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Die
vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität an der vorläufigen U.
S.-Patentanmeldung
Nr. 61/014,721, eingereicht am 18. Dezember 2007, mit dem Titel "Determination of
Diesel Particulate Filter Load Under Both Transient and Steady State
Drive Cycles", die
in ihrer Gesamtheit hiermit einbezogen wird.
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Hintergrund und Zusammenfassung
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Ein
Partikelfilter (PF) kann zur Verringerung von Stoffteilchenemissionen
von Motoren wie Dieselmotoren verwendet werden. Das PF kann regelmäßig regeneriert
werden, um die angesammelten Stoffteilchen zu entfernen. Die Regenerierung
kann durch Erhöhen
der Temperatur des PF auf ein vorgegebenes Niveau erfolgen, um die
angesammelten Stoffteilchen zu oxidieren.
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Die
zeitliche Festlegung der PF-Regenerierung kann die Betriebslebensdauer
des PF beeinflussen, da die Regenerierung eines mit Stoffteilchen überladenen
PF übermäßig hohe
Temperaturen verursachen und das Keramikmaterial des PF aufgrund von Überhitzung
möglicherweise
beschädigen
kann. Andererseits kann eine zu häufige Regenerierung in geringerer
Kraftstoffeinsparung resultieren, da Energie zur Erhöhung der
Abgastemperatur gebraucht wird. Außerdem kann eine zu häufige Regenerierung in
einer Verdünnung
des Motorschmieröls
resultieren, wodurch höhere
Garantieansprüche
durch stärkern
Verschleiß der
Bauteile verursacht werden.
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Die
zeitliche Festlegung der Regenerierung der PF-Stoffteilchen kann
z. B. auf Basis von Schätzungen
der Rußlast
oder auf Basis von Differenzdruckmessungen über das Filter zusammen mit
der Überwachung
anderer Parameter wie die Temperatur erfolgen.
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Die
Erfinder haben bei solchen Ansätzen verschiedene
Probleme erkannt. Insbesondere können
druckbasierte Messungen bei geringen Abgasvolumenströmen aufgrund
einer verschlechterten Genauigkeit von Sensoren an den Grenzen ihres
Betriebsbereichs zu ungenau sein. Außerdem können druckbasierte Messungen während instationärer Bedingungen
wegen der hohen Zeitkonstanten der Sensoren und der instationären Fluiddynamik
im Abgassystem zu ungenau sein.
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Um
die oben genannten Probleme zumindest teilweise anzugehen, stellen
die Erfinder verschiedene Systeme und Verfahren zur Aktualisierung der
PF-Rußlast
eines Motors bereit. Bei einer Ausführungsform kann das Verfahren
die Ausführung
der Regenerierung als Reaktion sowohl auf druckbasierte Messungen
als auch auf die geschätzte
Rußbelastung
unabhängig
von den druckbasierten Messungen enthalten, wobei während der
Bedingungen, unter denen die druckbasierten Messungen ungenau sein können, die
Rußlast
auf Basis der Betriebsbedingungen und früherer druckbasierter Messungen
geschätzt
wird, die während
früherer
Bedingungen, unter denen die druckbasierten Messungen genauer sind,
erfolgten. Auf diese Weise wird eine kontinuierlichere Überwachung
der Partikelfilterbelastung bereitgestellt, während z. B. die druckbasierten
Messungen aus den jüngsten
genauen Messwerten und Betriebsbedingungen, einschließlich instationäre Bedingungen,
die sich seit diesen Messwerten eingestellt haben, genutzt werden.
Somit kann eine zeitlich besser festgelegte Regenerierung vorgesehen
werden.
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Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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1 ist
eine schematische Darstellung eines beispielhaften Motors einschließlich eines
Rußlast-Überwachungssystems
zur Überwachung
der Rußlast
eines Partikelfilters.
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2 ist
ein schematisches Diagramm eines Beispiels für das Abgasreinigungssystem
des Motors von 1.
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3A bis 3B sind
ein beispielhaftes Flussdiagramm für ein Verfahren zur Überwachung der
Rußlast
eines PF, das im Rußlast-Überwachungssystem
von 1 implementiert werden kann.
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4 ist
ein Zeitdiagramm, das die Rußlastwerte
eines Partikelfilters über
der Zeit darstellt, die anhand eines Ausführungsbeispiels des hierin
offenbarten Systems und Verfahrens zur Überwachung der Rußlast eines
Partikelfilters bestimmt wurden. 4 zeigt
speziell ein künftiges
Betriebsbeispiel.
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Detaillierte Beschreibung
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1 ist
eine schematische Ansicht eines beispielhaften Motors 10 mit
innerer Verbrennung, bei dem das offenbarte System und Verfahren
zur Überwachung
der Rußlast
eines Partikelfilters implementiert werden können. Bei einem Beispiel kann
der Motor ein Dieselmotor sein.
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Der
Motor 10 mit innerer Verbrennung, der eine Mehrzahl Zylinder
aufweist, von denen einer in 1 dargestellt
ist, wird von einer elektronischen Motorsteuerung 12 gesteuert.
Der Motor 10 enthält einen
Brennraum 30 und Zylinderwandungen 32 mit einem
darin positionierten und mit einer Kurbelwelle 40 verbundenen
Kolben 36. In der Darstellung steht der Brennraum 30 über je ein
Einlassventil 52 und ein Auslassventil 54 mit
einem Einlasskrümmer 44 und einem
Abgaskrümmer 48 in
Verbindung. Der Motor 10 ist als Motor mit Direkteinspritzung
dargestellt, wobei eine Einspritzdüse 80 so angeordnet
ist, dass der Kraftstoff direkt in den Zylinder 30 eingespritzt
wird. Der Kraftstoff wird der Kraftstoffeinspritzdüse 80 über ein
Kraftstoffsystem (nicht dargestellt), das einen Kraftstofftank,
eine Kraftstoffpumpe und eine Hochdruck-Common-Rail-Anlage enthält, zugeführt. Die Kraftstoffeinspritzdüse 80 fördert Kraftstoff
proportional zur Impulsbreite eines Signals FPW von der Steuerung 12.
Sowohl die Kraftstoffmenge, die vom Signal FPW gesteuert wird, als
auch die Einspritzung können
einstellbar sein. Der Motor 10 kann unter einigen Bedingungen
z. B. mit Kompressionszündung arbeiten.
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Die
Steuerung 12 ist in 1 als ein
Mikrocomputer dargestellt, der enthält: eine Mikroprozessoreinheit 102,
Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 104, einen
Festspeicher 106, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff 108 und
einen herkömmlichen
Datenbus. Die Darstellung der Steuerung 12 zeigt den Empfang verschiedener
Signale von mit dem Motor 10 gekoppelten Sensoren zusätzlich zu
den zuvor erörterten Signalen:
Motorkühlmitteltemperatur
(ECT) vom Temperatursensor 112, der mit einem Kühlmantel 114 gekoppelt
ist; Messung des Krümmerdrucks (MAP)
vom Drucksensor 116, der mit dem Einlasskrümmer 44 gekoppelt
ist; Messung (AT) der Krümmertemperatur
vom Temperatursensor 117; Motordrehzahlsignal (RPM) vom
Motordrehzahlsensor, der mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt
ist.
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Ein
Abgasreinigungssystem 20 ist mit dem Abgaskrümmer 48 gekoppelt;
ein Ausführungsbeispiel
des Systems wird besonders unter Bezugnahme auf 2 beschrieben.
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Wie
angegeben kann bei einem Beispiel der Motor 10 mit Dieselkraftstoff
betriebener Motor sein, der mit Schichtlbefüllungsverbrennung unter Sauerstoffüberschussbedingungen
arbeitet. Wahlweise können
Einstellung der Kraftstofftaktung und Mehrfachkraftstoffeinspritzung
eingesetzt werden, um eine homogene Befüllungs verbrennung durch Kompressionszündung zu
erhalten. Obwohl ein magerer Betrieb gewählt werden kann, können die
Motorbedingungen auch so eingestellt werden, dass ein stöchiometrischer
Betrieb oder ein Betrieb mit fettem Luft-/Kraftstoffverhältnis möglich ist.
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Bei
einer anderen alternativen Ausführungsform
kann ein Turbolader über
die Einlass- und Abgaskrümmer
mit dem Motor 10 gekoppelt sein. Der Turbolader kann einen
Verdichter im Einlass und eine Turbine in der Abgasanlage haben,
die über
eine Welle gekoppelt sind. Außerdem
kann der Motor eine Drossel und eine Abgasrückführung enthalten.
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Nunmehr
sei auf 2 verwiesen, wonach das Abgasreinigungssystem 20 wahlweise
ein Katalysatorsystem 13 vor dem Partikelfilter 15 enthält. Es können verschiedene
Typen Katalysatoren optional verwendet werden, wie z. B. ein Katalysator
auf Harnstoffbasis mit selektiver katalytischer Reduktion (Selective
Catalytic Reduction; SCR), ein Oxidationskatalysator und/oder ein
NOx-Absorber, oder diese Katalysatoren mit dem Partikelfilter kombiniert
werden. Ein Beispiel für
den Fall eines SCR-Katalysators kann
eine basische Metall-/Zeolith-Formulierung mit optimaler NOx-Umwandlungsleistung
im Bereich von 200 bis 500°C
enthalten. Ein Reduktionsmittel, z. B. wässriger Harnstoff, kann bordintern
gespeichert und in das Abgassystem vor dem SCR-Katalysator eingespritzt
werden. Alternativ kann jede andere dem Fachmann bekannte Konstruktion
zur Zufuhr von Reduktionsmitteln wie Kohlenwasserstoffe (HC) an
ein Abgasaufbereitungsgerät
verwendet werden, wie der Einspritzverzug bei einem Motor des Direkteinspritztyps.
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Alternativ
kann das Katalysatorsystem 13 (getrennt oder zusätzlich zum
SCR-Katalysator) einen Oxidationskatalysator aufweisen, der einen
vorzugsweise Platin enthaltenden Edelmetallkatalysator zur raschen
Umwandlung der Kohlenwasserstoffe (HC), des Kohlenmonoxids (CO)
und des Stickstoffoxids (NO) im Motorabgas enthält. Der Oxidationskatalysator
kann auch zur Wärmezufuhr
in das Abgassystem (wie etwas zur Partikelfilterregenerierung) dienen,
wobei Wärme
abgegeben wird, wenn zusätzlich
HC über
den Oxidationskatalysator reduziert wird. Dies kann z. B. durch
eine Einspritzung im Zylinder während
entweder eines Arbeitshubs oder eines Auslasshubs oder während beider
(bei einem Direkteinspritzmotor) erzielt werden, oder bei einer
aus einer Reihe Alternativen, wie der Verzögerung der Voreinspritzung,
der stärkeren
Drosselung der EGR (Abgasrückführung) und
des Einlasses oder durch eine andere Vorgehensweise zur Erhöhung der HC-Konzentration
im Abgas. Alternativ können
Kohlenwasserstoffe direkt in den Abgasstrom, der in den Oxidationskatalysator
eintritt, eingespritzt werden. Ein Reduktionsmittelzufuhrsystem 19 wie
ein HC-Zufuhrsystem kann zur Lieferung von HC aus dem Kraftstofftank
oder einem Vorratsbehälter
zum Abgassystem verwendet werden, um Wärme zum Erwärmen des Partikelfilters 15 für Regenerierungszwecke
zu erzeugen.
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Das
Partikelfilter 15, das bei einem Beispiel ein Dieselpartikelfilter
(DPF) ist, kann stromabwärts des
Katalysatorsystems gekoppelt sein und zum Auffangen von Stoffteilchen
(z. B. Ruß)
dienen, die während
des Fahrzyklus des Fahrzeugs erzeugt werden. Das DPF kann aus vielfältigen Materialien
bestehen, einschließlich
Cordierit, Siliziumcarbid und anderen Hochtemperatur-Oxidkeramikmaterialien.
Sobald die Rußansammlung
eine vorgegebene Menge erreicht hat, kann die Regenerierung des
Filters begonnen werden. Die Filterregenerierung kann durch Erhitzen des
Filters auf eine Temperatur erfolgen, bei der Rußpartikel schneller verbrannt
werden als sich neue Rußpartikel
ablagern, z. B. 400 bis 600°C.
Bei einem Beispiel kann das DPF ein katalytisch gesteuertes Partikelfilter
mit einer Waschschicht aus Edelmetall wie Platin sein, um die Rußverbrennungstemperatur zu
senken und außerdem
Kohlenwasserstoffe sowie Kohlenmonoxid zu Kohlendioxid und Wasser
zu oxidieren.
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Ferner
ist zu beachten, dass ein Temperatursensor 21 mit dem DFP
gekoppelt dargestellt ist. Der Sensor oder weitere Temperatursensoren
könnten auch
innerhalb des DFP oder vor dem Filter angeordnet sein, oder die
DPF-Temperatur (oder Abgastemperatur) kann auf Basis der Betriebsbedingungen
unter Verwendung eines Abgastemperaturmodells geschätzt werden.
Bei einem bestimmten Beispiel können
mehrere Temperatursensoren verwendet werden, z. B. einer vor und
einer nach dem DPF.
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Außerdem ist
ein Diffeenzdrucksignal (Δp) dargestellt,
das von Drucksensoren 124 und 126 bestimmt wird.
Es ist zu beachten, dass auch ein einziger Differenzdruck zur Messung
des Differenzdrucks über
dem DPF 15 herangezogen werden kann. Es ist auch möglich, einen
Einzelanschluss-Überdrucksensor
(single Port gauge pressure sensor; SPGS) zu verwenden. Bei einer
weiteren alternativen Ausführungsform
kann das DPF an einer stromaufwärtigen Stelle
angeordnet sein, wobei ein optionaler Katalysator (oder Katalysatoren)
stromabwärts
angeordnet ist. Im Allgemeinen kann der Druckabfall (Δp) über das
DPF durch den Volumenstrom (F) und die Rußlast des DPF sowie andere
Faktoren wie Temperatur, Kraftstofftyp etc., die falls gewünscht einbezogen werden
können,
beeinflusst werden. Der Druckabfall kann Kontraktions- und Expansionsverluste,
Reibungsverluste der Strömung
entlang den Wandungen sowie Druckverluste, die z. B. auf die Bestimmung
der Rußbelastung
zurückgehen,
beinhalten.
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Wie
dem Fachmann bewusst ist, können
die nachstehend anhand der Flussdiagramme beschriebenen Routinen
eine oder mehrere Verarbeitungsstrategien wie ereignisgesteuerte,
unterbrechungsgesteuerte, Mehrprogrammverarbeitung, Nebenläufigkeit
und dgl. repräsentieren.
Das bedeutet, dass verschiedenen angegebenen Maßnahmen oder Funktionen in
der dargestellten Folge oder parallel ausgeführt oder in manchen Fällen weggelassen werden
können.
Die Reihenfolge der Verarbeitung ist gleichermaßen nicht notwendigerweise
zur Erzielung der Merkmale und Vorteile erforderlich, sondern dient der
Vereinfachung der Darstellung und Beschreibung. Obwohl dies nicht
explizit dargestellt ist, können
eine oder mehrere der dargestellten Maßnahmen oder Funktionen in
Abhängigkeit
von der jeweils verwendeten Strategie wiederholt ausgeführt werden.
Ferner repräsentieren
diese Figuren einen Code, der in das computerlesbare Speichermedium
in der Steuerung 12 zu programmieren ist.
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Anhand
von 3 wird eine Routine zur Bestimmung
der Rußbelastung
und damit die Steuerung der Regenerierung des Partikelfilters beschrieben,
z. B. auf Basis einer bestimmten Drosselung der Strömung, die
mit der Rußbelastung
korreliert werden kann, sowie auf Basis eines alternativen Modells der
Rußbelastung.
Bei einem Beispiel wird mit diesem Ansatz die DPF-Rußlast unter
variierenden Betriebsbedingungen aktualisiert, indem die in einem Modell
geschätzte
Rußlast
zum letzten gemessenen Wert der Rußlast addiert wird. Das Rußmodell
kann Ruß im
Motor-Feedgas enthalten, der hauptsächlich in Abhängigkeit
von Drehzahl und Drehmoment des Motors bestimmt wird. Die Umgebungs-
und Motorbetriebsbedingungen können
ebenfalls als Einflüsse auf
das Feedgas enthalten sein. Das Rußmodell kann den Ruß alle 100
msec schätzen,
wobei ein langsamer kalibrierter Zeitgeber die Häufigkeit bestimmt, mit der
sich der vom Modell geschätzte
Ruß akkumuliert
und zum gemessenen Wert der Rußlast addiert
wird. Dieser Zeitgeber kann nur aktiviert werden, wenn der Motor
läuft und
das PF, z. B. ein DPF, nicht im Regenerierungsmodus ist. Dieser
Zeitgeber kann so langsam kalibriert werden, dass er z. B. nur alle
sechs Minuten aktiv ist, und deshalb kann ein zusätzlicher
Akkumulator verwendet werden, um den während instationärer Bedingungen
wie oben erwähnt
erzeugten Ruß zu
erfassen. Dieser transiente Akkumulator kann ebenfalls mit derselben
Häufigkeit wie
der oben angegebene Zeitgeber, aber mit einer Verzögerung rückgesetzt
werden. Ruß vom
Rußmodell
kann unabhängig
akkumuliert und zum zuletzt gemessenen Wert der Rußlast addiert
werden. Wenn ein gemessener Wert der Rußlast vorhanden ist, wird die
akkumulierte Rußlast
vom Modell gelöscht
(z. B. auf null gesetzt). Die nachstehend beschriebene Routine 300 gemäß 3 gibt noch weitere Einzelheiten eines
beispielhaften Ansatzes.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass verschiedene Schritte der Routine 300 mit
verschiedener Häufigkeit
ausgeführt
werden können.
So können
z. B. die Schritte 302 bis 328 sowie die Schritte 348 und 350 mit
einer kalibrierbaren Häufigkeit,
wie etwa alle 10 Sekunden ausgeführt
werden. Die Schritte 332 bis 346 (Rußmodell)
können
alle 100 msec ausgeführt werden.
Schritt 330 kann mit einer kalibrierbaren Häufigkeit,
z. B. alle zwei Minuten ausgeführt
werden.
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In
der Routine 300 gemäß den 3A und 3B bedeutet "LOAD_PF" die gemessene Rußlast; "LOAD_PF_SOOT_MODEL" repräsentiert
die in einem inkrementellen Modell bestimmte Rußlast oder die Rußmenge,
die vom Rußmodell
in einer inkrementellen Periode während instationärer Bedingungen
akkumuliert wird; "LOAD_PF_SOOT_MODEL_SUM" repräsentiert
die kumulative in einem inkrementellen Modell bestimmte Rußlast oder
die Gesamtmenge des vom Rußmodell
akkumulierten Rußes
seit der letzten Aktualisierung von LOAD_PF; und "TOTAL_LOAD_PF" repräsentiert
die Gesamtmenge des aus der Messung und dem Motorrußmodell
akkumulierten Rußes.
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Im
Einzelnen kann die Routine 300 bei 302 die Bestimmung
enthalten, ob der Motor abgestellt ist. Wenn die Antwort nein ist,
geht die Routine zu 304 weiter.
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Bei 304 wird
bestimmt, ob sich das PF im Regenerierungsmodus befindet. Wenn die
Antwort nein ist, geht die Routine zu 306 weiter.
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Bei 306 wird
ein kalibrierbarer Zeitgeber zum Messen eines Intervalls, in dem
das PF zu überwachen
und aktualisieren ist, gestartet. Bei manchen Beispielen kann der
Zeitgeber so langsam kalibriert werden, dass er nur alle sechs Minuten
aktiviert wird. Der Zeitgeber kann so eingestellt werden, dass er
nur bei laufendem Motor arbeitet.
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Bei 308 kann
die Routine bestimmen, ob der Zeitgeber abgelaufen ist. Wenn der
Zeitgeber abläuft, kann
die Routine zu Schritt 310 weitergehen.
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Die
Routine kann eine Subroutine A zur Bestimmung, ob die gemessene
Rußlast
mit einer neu gemessenen Rußlast
aktualisiert wird, die auf Basis des Differenzdrucks über das
PF bestimmt wird, enthalten. Die Subroutine kann die Schritte 310, 312 und 314 enthalten.
Diese Routine kann sicherstellen, dass alle Abtastwerte, die zur
Berechnung der gemessenen Rußlast
gemittelt werden, während
eines Fahrzyklus abgetastet werden.
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Unter
bestimmten Betriebsbedingungen des Motors kann die Rußlast auf
Basis des gemessenen Differenzdrucks über das PF nicht genau bestimmt werden.
So kann z. B. die Messung der PF-Rußlast bei niedrigen Abgasvolumenströmen aufgrund
einer verschlechterten Genauigkeit der Drucksensoren unter niedrigen
Abgasstrombedingungen nicht ausreichend genau sein. Außerdem kann
die PF-Rußlast während instationärer Bedingungen
aufgrund der höheren
Zeitkonstanten der Sensoren und/oder der instationären Fluiddynamik
im Abgassystem ungenau sein. Während
dieser Bedingungen erfolgt deshalb die Schätzung der Rußbelastung
unabhängig
vom gemessenen Differenzdruck über
das PF. Stattdessen wird ein Rußmodell
verwendet, um die Rußlast auf
Basis der Drehzahl und der Last zu bestimmen, die dann auf die Motorbetriebs-
bzw. Umgebungsbedingungen korrigiert wird. Die korrigierte Ausgabe des
Rußmodells
wird dann zur neuesten Messung der Rußlast aus dem Differenzdruck
addiert, der unter Bedingungen außerhalb der oben angegebenen vorlag.
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Bei 310 bestimmt
die Routine, ob der Motor unter Bedingungen arbeitet, bei denen
die Rußlast des
PF genau gemessen werden kann, z. B. auf Basis eines gemessenen
Differenzdrucks über
das PF.
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Wenn
die Routine bei 310 bestimmt, dass der Motor unter Bedingungen
arbeitet, bei denen die Rußlast
des PF genau gemessen werden kann, kann die Routine zu 316 weitergehen,
und die bei 330 gemessene Rußlast des PF wird mit dem neu
gemessenen Wert aktualisiert. Wenn dagegen die Rußlast nicht
genau gemessen werden kann, kann die Routine zu 312 weitergehen
und die nicht aktualisierte Rußlast
verwenden; das Rußmodell
kann zur kontinuierlichen Aktualisierung der Rußlast verwendet werden.
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Bei 312 kann
die Routine den gleitenden Mittelwert der Rußlast löschen, wodurch der Akkumulator
bei 348 mit einer Verzögerungszeit 350 entsprechend
einem Rußmodell,
das eine nach einem kumulativen inkrementellen Modell bestimmte
Rußlast
berechnet, rückgesetzt
werden. Bei 314 kann die Routine die Aktualisierung der
nach einem kumulativen inkrementellen Modell bestimmten Rußlast beenden.
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Die
Routine kann außerdem
eine Subroutine B zum Aktualisieren der Rußlast mit einer nach einem
kumulativen inkrementellen Modell bestimmten Rußlast enthalten. Die Subroutine
kann 316, 318, 320 und 322, 324, 328 sowie 346 enthalten.
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Bei 316 bestimmt
die Routine eine aktuelle nach dem kumulativen inkrementellen Modell
bestimmte Rußlast,
indem individuelle nach dem inkrementellen Modell bestimmte Rußlasten
unter Verwendung eines Rußlastmodells
(Subroutine C) akkumuliert werden. Die nach dem inkrementellen Modell bestimmte
Rußlast
wird vom Rußlastmodell
(Subroutine C) aus 346 ausgegeben.
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Bei 318 bestimmt
die Routine, ob die Rußlast mit
einer neu gemessenen Rußlast
aktualisiert worden ist. Wenn die Antwort ja ist, geht die Routine
zu 320 weiter, andernfalls zu 322.
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Bei 320 setzt
die Routine die nach dem kumulativen inkrementellen Modell bestimmte
Rußlast auf
null zurück.
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Bei 322 gibt
die Subroutine eine nach dem kumulativen inkrementellen Modell bestimmte
Rußlast
aus. Die nach dem kumulativen inkrementellen Modell bestimmte Rußlast ist
null, wenn in Schritt 314 bestimmt wird, dass die Rußlast mit
einer neu gemessenen Rußlast
aktualisiert worden ist. Andernfalls wird die in Schritt 316 erhaltene
Summe als die nach dem kumulativen inkrementellen Modell bestimmte
Rußlast
ausgegeben.
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Bei 324 kann
die Routine eine vorige Rußlast mit
der nach dem inkrementellen Modell bestimmten Rußlast aktualisieren. Die in 330 erhaltene
vorige Rußlast
kann eine in 326 gemessene Rußlast sein, wenn der gleitende
Mittelwert der Rußlast
in Schritt 312 gelöscht
wurde, oder wenn die erforderliche Anzahl der Abtastwerte der gemessenen
Rußlast
nicht abgetastet worden ist.
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Bei 326 kann
die Routine die Gesamtmenge der Rußlast ausgeben, die von der
Rußlastmessung und
dem Motorrußmodell
akkumuliert worden ist.
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Bei 328 kann
die Routine zum Anfang zurückkehren.
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Die
Routine kann ferner eine Subroutine C mit einem Rußmodell
zur Berechnung der nach dem inkrementellen Modell bestimmten Rußlast enthalten.
Die Subroutine kann 332 bis 350 enthalten.
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Die
Rußabbildung 340 und
verschiedene Motorbetriebsbedingungen werden an ein Rußmodell 341 ausgegeben.
Die verschiedenen Motorbetriebsbedingungen können z. B. einen Korrekturfaktor 334 der
Krümmerlufttemperatur
(TBA), einen Korrekturfaktor 336 des Luftdurchsatzes, und
einen Korrekturfaktor 338 des Umgebungsluftdrucks enthalten.
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Das
Rußmodell 341 berechnet
eine korrigierte Rußschätzung 342,
die in einem Akkumulator 344 akkumuliert wird, um die Summe
des Rußes
zu erhalten, der während
instationärer
Bedingungen erzeugt wird. Die Routine gibt eine Rußlast 346 aus,
die nach einem inkrementellen Modell bestimmt wird. Der Akkumulator
kann bei 348 mit einer geringen Zeitverzögerung 350 rückgesetzt
werden, nachdem die Routine die nach dem inkrementellen Modell bestimmte Rußlast bei 346 ausgegeben
hat.
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Die
Rußabbildung 340 kann
in der Motorsteuerung gespeichert werden. Die verschiedenen Motorbetriebsbedingungen
können
z. B. einen Korrekturfaktor 334 der Krümmerlufttemperatur (TBA), einen
Korrekturfaktor 336 des Luftdurchsatzes, und einen Korrekturfaktor 338 des
Umgebungsluftdrucks enthalten, die mittels verschiedener Motorsensoren gemessen
oder berechnet werden können.
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Die
nach dem inkrementellen Modell bestimmte Rußlast 346 wird nach 316 ausgegeben,
um eine aktuelle nach dem kumulativen inkrementellen Modell bestimmte
Rußlast
zu bestimmen.
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4 ist
ein Zeitdiagramm 400, das die Rußlastwerte eines Partikelfilters
(PF) eine Rußlast-Überwachungssystems
von 1 darstellt, die in verschiedenen Zeitpunkten
während
eines Fahrzyklus eines Kraftfahrzeugs unter Verwendung des hierin
offenbarten Systems und Verfahrens zur Überwachung der Rußlast eines
PF bestimmt wurden.
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Bei
T1 wird der Motor des Kraftfahrzeugs gestartet.
Als Ergebnis beginnt ein kalibrierbarer Zeitgeber 401 zu
laufen, um ein oder mehrere vorgegebene Zeitintervalle 404 zu
messen. Die vorgegebenen Zeitintervalle 404 messen die
Häufigkeit,
mit der die Rußlast
des PF zu überwachen
und zu aktualisieren ist. Die Rußlast des PF kann immer dann überwacht und/oder
aktualisiert werden, wenn der Zeitgeber abläuft.
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Das
zur Überwachung
oder Bestimmung der Rußlast
verwendete Verfahren kann von den Betriebsbedingungen des Motors
abhängen.
Wenn der Motor z. B. bei hohem Abgasstrom arbeitet, bei dem die
Rußlast
auf Basis des Druckverlustes über
das PF genau gemessen werden kann, kann die Rußlast des PF auf Basis des
gemessenen Druckverlustes über
das PF bestimmt werden. Wenn der Motor dagegen bei instationären Bedingungen
oder bei geringem Abgasstrom arbeitet, bei denen die Rußlast nicht
genau auf Basis des Druckverlustes über das PF gemessen werden
kann, kann die Rußlast
stattdessen mittels eines Rußlastmodells
bestimmt werden, wobei das Rußlastmodell
auf der Motordrehzahl und/oder dem Motordrehmoment und/oder anderen Umgebungs-
und Motorbetriebsbedingungen wie Umgebungstemperatur und EGR-Sollwert
basiert. Speziell der jüngste
Messwert des Differenzdrucks kann als Basis dienen, auf der das
Modell den zusätzlichen
geschätzten
Ruß, der
sich während
der Bedingungen, in denen der Differenzdruck nicht herangezogen
wird, ansammelt, inkrementell addiert. Auf diese Weise kann das
System die Filterrußmengen
selbst dann weiter überwachen,
wenn der differenzdruckbasierte Messwert ungenau ist.
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Bei
manchen Beispielen kann der Zeitgeber 401 so konfiguriert
sein, dass er nur unter vorgegebenen Betriebsbedingungen des Motors
aktiviert ist, z. B. nur dann, wenn der Motor läuft. Außerdem kann der Zeitgeber 401 in
einem vorgegebenen Intervall ablaufen oder rückgesetzt werden. Bei einem
Beispiel kann der Zeitgeber 401 so langsam sein, dass er
alle sechs Minuten abläuft
oder rückgesetzt
wird. Außerdem
kann der Zeitgeber 401 mehrere Zeitgeber, z. B. zwei, enthalten
mit einem ersten Zeitgeber zum Messen eines ersten Zeitintervalls,
in dem die Rußlast
des PF auf Basis des Druckverlustes über das PF gemessen wird, und
einem zweiten Zeitgeber zum Messen eines zweiten Zeitintervalls,
in dem die Rußlast
des PF mittels eines Rußlastmodells
wie dem Rußlastmodell
von 3 zu berechnen ist. Das vom ersten
Zeitgeber gemessene Intervall kann vom zweiten Intervall, das vom
zweiten Zeitgeber gemessen wird, verschieden oder diesem gleich
sein. Die mehreren Zeitgeber können
synchronisiert sein oder nicht und können gleichzeitig starten oder
nicht. Außerdem
kann der Zeitgeber 401 getrennte Zeitgeber zum Messen eines
vorgegebenen Intervalls für
die Überwachung
der Rußlast
des PF und für
die Aktualisierung des Wertes des Rußlastmodells enthalten.
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Während der
bei T1 beginnenden und bei T2 endenden
Zeitspanne liegt eine solche Betriebsbedingung des Kraftfahrzeugmotors
vor, dass es möglich
ist, die Rußlast
des Partikelfilters auf Basis des Differenzdrucks über das
PF und in manchen Fällen auch
auf Basis der Temperatur im Innern des PF genau zu bestimmen.
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Die
durch Rauten 402 dargestellten Datenpunkte zeigen die gemessene
Rußlast,
die auf Basis des Druckverlustes durch das Partikelfilter bestimmt wird,
der aus dem Differenzdrucksignal (Δp) bestimmt werden kann, das über Drucksensoren,
die vor und nach dem PF angeordnet sind, wie die Drucksensoren 124 und 126,
oder über
einen einzelnen Differenzdrucksensor, der den Differenzdruck über das
PF misst, bestimmt wird, zusammen mit verschiedenen anderen Parametern
wie Temperatur etc. Die gemessene Rußlast kann also auch auf Basis
anderer Motorparameter wie die Temperatur innerhalb des PF und der
Abgasvolumenstrom sowie weiteren Faktoren (die falls gewünscht einbezogen werden
können)
bestimmt werden.
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Während der
bei T1 beginnenden und bei T2 endenden
Zeitspanne kann eine Betriebsbedingung des Kraftfahrzeugmotors vorliegen,
bei der die Rußlast
des Partikelfilters nicht genau auf Basis des Differenzdrucks über das
PF bestimmt werden kann, etwa wenn der Motor mit geringem Abgasstrom und/oder
unter instationären
Bedingungen arbeitet. Der Motor arbeitet z. B. von T3 bis
T4 unter der Bedingung eines geringen Abgasstroms
und von T4 bis T5 unter
instationären
Bedingungen. Die mit Kreisen 406 dargestellten Datenpunkte
stellen die mittels des Modells unter einer derartigen Motorbetriebsbedingung
bestimmte Rußlast
dar. Die Rußlast 406 stellt
z. B. eine Rußlast
dar, die auf Basis der jüngsten
druckbasierten Messwerte während
zulässiger
Bedingungen (z. B. Raute bei T2) und ferner
auf Basis des geschätzten
inkrementellen Rußes
während
der Zeitspanne zwischen T2 und T3 bestimmt durch das Rußmodell (unabhängig von
den druckbasierten Messwerten) geschätzt wird. Obwohl im Zeitpunkt
T3 kein druckbasierter Messwert zur Verfügung steht,
kann auf diese Weise trotzdem noch die genaue Rußlast erhalten werden.
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Während der
bei T6 beginnenden und bei T7 endenden
Zeitspanne kann eine Betriebsbedingung des Kraftfahrzeugmotors vorliegen,
bei der die Rußlast
des Partikelfilters wieder genau auf Basis des Differenzdrucks über das
PF bestimmt werden kann, z. B. wenn der Motor mit hohem Abgasstrom
arbeitet und sich nicht in einem instationären Zustand befindet. Somit
kann das Modell bei T6 gelöscht und
die Rußlast
wieder aus den druckbasierten Messwerten bestimmt werden.
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Die
Differenz 410 repräsentiert
die nach dem inkrementellen Modell bestimmte Rußlast unter Anwendung des Rußmodells.
Die Differenz 412 repräsentiert
die nach dem kumulativen Modell bestimmte Rußlast, wobei die nach dem inkrementellen
Modell bestimmte Rußlast über eine
Zeitspanne, die bei T2 beginnt und bei T6 endet, kumulativ addiert wird.
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Bei
T7 hat die Rußlast des Partikelfilters einen
vorgegebenen Schwellenwert 414 zur Regenerierung des PF
erreicht, und das PF wird regeneriert.
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Es
versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen
von beispielhafter Art sind, und dass diese bestimmten Ausführungsformen nicht
in einem einschränkenden
Sinn zu betrachten sind, da zahlreiche Variationen möglich sind.
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Der
Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthält alle neuartigen und nicht
naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen
Systeme und Konfigurationen, andere Merkmale, Funktionen und/oder
hierin offenbarte Eigenschaften. So kann es z. B. sobald die druckbasierte
Messung verfügbar
wird, möglich
sein, das Modell auf Basis eines Vergleichs mit der zuvor bei nicht verfügbarer druckbasierter
Messung erhaltenen inkrementellen Rußlast adaptiv zu aktualisieren.
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Die
folgenden Ansprüche
heben vor allem bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen hervor,
die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese
Ansprüche
können
sich auf "ein" Element oder "ein erstes" Element oder das Äquivalent
davon beziehen. Solche Ansprüche
sind so zu verstehen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer
solcher Elemente enthalten, wobei weder zwei oder mehr solche Elemente
erforderlich sind noch ausgeschlossen werden. Andere Kombinationen
und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente
und/oder Eigenschaften können
durch Änderung
der vorliegenden Ansprüche
oder durch die Präsentation
neuer Ansprüche
zu dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche
Ansprüche,
sei ihr Gültigkeitsbereich
weiter, enger, gleich oder verschieden zu den ursprünglichen
gefasst, werden als vom Gegenstand der vorliegenden Offenbarung
abgedeckt betrachtet.