Th_df liegt, dann wird der Status der Ereignisflagge ev_flg bei 818 ermittelt und der Wert des Zeitzählers Tdel um eins gesenkt, wenn die Ereignisflagge gleich 1 ist. Als Nächstes wird bei 820 ermittelt, ob Tdel auf Null gesenkt wurde, und wenn Tdel noch nicht gleich Null ist, dann wird die Integration des Sensormesswerts bei 816 fortgesetzt. Auf diese Weise führt das Verfahren 800 die Integration des Signals über einen vorbestimmten Zeitraum weiter aus, der gleich del_th ist, nachdem die Änderungsrate des Abgasstroms unter die Grenzwertänderungsrate Th_df fällt.
Schließlich wird der Zeitzähler Tdel auf einen Wert null gesenkt. Sobald dies erfolgt, detektiert das Verfahren 800 den Nullwert von Tdel bei 820 und rückt dann zu 822 vor. Bei 822 wird ein Ereigniszähler N_ev um eins angehoben, was anzeigt, dass das aktuelle Abgasanstiegsereignis abgeschlossen ist. Als Nächstes wird ein Leckindex durch Dividieren des integrierten Sensorsignals (Even) des abgeschlossenen Ereignisses durch das ermittelte Rußablagerungsmaß (Soot_ac), das vor Beginn des abgeschlossenen Ereignisses vorlag, und Addieren dieses Quotienten zu dem gesamten Leckindex (Leakage_index) berechnet. Als Nächstes werden die Rußablagerungsvariable Soot_ac, die Signalintegrationsvariable Even und die Ereignisflagge ev_flg jeweils auf Null zurückgesetzt und der Zeitzähler Tdel wird auf den vorbestimmten Anfangswert del_th zurückgesetzt. Dann kehrt das Verfahren 800 bei 824 zurück zu 804, um erneut zu beginnen. Auf diese Weise summiert das Verfahren 800 den Leckindex über eine vorbestimmte Anzahl N_ev von Abgas-Ratenanstiegsereignissen. Sobald N_ev einen vorbestimmten maximalen Zählerstand erreicht, umfasst das Verfahren 800 als Nächstes bei 826 das Vergleichen des Werts der Variablen Leakage_index mit einem vorbestimmten Maximalwert L_index_max. Wenn Leakage_index unter L_index max liegt, zeigt dies an, dass der Partikelfilter ausreichend arbeitet, wie bei 828 gezeigt wird. Wenn dagegen Leakage_index größer als L_index max ist, zeigt dies an, dass der Partikelfilter nicht ausreichend arbeitet, wie bei 830 gezeigt wird. Bei Ermitteln, dass der Partikelfilter nicht ausreichend arbeitet, kann das Steuergerät 12 eine MIL oder eine andere derartige Anzeige aufleuchten lassen, um einen Nutzer des Fahrzeugs aufzufordern, den Partikelfilter austauschen zu lassen.
9 zeigt allgemein bei 900 eine schematische Darstellung (bei 902) eines Signals des nachgeschalteten Partikelsensors, eine Änderungsrate des Abgasstroms (bei 904) und eine Ableitung der Änderungsrate des Abgasstroms (bei 906) als Funktion von Zeit. Weiterhin werden ein beispielhafter Wert des Änderungsratengrenzwerts Th_df des Strömens bei 908 und ein beispielhafter Wert des Sensorgrenzwerts sen_th bei 910 gezeigt. Die Flächen unter der Sensorgrenzwertkurve, die während der Ausführung des Verfahrens 800 integriert werden, werden bei 912a, 912b und 912c gezeigt. Zunächst unter Verweis auf die Fläche 912a wird diese Integration durch einen Anstieg der Strömrate ausgelöst, die den Änderungsratengrenzwert 908 übersteigt, sowie durch einen Anstieg der Sensorausgabe auf einen Wert über dem Sensorgrenzwert 910. Die gesamte Fläche unter diesem Teil der Kurve, die den Sensorgrenzwert 910 überschreitet, wird integriert, wenn der in dem Verfahren 800 eingesetzte Zeitzähler Tdel die Integration über eine ausreichende Zeitdauer fortsetzt, nachdem der Anstieg der Abgasstromrate unter den Änderungsratengrenzwert 908 fällt.
Als Nächstes ist unter Bezug auf die Flächen 912b und 912c ersichtlich, dass nur ein Teil der Flächen unter den entsprechenden Abgasstromspitzen, die über dem Sensorgrenzwert 910 liegen, für jede dieser Flächen integriert werden. Dies liegt daran, dass die Änderungsrate des Abgasstroms unter den Änderungsratengrenzwert 908 fällt und der Zeitzähler Tdel auf Null vorrückt, bevor die Sensorausgabe unter den Sensorgrenzwert 910 fällt. Daher integriert das Verfahren 800, wie in 9 gezeigt, die Ausgabe des Partikelsensors 702 nur für den Zeitraum während und direkt nach einem plötzlichen Anstieg des Abgasstroms. Das Verfahren 800 kann die Partikelsensorausgabe über einen geeigneten Intervall weiter integrieren, nachdem die Rate der Abgasstromänderung unter den Änderungsratengrenzwert 908 fällt, oder kann das Integrieren zu dem Zeitpunkt beenden, da die Rate der Abgasstromänderung unter den Grenzwert 908 fällt.
Die hierin beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können auch in anderen Anwendungen als der Überwachung einer Leistung eines Partikelfilters verwendet werden. Zum Beispiel können die offenbarten Vorrichtungen und Verfahren auch zum Ausführen von Diagnose zur Funktionsfähigkeit der Partikelsensoren verwendet werden. Ein Beispiel für ein Verfahren zum Durchführen einer diagnostischen Ermittlung bezüglich der Funktionsfähigkeit oder Leistung eines Partikelsensors bzw. von Partikelsensoren ist wie folgt. Zuerst kann ein Maß oder ein Grad von Partikelablagerung an einer Wand der Abgasanlage stromaufwärts des Partikelsensors bzw. der Partikelsensoren zum Beispiel wie vorstehend bezüglich der Prozesse 804–808 in 8 beschrieben ermittelt werden. Als Nächstes kann ein Anstieg des Abgasstroms detektiert werden (direkt oder indirekt mittels anderer Motorbetriebsbedingungen), und die Rate, bei der der Abgasstrom ansteigt, kann mit einer Grenzwertrate des Abgasstromanstiegs verglichen werden, wie vorstehend bezüglich Prozess 810 in 8 beschrieben wird. Wenn die Rate des Abgasstromanstiegs nicht eine vorbestimmte Beziehung zur Grenzwertrate des Abgasstromanstiegs erfüllt, dann kann die Diagnose bis zu einem folgenden Abgasstromanstieg aufgeschoben werden, der die vorbestimmte Beziehung erfüllt. Es kann jede geeignete Beziehung als vorbestimmte Beziehung zwischen der ermittelten Rate des Abgasstromanstiegs und der Grenzwertrate des Abgasstromanstiegs verwendet werden. Beispiele für geeignete Beziehungen umfassen, sind aber nicht hierauf beschränkt, dass die ermittelte Rate des Abgasstromanstiegs größer oder gleich der Grenzwertrate des Abgasstromanstiegs ist.
Wenn dagegen die Rate des Abgasstromanstiegs die vorbestimmte Beziehung zur Grenzwertrate des Abgasstromanstiegs erfüllt, dann kann eine Ausgabe des Partikelsensors mit einem vorbestimmten diagnostischen Ausgabegrenzwert verglichen werden. Wenn die Ausgabe des Partikelsensors eine vorbestimmte Beziehung zu einem vorbestimmten diagnostischen Sensorausgabegrenzwert hat, dann kann ermittelt werden, dass sich der Partikelsensor verschlechtert hat, und es kann eine Warnung aktiviert werden, um einen Fahrzeugbediener auf diesen Zustand aufmerksam zu machen. Wenn dagegen die Ausgabe des Partikelsensors nicht die vorbestimmte Beziehung zu dem diagnostischen Sensorausgabegrenzwert aufweist, dann kann ermittelt werden, dass der Partikelsensor nicht signifikant schlechter geworden ist. Es kann jede geeignete Beziehung als die vorbestimmte Beziehung zwischen der Sensorausgabe und dem vorbestimmten diagnostischen Sensorausgabegrenzwert verwendet werden. Beispiele umfassen Sensorausgaben mit einer absoluten Größenordnung oder einer absoluten Änderung der Größenordnung gleich oder unter dem vorbestimmten diagnostischen Sensorausgabegrenzwert, sind aber nicht hierauf beschränkt. Die in diesem Vergleich verwendete Ausgabe des Sensors kann eine momentane Ausgabe, eine Integration der Sensorausgabe über einem Zeitintervall, ein Motorzyklusintervall oder ein anderes Intervall sein oder kann jede andere geeignete Wiedergabe der Ausgabe des betreffenden Sensors sein.
Die Grenzwertrate des Abgasstromanstiegs kann jeden geeigneten Wert haben. Beispiele für geeignete Grenzwertraten des Abgasstromanstiegs umfassen Grenzwertraten ausreichender Größenordnung, um ständig detektierbare Partikelmengen von den Abgasanlagenwänden zu lösen, sind aber nicht hierauf beschränkt. Weiterhin können in manchen Ausführungen verschiedene Grenzwertraten des Abgasstromanstiegs für verschiedene ermittelte Maße der Partikelablagerung an der Abgasanlagenwand stromaufwärts des betreffenden Sensors verwendet werden, während in anderen Ausführungen eine einzelne Grenzwertrate des Abgasstromanstiegs unabhängig von dem ermittelten Maß der Partikelablagerung an der Abgasanlagenwand verwendet werden kann. Bei Verwenden von verschiedenen Grenzwertraten des Abgasstromanstiegs für verschiedene ermittelte Maße der Partikelablagerung an der Abgasanlagenwand können eine Tabelle oder ein Kennfeld von mehreren ermittelten Maßen der Partikelablagerung an der Abgasanlagenwand und entsprechende Grenzwertraten des Abgasstromanstiegs im Speicher am Steuergerät 12 gespeichert werden.
Analog kann der diagnostische Sensorausgabegrenzwert jeden geeigneten Wert haben. Beispiele für geeignete Werte für den diagnostischen Sensorausgabegrenzwert umfassen Werte, die einen Grad an unwesentlicher Leistungsverschlechterung des betreffenden Sensors zulassen, ohne eine Warnung auszulösen, sind aber nicht hierauf beschränkt. In einigen Ausführungen können ferner verschiedene diagnostische Sensorausgabegrenzwerte für verschiedene ermittelte Maße an Partikelablagerung an der Abgasanlagenwand stromaufwärts des betreffenden Sensors verwendet werden, während in anderen Ausführungen ein einzelner diagnostischer Sensorausgabegrenzwert unabhängig vom ermittelten Maß der Partikelablagerung an der Abgasanlagenwand verwendet werden kann. Wenn verschiedene diagnostische Sensorausgabegrenzwerte für verschiedene ermittelte Maße der Partikelablagerung an der Abgasanlagenwand verwendet werden, können eine Tabelle oder ein Kennfeld von ermittelten Maßen der Partikelablagerung an der Abgasanlagenwand und entsprechende Grenzwertraten des Abgasstromanstiegs im Speicher am Steuergerät 12 gespeichert werden.
Eine Sensordiagnose wie die vorstehend beschriebene Diagnose kann für einen entweder stromaufwärts oder stromabwärts eines Partikelfilters angeordneten Sensor ausgeführt werden. Wenn der Partikelfilter aber ordnungsgemäß funktioniert, können ungenügend Partikel einen stromabwärts des Partikelfilters angeordneten Sensor erreichen, um die Diagnose zuverlässig durchzuführen. Daher kann das Steuergerät 12 dafür ausgelegt werden, eine Diagnose eines stromabwärts des Partikelfilters angeordneten Sensors nur unter Bedingungen auszuführen, während denen Partikelmengen, die von dem nachgeschalteten Partikelsensor detektierbar sind, von den Abgasanlagenwänden zum Beispiel während Zeiträumen abgelöst werden, während denen ein ausreichend hohes Maß an Partikelablagerung an der Abgasanlagenwand wahrscheinlich eingetreten ist, was aus den Motorbetriebsbedingungen während des Zeitraums ermittelt wird, und/oder während Zeiträumen eines ausreichend hohen Abgasstromratenanstiegs.
Die Ausführungen von Systemen und Verfahren, die hierin zum Überwachen einer Leistung eines Partikelfilters offenbart werden, sind beispielhafter Natur, und diese spezifischen Ausführungen sollen nicht in einschränkendem Sinn gesehen werden, da zahlreiche Abwandlungen möglich sind. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht nahe liegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Partikelsensor- und Abgasanlagenkonfigurationen, -systeme und -verfahren zum Überwachen der Leistung des Partikelfilters mittels der verschiedenen Partikelsensoren sowie andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart werden. Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neuartig und nicht nahe liegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein" Element oder „ein erstes" Element oder dessen Entsprechung beziehen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass ein oder mehrere solche Elemente einbezogen werden, wobei zwei oder mehrere solche Elemente weder gefordert noch ausgeschlossen werden. Durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlegen neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung können andere Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften beansprucht werden. Solche Ansprüche, seien sie nun vom Schutzbereich her breiter, enger, gleich oder anders gefasst als die ursprünglichen Ansprüche, werden ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.

Claims

Bei einer Vorrichtung, die einen Verbrennungsmotor, eine Abgasanlage zum Befördern von Motorabgas von dem Motor, einen in der Abgasanlage angeordneten Partikelfilter und einen stromabwärts des Partikelfilters in der Abgasanlage angeordneten Partikelsensor aufweist, ein Verfahren zum Überwachen einer Leistungseigenschaft des Partikelfilters, welches umfasst: Detektieren eines Abgasstromanstiegs in der Abgasanlage; Ermitteln, ob der Abgasstromanstieg bei einer Rate gleich oder größer als eine Grenzwertänderungsrate erfolgt; und bei Ermitteln, dass der Abgasstromanstieg bei einer Rate gleich oder größer als die Grenzwertänderungsrate erfolgt ist, dann Ermitteln aus einem von dem Partikelsensor empfangenen Signal, ob ein Wert eines Parameters, der mit dem Passieren von Partikeln durch den Partikelfilter in Verbindung steht, eine vorbestimmte Beziehung zu einem vorbestimmten Grenzwert hat, der eine Reduzierung des Wirkungsgrads der Filterung des Filters anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelsensor ein Bildladungssensor ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln, ob der Wert des Parameters, der mit dem Passieren von Partikeln durch den Parfikelfilter in Verbindung steht, einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, das Integrieren des Signals für einen Intervall nach dem Detektieren des Abgasstromanstiegs umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Integrieren des Signals das Detektieren, wann die Anstiegsrate des Abgasstroms sich zu einer unter der Grenzwertänderungsrate liegenden Rate verschiebt, und das Integrieren des Signals für einen vorbestimmten Intervall, nachdem sich die Anstiegsrate des Abgasstroms zu einer unter der Grenzwertrate liegenden Rate verschiebt, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 3, welches weiterhin das Ermitteln eines Maßes an Partikelablagerung in der Abgasanlage stromaufwärts des Partikelfilters vor dem Detektieren eines Anstiegs des Abgasstroms umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Integrieren des Signals ein integriertes Signal bildet und dass das Ermitteln, ob ein Wert eines Parameters, der mit dem Passieren von Partikeln durch den Partikelfilter in Verbindung steht, einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, das Ermitteln eines Verhältnisses des integrierten Signals zum Maß der Partikelablagerung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis ein erstes Verhältnis ist, wobei es weiterhin das Ermitteln eines zweiten Verhältnisses bei Detektieren eines anschließenden Abgasratenanstiegsereignisses, das Summieren des ersten und des zweiten Verhältnisses zum Bilden einer Summe und das Vergleichen der Summe mit dem vorbestimmten Grenzwert umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelsensor ein nachgeschalteter Partikelsensor ist, und wobei es weiterhin einen vorgeschalteten Partikelsensor umfasst, der stromaufwärts des Partikelfilters angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der mit dem Passieren von Partikeln durch den Partikelfilter in Verbindung stehende Parameter aus einem Verhältnis eines Werts, der aus dem von dem nachgeschalteten Sensor empfangenen Signal abgeleitet ist, und eines Werts, der aus dem von dem vorgeschalteten Sensor empfangenen Signal abgeleitet ist, ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert, der aus dem von dem vorgeschalteten Sensor empfangenen Signal abgeleitet ist, durch Zählen einer Anzahl an Abgasratenanstiegsereignissen ermittelt wird, während denen das Signal von dem vorgeschalteten Sensor einen ersten vorbestimmten Amplitudengrenzwert über eine Dauer länger als ein erster vorbestimmter Zeitgrenzwert überschreitet, und dass ein Wert, der aus dem von dem nachgeschalteten Sensor empfangenen Signal abgeleitet ist, durch Zählen einer Anzahl an Abgasanstiegsereignissen ermittelt wird, während denen das Signals von dem nachgeschalteten Sensor einen zweiten vorbestimmten Amplitudengrenzwert über eine Dauer länger als ein zweiter vorbestimmter Grenzwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektieren eines Abgasstromanstiegs das Detektieren einer Änderung einer Motorbetriebsparameteränderung umfasst, die einen Anstieg des Abgasstroms anzeigt.
In einer Vorrichtung mit einem Verbrennungsmotor, einer Abgasanlage zum Befördern von Motorabgas von dem Motor, einem in der Abgasanlage angeordneten Partikelfilter, einem vorgeschalteten Partikelsensor, der stromaufwärts des Partikelfilters in der Abgasanlage angeordnet ist, und einem nachgeschalteten Partikelsensor, der stromabwärts des Partikelfilters in der Abgasanlage angeordnet ist, ein Verfahren zum Überwachen einer Leistung des Parfikelfilters, welches umfasst: Detektieren eines Abgasstromanstiegs in der Abgasanlage; Empfangen eines Signals von dem vorgeschalteten Partikelsensor und eines Signals von dem nachgeschalteten Partikelsensor nach Detektieren des Abgasstromanstiegs; und Ermitteln einer Leistungseigenschaft des Partikelfilters durch Vergleichen des Signals von dem vorgeschalteten Partikelsensor und des Signals von dem nachgeschalteten Partikelsensor.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Vergleichen des Signals von dem vorgeschalteten Partikelsensor und des Signals von dem nachgeschalteten Partikelsensor das Ermitteln eines Verhältnisses eines Werts, der aus dem von dem nachgeschalteten Sensor empfangenen Signal abgeleitet ist, und eines Werts, der aus dem von dem vorgeschalteten Sensor empfangenen Signal abgeleitet ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert, der aus dem von dem vorgeschalteten Sensor empfangenen Signal abgeleitet ist, durch Zählen einer Anzahl an Abgasanstiegsereignissen ermittelt wird, während denen das Signal von dem vorgeschalteten Sensor einen ersten vorbestimmten Amplitudengrenzwert für eine Dauer länger als ein erster vorbestimmter Zeitgrenzwert überschreitet, und dass ein Wert, der aus dem von dem nachgeschalteten Sensor empfangenen Signal abgeleitet ist, durch Zählen einer Anzahl an Abgasanstiegsereignissen ermittelt wird, während denen das Signal von dem nachgeschalteten Sensor einen zweiten vorbestimmten Amplitudengrenzwert über eine Dauer länger als ein zweiter vorbestimmter Zeitgrenzwert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 12, welches weiterhin das Detektieren einer Änderungsrate des Abgasstromanstiegs, das Vergleichen der Änderungsrate mit einer vorbestimmten Grenzwertänderungsrate und das Ermitteln der Leistungseigenschaft, nur wenn die Änderungsrate gleich oder größer als die Grenzwertänderungsrate ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgeschaltete Sensor und der nachgeschaltete Sensor Bildladungssensoren sind.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Detektieren eines Abgasstromanstiegs das Detektieren einer Änderung einer Motorbetriebsparameteränderung umfasst, die einen Abgasstromanstieg anzeigt.
Vorrichtung mit: einem Verbrennungsmotor; einer Abgasanlage zum Befördern von Motorabgas von dem Motor; einem in der Abgasanlage angeordneten Partikelfilter; einem stromabwärts des Partikelfilters in der Abgasanlage angeordneten Partikelsensor; und einem dafür ausgelegten Steuergerät, eine Motorbetriebsparameteränderung zu detektieren, die einen Abgasstromanstieg in der Abgasanlage anzeigt, zu ermitteln, ob der Abgasstromanstieg bei einer Rate gleich oder größer als eine Grenzwertänderungsrate erfolgt und bei Ermitteln, dass der Abgasstromanstieg bei einer Rate gleich oder größer als die Grenzwertänderungsrate erfolgt ist, dann aus einem von dem Partikelsensor empfangenen Signal zu ermitteln, ob ein Wert eines Parameters, der mit dem Passieren von Partikeln durch den Partikelfilter in Verbindung steht, eine vorbestimmte Beziehung zu einem vorbestimmten Grenzwert hat, der eine Reduzierung des Wirkungsgrads der Filterung des Filters anzeigt.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelsensor ein Bildladungssensor ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät dafür ausgelegt ist, durch Integrieren des Signals für einen Intervall nach Detektieren des Abgasstromanstiegs zum Bilden eines integrierten Signals zu ermitteln, ob der Wert des Parameters, der mit dem Passieren von Partikeln durch den Partikelfilter in Verbindung steht, einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät weiterhin dafür ausgelegt ist, zu detektieren, wann sich die Abgasstromanstiegsrate zu einer Rate unter der Grenzwertänderungsrate verschiebt, und das Signal für einen vorbestimmten Intervall nach Verschieben der Abgasstromanstiegsrate unter die Grenzwertrate zu integrieren.
Vorrichtung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät dafür ausgelegt ist, vor Detektieren eines Abgasstromanstiegs ein Maß von Partikelablagerung in der Abgasanlage stromaufwärts des Partikelfilters zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät dafür ausgelegt ist, durch Ermitteln eines Verhältnisses des integrierten Signals zu dem Maß der Partikelablagerung zu ermitteln, ob der Wert des Parameters, der mit dem Passieren von Partikeln durch den Partikelfilter in Verbindung steht, einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis ein erstes Verhältnis ist und dass das Steuergerät dafür ausgelegt ist, bei Detektieren eines anschließenden Abgasratenanstiegsereignisses ein zweites Verhältnis zu ermitteln, das erste und das zweite Verhältnis zu summieren und einen Partikelsummenwert zu bilden und den Partikelsummenwert mit dem vorbestimmten Grenzwert zu vergleichen.
Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelsensor ein nachgeschalteter Partikelsensor ist, wobei sie weiterhin einen vorgeschalteten Partikelsensor umfasst, der stromaufwärts des Partikelsensors angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät dafür ausgelegt ist, den Parameter, der mit dem Passieren von Partikeln durch den Partikelfilter in Verbindung steht, aus einem Verhältnis eines Werts, der aus dem von dem nachgeschalteten Sensor empfangenen Signal abgeleitet ist, und eines Werts, der aus dem von dem vorgeschalteten Sensor empfangenen Signal abgeleitet ist, zu ermitteln.
Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät dafür ausgelegt ist, den Wert, der aus dem von dem vorgeschalteten Sensor empfangenen Signal abgeleitet ist, durch Zählen einer Anzahl an Abgasanstiegsereignissen zu ermitteln, während denen das Signal von dem vorgeschalteten Sensor einen vorbestimmten stromaufwärtigen Amplitudengrenzwert für eine Dauer länger als ein vorbestimmter stromaufwärtiger Zeitgrenzwert überschreitet, und dass das Steuergerät dafür ausgelegt ist, den Wert, der aus dem von dem nachgeschalteten Sensor empfangenen Signal abgeleitet ist, durch Zählen einer Anzahl an Abgasanstiegsereignissen zu ermitteln, während denen das Signal von dem nachgeschalteten Sensor einen vorbestimmten stromabwärtigen Amplitudengrenzwert für eine Dauer länger als ein vorbestimmter stromabwärtiger Zeitgrenzwert überschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät dafür ausgelegt ist, einen Abgasstromanstieg durch Detektieren einer Änderung einer Motorbetriebsparameteränderung zu ermitteln, die einen Abgasstromanstieg anzeigt.