DE102011007096B4

DE102011007096B4 - Dieselpartikelfiltersteuerung

Info

Publication number: DE102011007096B4
Application number: DE102011007096.6A
Authority: DE
Inventors: Christopher Parnin
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2010-05-12
Filing date: 2011-04-11
Publication date: 2023-03-02
Anticipated expiration: 2031-04-12
Also published as: CN102242664B; DE102011007096A1; US8281576B2; US20110131950A1; CN102242664A

Abstract

Verfahren (200) zum Betreiben eines einen Partikelfilter (102) enthaltenden Motorabgassystems, umfassend: Steuern einer Filterregenerierung auf der Basis einer CO2-Signatur von oxidierter Abgaspartikelmaterie hinter dem Partikelfilter (102), wobeidas Steuern während einer Filterspeicherbedingung ein Initiieren einer Filterregenerierung beinhaltet,die CO2-Signatur auf einer von einem hinter dem Partikelfilter (102) positionierten CO2-Sensor (106) geschätzten CO2-Konzentration basiert unddie Abgaspartikelmaterie unter Verwendung von Sauerstoff aus dem Abgas auf einem vor dem CO2-Sensor (106) positionierten erhitzten Substrat (104) oxidiert wird,dadurch gekennzeichnet, dassdas Initiieren der Filterregenerierung auf der CO2-Signatur basiert, wobei als Reaktion auf eine Zunahme von CO2-Konzentrationen über einen Schwellwert während des Motorbetriebs eine Filtersättigung deduziert und die Filterregenerierung initiiert werden, unddas Steuern während einer Filterregenerierungsbedingung ein Bestimmen einer Regenerierungsverschlechterung (426) auf der Basis der CO2-Signatur beinhaltet.

Description

Erfindungsgebiet
Die vorliegende Beschreibung betrifft von Partikelmaterie reinigende Systeme für Verbrennungsmotoren wie etwa Dieselmotoren und Benzinmotoren.
Allgemeiner Stand der Technik und kurze Darstellung der Erfindung
Abgasreinigungseinrichtungen wie etwa Dieselpartikelfilter (DPF) können die Menge an Partikelmaterieemissionen (wie etwa Ruß) aus einem Dieselmotor durch Einfangen der Partikel reduzieren. Solche Einrichtungen können während des Motorbetriebs regeneriert werden, um die Menge eingefangener Partikelmaterie (beispielsweise durch Verbrennen) zu reduzieren und die Sammelkapazität der Einrichtungen beizubehalten. Um strenge Bundesregierungsemissionsnormen einzuhalten, können Regenerierungsoperationen und die DPF-Funktionalität streng gesteuert und regelmäßig bewertet werden.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die JP H07- 332 066 A bekannt, welche eine Abgasreinigungseinrichtung für einen Dieselmotor beschreibt, mit der die von dem Dieselmotor in die Atmosphäre ausgestoßene Partikelmenge reduziert werden kann, indem die abgegebenen Partikelmaterieemissionen mittels eines Partikeleinfangteils eingefangen und verbrannt werden.
Ferner beschreibt die DE 10 2005 013 936 A1 eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Überwachung der Regeneration eines Partikelfilters für einen Dieselmotor.
Ein anderer beispielhafter Ansatz zum Steuern von Dieselpartikelfiltern wird von Stewart et al. in US 7 155 334 B1 dargestellt. Darin steuert ein Motorcontroller die Filterregenerierung auf der Basis von Eingaben, die von Sensoren empfangen werden, wie etwa Partikelmateriesensoren und/oder Kohlendioxidsensoren, die vor und hinter dem Filter positioniert sind.
Der Erfinder der vorliegenden Erfindung hat jedoch bei einem derartigen Ansatz Probleme erkannt. Als ein Beispiel reduziert die Verwendung von resistiven erfassungsbasierten Partikelmateriesensoren (PM) die Fähigkeit eines Motorsteuersystems, zwischen einem verschlechterten Filter und einer verschlechterten Regenerierungsoperation zu differenzieren. Als solches können üblicherweise verwendete PM-Sensoren konfiguriert werden, die Anwesenheit von PM auf der Basis einer Änderung beim Widerstand oder bei der Kapazität an einer elektrischen Schaltung elektrisch zu detektieren. Solche Sensoren können ein „Todband“ aufweisen, währenddessen PM akkumulieren müssen, bevor der Sensor reagieren kann. Diese zum Detektieren von PM erforderliche zusätzliche Zeit kann die Empfindlichkeit des elektrischen Sensors gegenüber einem verschlechterten DPF reduzieren. Analog können relativ kleine Unterschiede beim Widerstand die Fähigkeit zur Unterscheidung zwischen einem verschlechterten DPF und einem marginalen DPF reduzieren. Somit ist in einem Fall das System möglicherweise nicht in der Lage, eine DPF-Degradierung zu identifizieren.
Als ein weiteres Beispiel kann die Verwendung einer Eingabe von CO₂-Sensoren, die CO₂ Abgaskonzentrationen erfassen, wegen einer indirekten Korrelation zwischen Filterrußkonzentrationen und CO₂-Abgaskonzentrationen auch die Fähigkeit des Systems zum genauen Schätzen der Rußbelastung auf dem Filter reduzieren. Da die CO₂-Abgaskonzentration für Verbrennungsbedingungen repräsentativer ist, kann auf eine Rußbelastung geschlossen werden, sie kann aber nicht präzise bestimmt werden.
Somit können bei einem Beispiel einige der obigen Probleme durch ein Verfahren zum Betreiben eines einen Partikelfilter enthaltenden Motorabgassystems behandelt werden, das gemäß Anspruch 1 Folgendes umfasst: Steuern einer Filterregenerierung auf der Basis einer CO₂-Signatur von oxidierter Abgaspartikelmaterie (PM) hinter dem Filter. Die CO₂-Signatur kann eine CO₂-Konzentration von oxidierten PM, durch einen hinter dem Filter positionierten CO₂-Sensor geschätzt, enthalten. Weiterhin beinhaltet das Steuern während einer Filterspeicherbedingung ein Initiieren einer Filterregenerierung, wobei die CO₂-Signatur auf einer von einem hinter dem Partikelfilter positionierten CO₂-Sensor geschätzten CO₂-Konzentration basiert und die Abgaspartikelmaterie unter Verwendung von Sauerstoff aus dem Abgas auf einem vor dem CO₂-Sensor positionierten erhitzten Substrat oxidiert wird. Erfindungsgemäß basiert das Initiieren der Filterregenerierung auf der CO₂-Signatur, wobei als Reaktion auf eine Zunahme von CO₂-Konzentrationen über einen Schwellwert kann während des Motorbetriebs die Filtersättigung deduziert werden und die Filterregenerierung kann initiiert werden. Weiterhin beinhaltet das Steuern während einer Filterregenerierungsbedingung erfindungsgemäß ein Bestimmen einer Regenerierungsverschlechterung auf der Basis der CO₂-Signatur.
Bei einem Beispiel kann ein Dieselmotorabgassystem mit einem Filtersubstrat und einem CO₂-Sensor, hinter einem DPF positioniert, konfiguriert sein. Während der Filterregenerierung kann ein Motorcontroller das Substrat erhitzen und Abgaspartikelmaterie (d. h. Abgasruß) hinter dem Filter auf dem erhitzten Substrat unter Verwendung von in dem Abgas anwesendem Sauerstoff oxidieren. Das Substrat kann durch den Strom heißen Abgases, wie während der Filterregenerierung verwendet, durch das Substrat erhitzt werden. Das während der Regenerierung aus einer Oxidation von Abgasruß auf dem Substrat generierte CO₂ kann von dem nachgeschalteten CO₂-Sensor geschätzt werden, um eine CO₂-Regenerierungssignatur von oxidierter Abgaspartikelmaterie (PM) hinter dem Filter zu bestimmen. Die CO₂-Regenerierungssignatur kann mindestens eine CO₂-Konzentration der oxidierten PM enthalten. Da das generierte CO₂ größtenteils von der auf dem erhitzten Substrat oxidierten Abgasrußmenge abhängig ist, kann zwischen der geschätzten CO₂ Abgaskonzentration und einer Abgasrußkonzentration eine direkte Korrelation hergestellt werden. Mit anderen Worten kann der CO₂-Sensor als PM-Sensor verwendet werden. Die CO₂-Konzentration kann mindestens über eine Dauer der Regenerierung überwacht werden, um eine Filterdiagnose durchzuführen und/oder die Effizienz der Regenerierungsoperation zu beurteilen. Insbesondere kann der Controller auf der Basis der CO₂-Signatur eine Filterverschlechterung anzeigen. Der Controller kann dann auf der Basis der CO₂-Signatur Motor- und Filteroperationen verstellen. Während anderer Motorlaufbedingungen kann mit dem CO₂-Sensor eine mit der Abgas-PM hinter dem Filter nicht verwandte CO₂-Abgaskonzentration erfasst werden. Beispielsweise kann auf der Basis von Regenerierungsbedingungen wie etwa geschätzter Rußbelastung, Verbrennungsrate, Abgastemperatur, Abgasströmungsrate usw. ein Motorcontroller eine erwartete CO₂-Regenerierungshöhe, -Signatur und/oder ein CO₂-Regenerierungsprotil bestimmen. Eine CO₂-Konzentration von oxidierter Abgas-PM hinter dem Filter kann dann während der Regenerierung in Echtzeit beispielsweise in festen Intervallen nach der Initiierung der Regenerierungsoperation geschätzt und mit den erwarteten Werten verglichen werden. Als solches können in dem Abgas hinter dem Filter wenig bis im Wesentlichen keine Abgas-PM erwartet werden. Durch Vergleichen der Ausgabe des CO₂-Sensors mit auf der Basis der Motorbetriebsbedingungen und Regenerierungsbedingungen erwarteten CO₂-Konzentrationen kann Abgas-PM in dem Abgas hinter dem Filter identifiziert werden und daraus kann auf eine Filterverschlechterung geschlossen werden. Bei einem Beispiel kann der Controller auf der Basis des Vergleichs bestimmen, ob sich der Filter verschlechtert hat und ob weiterhin die Regenerierungsoperation verschlechtert ist. Falls keine Verschlechterung vorliegt, kann mit der Sensorausgabe darauf geschlossen werden, ob eine Regenerierung abgeschlossen worden ist oder nicht, und kann zum entsprechenden Verstellen von Motoroperationen verwendet werden. Beispielsweise kann der Controller einen verschlechterten Filter identifizieren, wenn die geschätzte CO₂-Regenerierungshöhe (d. h. die Sensorausgabe) höher ist als die erwartete CO₂ Regenerierungshöhe. Analog kann der Controller eine verschlechterte Regenerierungsoperation identifizieren, wenn die geschätzte CO₂-Regenerierungshöhe unter einem Schwellwert liegt. Der Controller kann Regenerierungsbedingungen (wie etwa die Verbrennungsrate, die Strömungsrate usw.) in Echtzeit für die gleiche Operation oder für eine nachfolgende Operation als Reaktion auf die Anzeige einer Filter- und/oder Regenerierungsverschlechterung verstellen. Falls beispielsweise der Filter verschlechtert ist (zum Beispiel gerissen) und PM in dem Abgas hinter dem Filter detektiert wird, können die Regenerierungsbedingungen auf niedrigere Temperaturen, kürzere Dauern, niedrigere Rußbelastungsschwellwerte usw. beschränkt werden, um das Risiko eines weiteren PM-Schlupfes in die Abgasemissionen zu reduzieren. Falls bei einem weiteren Beispiel die Regenerierung verschlechtert ist (zum Beispiel wird nicht genügend des gespeicherten Rußes effektiv verbrannt), können die Regenerierungsbedingungen auf höhere Temperaturen, höhere Verbrennungsraten, längere Dauern, höhere Rußbelastungsschwellwerte usw. rekonfiguriert werden, um die gespeicherte Rußmenge zu vergrößern, die abgebrannt wird. Der Motorcontroller kann zusätzlich zum Steuern der Filterregenerierung alternative Motorbedingungen auf der Basis der CO₂-Signatur verstellen.
Es versteht sich, dass das dargestellte Beispiel zwar eine Anwendung des CO₂-Sensors in einem Dieselmotorabgassystem darstellt, dies nicht als beschränkend zu verstehen ist und der gleiche CO₂ Sensor in alternativen Motorabgassystemen angewandt werden kann, wie etwa auf eine Diagnose eines Benzinpartikelfilters in einem Benzinmotorabgassystem.
Auf diese Weise kann die Anwesenheit von Ruß in einem Motorabgas dadurch detektiert werden, dass Ruß oxidiert wird, um CO₂ zu generieren und indem mit nachgeschalteten CO₂-Sensoren eine direktere und präzisere Schätzung von Abgasrußkonzentrationen geliefert wird, und zwar zusätzlich zu ihrer Verwendung beim Schätzen von CO₂ Abgaskonzentrationen. Durch Ermöglichen einer präzisen, Echtzeitschätzung von Abgasrußkonzentrationen kann die Filterregenerierung besser gesteuert werden. Außerdem kann die höhere Empfindlichkeit der CO₂-Gassensoren den „Todband‟-Effekt von resistiven Sensoren reduzieren und zwischen Signalen eine höhere Auflösung liefern. Diese höhere Auflösung kann die Fähigkeit verbessern, um einen verschlechterten Partikelfilter zu identifizieren, und kann weiterhin zwischen einem verschlechterten Filter und reduzierter Filterfunktionalität unterscheiden. Analog kann die höhere Auflösung die Fähigkeit zur Unterscheidung zwischen einem verschlechterten Filter und einer verschlechterten Regenerierungsoperation verbessern. Durch Verbessern der Regenerierungs- und Filterdiagnose kann die Qualität von Abgasemissionen verbessert werden.
Es versteht sich, dass die obige kurze Darstellung vorgelegt wird, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie soll keine wichtigen oder essentiellen Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifizieren, dessen Schutzbereich ausschließlich durch die Ansprüche definiert wird, die auf die detaillierte Beschreibung folgen. Weiterhin ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Implementierungen beschränkt, die etwaige, oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung erwähnte Nachteile lösen.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motors und eines assoziierten Partikelmaterierückhaltesystems.
2 - 5 zeigen Flussdiagramme auf hoher Ebene, die Routinen darstellen, die in dem Partikelmaterierückhaltesystem von 1 gemäß der vorliegenden Offenbarung unter Verwendung von CO₂ Sensoren zum Steuern und Diagnostizieren von Filterregenerierung und Filterfunktionalität implementiert werden können. Ausführliche Beschreibung

Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Steuern eines Partikelmaterierückhaltesystems wie etwa des Dieselpartikelmaterie-(PM)rückhaltesystems von 1. Wie hierin gezeigt kann das PM-Rückhaltesystem einen Dieselpartikelfilter, ein Filtersubstrat und einen hinter dem Filter und dem Substrat positionierten CO₂-Gassensor enthalten. Wie in 2 gezeigt, kann der CO₂ Sensor, wenn das Substrat nicht erhitzt ist, d. h., das Substrat nicht zum Oxidieren aktiviert ist, zum Schätzen von CO₂-Abgaskonzentrationen und Verstellen des Motorbetriebs auf der Basis des geschätzten Werts verwendet werden. Wenn das Substrat zum Oxidieren aktiviert ist (wenn beispielsweise das Substrat von einer eigenen Substratheizvorrichtung elektrisch erhitzt wird oder durch heißes Abgas nicht elektrisch erhitzt wird), kann das Abgas hinter dem Filter über das erhitzte Substrat geleitet werden und Abgas-PM kann, falls sie vorliegt, unter Verwendung von Sauerstoff aus dem Abgas auf dem Substrat vor dem CO₂-Sensor zu CO₂ oxidiert werden. Hierbei kann mit dem CO₂-Sensor wegen einer direkten Korrelation zwischen dem auf dem Substrat generierten CO₂-Gas und der oxidierten PM präziser auf die Anwesenheit von Abgas-PM und eine PM-Abgaskonzentration geschlossen werden. Dementsprechend kann von dem Sensor während Filterspeicher- und/oder - regenerierungsbedingungen eine CO₂-Signatur generiert werden. Wie in 3 - 5 gezeigt, kann durch Vergleichen einer geschätzten CO₂-Konzentration (auf der Basis der Sensorausgabe) mit einer erwarteten CO₂-Konzentration (beispielsweise auf der Basis von Motorbetriebs- oder Regenerierungsbetriebsbedingungen) eine Filterverschlechterung identifiziert und von einer verschlechterten Regenerierung unterschieden werden. Auf diese Weise kann ein CO₂-Sensor vorteilhafterweise dazu verwendet werden, die Anwesenheit von PM im Abgas hinter dem Filter präzise zu identifizieren und eine präzisere Steuerung über die Filterfunktionalität und Regenerierungseffizienz zu liefern. Indem die Notwendigkeit für resistiv erfassende PM-Sensoren reduziert wird, können höhere Signalauflösungen erreicht werden, was eine verbesserte Abgasreinigung ermöglicht.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsystems 6. Das Fahrzeugsystem 6 enthält ein Motorsystem 8, das an ein Partikelmaterie-(PM)rückhaltesystem 22 gekoppelt ist. Das Motorsystem 8 kann einen Motor 10 mit mehreren Zylindern 30 enthalten. Der Motor 10 enthält einen Motoreinlass 23 und einen Motorauslass 25. Der Motoreinlass 23 enthält ein Drosselventil 62, das über eine Einlasspassage 42 fluidisch mit dem Motoreinlasskrümmer 44 gekoppelt ist. Der Motorauslass 25 enthält einen Auslasskrümmer 48, der schließlich zu einer Abgaspassage 35 führt, die Abgas zu der Atmosphäre lenkt. Das Drosselventil 62 kann sich in der Einlasspassage 42 hinter einer Verstärkungseinrichtung wie etwa einem nicht gezeigten Turbolader und vor einem nicht gezeigten Nachkühler befinden. Der Nachkühler, wenn er enthalten ist, kann konfiguriert sein, die Temperatur der von der Verstärkungseinrichtung verdichteten Ansaugluft zu reduzieren.
Der Motorauslass 25 kann eine oder mehrere Abgasreinigungseinrichtungen 70 enthalten, die in einer eng gekoppelten Position in dem Auslass montiert sein können. Eine oder mehrere Abgasreinigungseinrichtungen können einen G-Katalysator, einen Mager-NOx-Filter, einen SCR-Katalysator usw. enthalten. Der Motorauslass 25 kann auch ein vor der Abgasreinigungseinrichtung 70 positioniertes PM-Rückhaltesystem 22 enthalten. Bei einem Beispiel wie dargestellt, ist das PM-Rückhaltesystem 22 ein Dieselpartikelmaterierückhaltesystem. Endrohrabgas, aus dem PM nach einer Passage durch das PM-Rückhaltesystem 22 herausgefiltert wurde, kann in der Abgasreinigungseinrichtung 70 weiter bearbeitet und über die Auslasspassage 35 in die Atmosphäre ausgestoßen werden.
Das PM-Rückhaltesystem 22 kann eine oder mehrere PM-Rückhalteeinrichtungen wie etwa Dieselpartikelfilter (DPF) 102 enthalten, um PM vorübergehend aus eintretenden Gasen herauszufiltern. Der DPF 102 kann eine Monolithstruktur aufweisen, die beispielsweise aus Cordierit oder Siliziumcarbid hergestellt worden ist, mit mehreren Kanälen darin zum Filtern von Partikelmaterie aus Dieselabgas. Das PM-Rückhaltesystem 22 kann weiterhin ein hinter dem DPF 102 positioniertes Substrat 104 und einen nach dem Substrat 104 positionierten CO₂-Gassensor 106 enthalten. Das Substrat 104 kann nicht-elektrisch beispielsweise durch die Passage von erhitztem Abgas oder elektrisch beispielsweise durch den Betrieb einer eigenen Substratheizvorrichtung 108 erhitzt werden, um Abgas-PM oder Ruß hinter dem Filter zu CO₂ zu oxidieren. Eine CO₂-Signatur der hinter dem Filter oxidierten PM kann dann unter Verwendung des nachgeschalteten CO₂-Sensors erhalten werden.
Das Substrat 104 kann eine Monolithstruktur ähnlich dem DPF 102 aufweisen, beispielsweise aus Cordierit, Siliziumcarbid usw. hergestellt. Das Substrat ist möglicherweise nicht katalysiert, funktioniert folglich ähnlich einem Filter. Bei einem Beispiel kann der Durchmesser des Substrats 104 konfiguriert sein, dem Durchmesser der Auslasspassage 35 zu entsprechen, damit alles Abgas durch das Substrat strömen kann. Die Länge des Substrats 104 kann auf der Basis gewünschter Speichereigenschaften verstellt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform, bei der das Substrat 104 möglicherweise keine substanzielle Rußspeicherfunktionen besitzt, kann ein kürzeres Substrat verwendet werden (beispielsweise 50 mm oder weniger). Bei alternativen Ausführungsformen, bei denen das Substrat 104 möglicherweise Ruß zusätzlich zum Oxidieren von Abgasruß speichern muss, kann ein längeres Substrat verwendet werden.
Das Substrat 104 kann von der Substratheizvorrichtung 108 erhitzt werden. Bei einem Beispiel, wie dargestellt, kann die Heizvorrichtung 108 eine interne Heizvorrichtung wie etwa eine in das Substrat gewebte Heizvorrichtung mit elektrischem Widerstand sein. Die Heizvorrichtung mit elektrischem Widerstand kann unter Verwendung von PWM-Steuerung gesteuert werden, um die Temperatur des Substrats auf eine gewünschte Temperatur zu verstellen. Bei alternativen Beispielen kann die Heizvorrichtung eine externe Heizvorrichtung sein. Bei einem Beispiel kann der Betrieb der Substratheizvorrichtung 108 auf der Abgastemperatur basieren. Somit kann die Substratheizvorrichtung eingeschaltet werden, wenn die Abgastemperatur unter einem Schwellwert liegt (wie etwa während der Filterspeicherung), und abgeschaltet werden, wenn die Abgastemperatur über dem Schwellwert liegt (wie etwa während einer Filterregenerierung). Alternativ kann der Substratheizvorrichtungsbetrieb auf Filterbedingungen basieren. Hierbei kann die Heizvorrichtung eingeschaltet werden, wenn sich der Filter in einem Speichermodus befindet, und kann ausgeschaltet werden, wenn sich der Filter in einem Regenerierungsmodus befindet.
Während das dargestellte Beispiel das Substrat 104 hinter dem DPF 102 zeigt, kann das Substrat 104 bei alternativen Ausführungsformen im DPF 102 enthalten sein. Während des Motorbetriebs kann das Substrat 104 beispielsweise aufgrund des Stroms von erhitztem Abgas über das Substrat erhitzt werden. Alternativ kann das Substrat 104 durch eine eigene Heizvorrichtung erhitzt werden. Das erhitzte Substrat 104 kann Abgas-PM auf dem Substrat unter Verwendung von Sauerstoff aus dem Abgas oxidieren. Die oxidierte PM, wie etwa Ruß, kann dadurch unter Erzeugung von CO₂ verbrannt werden. Der nachgeschaltete CO₂-Sensor 106 kann konfiguriert sein, eine präzise Schätzung der erzeugten CO₂-Konzentration zu liefern. Eine PM-Abgaskonzentration kann dann durch einen Motorcontroller 12 auf der Basis der geschätzten CO₂-Konzentration bestimmt werden öder es kann darauf geschlossen werden.
Während des Motorbetriebs kann Abgas-PM zurückgehalten und auf dem DPF 102 gesammelt werden. Somit kann eine Menge an Abgas-PM hinter dem Filter bei Fehlen einer Filterverschlechterung substanziell niedrig sein. Folglich gibt es möglicherweise im Wesentlichen keinen Unterschied zwischen einer von dem CO₂-Sensor erfassten CO₂-Konzentration (d. h. einer Sensorausgabe) und einer auf der Basis von Motorbetriebsbedingungen erwarteten CO₂-Konzentration. Im Fall einer Filterverschlechterung (wie etwa aufgrund eines Risses in dem Filter) kann Ruß aus dem Filter entweichen und durch eine plötzliche Erhöhung der von dem nachgeschalteten Sensor geschätzten CO₂-Konzentrationen durch eine Oxidation des freigesetzten Rußes auf dem Substrat hinter dem Filter detektiert werden. PM-Abgaskonzentrationen hinter dem Filter können hinter dem Substrat 104 auf der Basis von vom CO₂-Sensor 106 erfassten CO₂-Konzentrationen bestimmt werden. Beispielsweise kann ein Echtzeitschätzwert von PM-Konzentrationen erhalten werden. Wie unter Bezugnahme auf 2. - 4 weiter ausgeführt, können durch Überwachen der geschätzten CO₂-Konzentrationen und/oder der gefolgerten PM-Konzentrationen Operationen des DPF 102 beurteilt und Filterdiagnoseroutinen durchgeführt werden. Bei einem Beispiel kann als Reaktion auf eine Zunahme von CO₂-Konzentrationen über einen Schwellwert während des Motorbetriebs die Filtersättigung deduziert werden und eine Filterregenerierung kann initiiert werden. Bei einem weiteren Beispiel kann als Reaktion darauf, dass CO₂-Konzentrationen während und/oder nach einer Filterregenerierung über einem oberen Schwellwert (oder unter einem unteren Schwellwert) liegen, eine Filterverschlechterung diagnostiziert werden und Filterdiagnosecodes können gesetzt werden.
Das Fahrzeugsystem 6 kann weiterhin ein Steuersystem 14 enthalten. Das Steuersystem 14 ist so gezeigt, dass es Informationen von vielen Sensoren 16 empfängt (von denen verschiedene Beispiele hierin beschrieben werden) und Steuersignale an mehrere Aktuatoren 81 sendet (von denen hierin verschiedene Beispiele beschrieben werden). Als ein Beispiel kann zu den Sensoren 16 ein Abgassensor 126 (in dem Abgaskrümmer 48 angeordnet), ein Temperatursensor 128 und ein Drucksensor 129 (hinter der Abgasreinigungseinrichtung 70 angeordnet) und ein CO₂-Sensor 106 (hinter dem DPF 102 und dem Substrat 104 angeordnet) zählen.
Andere Sensoren wie etwa zusätzliche Druck-, Temperatur-, Luft-Kraftstoffverhältnis- und Zusammensetzungssensoren können an verschiedenen Orten in dem Fahrzeugsystem 6 gekoppelt sein. Als ein weiteres Beispiel können zu den Aktuatoren Kraftstoffeinspritzdüsen 66, ein Drosselventil 62, DPF-Ventile, die eine Filterregenerierung steuern (nicht gezeigt) usw. zählen. Das Steuersystem 14 kann einen Controller 12 enthalten. Der Controller kann Eingabedaten von den verschiedenen Sensoren empfangen, die Eingabedaten verarbeiten und die Aktuatoren als Reaktion auf die verarbeiteten Eingabedaten auf der Basis einer Anweisung oder eines Codes, die oder der entsprechend einer oder mehrerer Routinen darin programmiert ist, auslösen. Beispielhafte Steuerroutinen werden hierin unter Bezugnahme auf 2 - 5 beschrieben.
2 zeigt eine beispielhafte Routine 200 zum Verstellen des Motor- und Filterbetriebs auf der Basis einer Rückkopplung von einem hinter einem Partikelfilter in einem Motorauslass positionierten CO₂-Sensor. Insbesondere kann durch Einsatz des CO₂-Sensors, um eine CO₂-Abgaskonzentration zu schätzen und/oder auf die Anwesenheit von Abgas-PM hinter dem Filter zu schließen, eine Filterdiagnose während aller Motorlaufbedingungen einschließlich Filterspeicherung und Filterregenerierung durchgeführt werden.
Bei 202 beinhaltet die Routine das Bestätigen, dass der Motor läuft. Falls der Motor nicht läuft, kann die Routine enden. Bei 204 können Motorbetriebsbedingungen geschätzt werden und/oder es kann auf sie geschlossen werden. Zu diesen können beispielsweise ein vom Fahrer angefordertes Drehmoment, Motortemperatur, Abgastemperatur, Abgaszusammensetzung, Luft-Kraftstoff-Verhältnis usw. zählen. Bei 206 kann bestimmt werden, ob ein hinter dem Partikelfilter in dem Partikelmaterierückhaltesystem (1) positioniertes Substrat oxidiert. Als solches kann das Substrat aktiviert werden, um PM zu oxidieren, wenn es erhitzt wird (beispielsweise über eine Schwellwerttemperatur). Bei einem Beispiel kann das Substrat durch Betreiben der eigenen Substratheizvorrichtung elektrisch erhitzt werden. Bei einem anderen Beispiel kann das Substrat durch den Strom von heißem Abgas dort hindurch nicht-elektrisch erhitzt werden. Wenn als solches das Substrat heiß und zum Oxidieren aktiviert ist, kann Abgas-PM, falls sie anwesend ist, gesammelt und unter Verwendung von Sauerstoff aus dem Abgas auf dem Substrat oxidiert werden. Falls das Substrat nicht oxidiert, kann somit bei 208 der CO₂-Sensor lediglich eine Schätzung von CO₂-Abgaskonzentrationen liefern und ein Motorcontroller kann konfiguriert sein, den Motorbetrieb zu verstellen und auf der Basis der geschätzten CO₂-Abgaskonzentration eine Motorkomponentendiagnose durchzuführen. Beispielsweise kann mit der CO₂-Abgaskonzentration eine Menge an AGR, ein Ausmaß der Verstärkung, Ventilzeitsteuerung usw. verstellt werden. Analog kann mit der CO₂-Abgaskonzentration eine Verschlechterung in Komponenten wie etwa AGR-Komponenten usw. diagnostiziert werden.
Falls das Substrat oxidiert, kann bei 209 bestimmt werden, ob eine Filterregenerierung aktiviert worden ist. Falls keine Filterregenerierung aktiviert worden ist, dann können bei 210 erwartete CO₂-Konzentrationen (CO2_model_nonregen) auf der Basis von Motorbetriebsbedingungen geschätzt werden. Bei 212 kann die geschätzte CO₂-Konzentration mit einer von dem Sensor ausgegebenen CO₂-Signatur verglichen werden (CO2_sensor_non-regen). Bei 214 kann eine Filterdiagnose durchgeführt werden und der Motorbetrieb kann auf der Basis des Vergleichs zwischen der geschätzten CO₂-Konzentration und der CO₂-Signatur des Sensors verstellt werden. Hierbei kann die CO₂ -Sensorausgabe eine CO₂-Signatur widerspiegeln, die CO₂-Abgaskonzentrationen entspricht einschließlich CO₂, das durch die Oxidation von Abgas-PM auf dem erhitzten Substrat generiert wurde. Somit kann anhand der CO₂-Signatur auf die Anwesenheit von Abgas-PM hinter dem Filter und die PM-Abgaskonzentration hinter dem Filter geschlossen werden. Bei einem Beispiel kann das Schließen auf eine PM-Abgaskonzentration auf der Basis der geschätzten CO₂-Signatur das Bestimmen beinhalten, welcher Anteil der CO₂-Signatur mit Nicht-Ruß-CO₂-Abgaskonzentrationen entspricht, und das Subtrahieren dieses Anteils von der geschätzten CO₂-Signatur. Alternative Algorithmen können verwendet werden, um Nicht-Ruß-CO₂-Konzentrationen des Abgases zu kompensieren, wenn die der oxidierten Abgas-PM hinter dem Filter entsprechende CO₂-Konzentration bestimmt wird. Wie unter Bezugnahme auf 3 weiter ausgeführt, kann zu dem Verstellen von Motoroperationen und Ausführen einer Filterdiagnose auf der Basis eines Vergleichs zwischen der geschätzten CO₂-Konzentration und der Sensorausgabe-CO₂-Signatur das Diagnostizieren eines Austritts von Abgas-PM aus einem verschlechterten Filter, das Initiieren einer Filterregenerierung und/oder das Verstellen von Filterregenerierungsbedingungen (Abgasströmungsrate, Abgastemperatur usw.) auf der Basis der CO₂-Signatur zählen.
Während einer ersten Motorlaufbedingung, wenn der Filter speichert und das Substrat nicht oxidiert, kann der Motorbetrieb somit auf der Basis einer von dem CO₂-Sensor geschätzten CO₂-Abgaskonzentration verstellt werden. Während einer zweiten Motorlaufbedingung, die von der ersten Motorlaufbedingung verschieden ist, wenn der Filter speichert und das Substrat oxidiert (zum Beispiel von einer Substratheizvorrichtung erhitzt), kann der Motorbetrieb dann auf der Basis der geschätzten CO₂-Konzentration von oxidierter Abgas-PM hinter dem Filter verstellt werden.
Nunmehr unter Bezugnahme auf 3 wird eine beispielhafte Routine 300 zum Diagnostizieren einer Filterverschlechterung und zum Verstellen des Motorbetriebs während Motorlaufbedingungen gezeigt, wo das Substrat oxidiert und der Filter speichert. Das heißt, die dargestellte Routine kann während NichtRegenerierungsbedingungen durchgeführt werden. Während Filterspeicherbedingungen als solchen kann Abgas-PM in dem Filter zurückgehalten werden und im Wesentlichen keine PM kann in dem Abgas hinter dem Filter vorliegen. Folglich kann ein verschlechterter Filter aufgrund der Anwesenheit von PM in dem Abgas hinter dem Filter auf der Basis einer von einem Abgas-CO₂-Sensor hinter dem oxidierenden Substrat bestimmten CO₂-Signatur diagnostiziert werden. Indem ein CO₂-Sensor verwendet wird, kann ein verschlechterter Filter von einem marginalen Filter unterschieden werden und eine Filterregenerierung kann dementsprechend initiiert werden.
Bei 302 kann die Routine das Bestimmen einer erwarteten CO₂-Konzentration (CO2_model_nonregen) auf der Basis der geschätzten Motorbetriebsbedingungen umfassen. Beispielsweise kann eine erwartete CO₂-Konzentration auf einer erwarteten Rußbelastung, einem Abgas-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, einer Dauer des Motorbetriebs seit dem Motorstart, einer Abgasströmungsrate usw. basieren. Bei 304 kann das Abgas hinter dem Filter auf dem erhitzten Substrat oxidiert werden. Abgas-PM, falls sie vorliegt, die nicht in dem Filter zurückgehalten worden ist, kann auf dem erhitzten Substrat unter Verwendung von Sauerstoff aus dem Abgas oxidiert werden. Bei einem Beispiel kann das Substrat während Filterspeicherung, wenn die Abgastemperatur unter einem Schwellwert liegt, durch Betreiben einer Substratheizvorrichtung elektrisch erhitzt werden. Bei 306 kann die Ausgabe des CO₂-Sensors bestimmt werden (CO2_sensor_nonregen) und eine CO₂-Signatur kann bestimmt werden. Die CO₂-Signatur kann das CO₂ von Nicht-PM-CO₂-Quellen wie etwa Abgas-CO₂ von Verbrennungsereignissen innerhalb des Zylinders sowie CO₂ berücksichtigen, das aufgrund der Anwesenheit von PM in dem Abgas hinter dem Filter generiert wurde.
Bei 308 kann bestimmt werden, ob die geschätzte CO₂-Konzentration nach Erfassung durch den CO₂-Sensor (bei 306) über der erwarteten CO₂-Konzentration liegt (nach Bestimmung auf der Basis von Modellen bei 302). Falls dies der Fall ist, kann bei 310 dann bestimmt werden, dass in dem Abgas Ruß (d. h. Abgas-PM) vorliegt. Wie bereits ausgeführt, wird bei Fehlen einer Filterverschlechterung Abgas-PM in dem Filter zurückgehalten. Somit kann bei 312 als Reaktion auf die Detektion von Abgas-PM hinter dem Filter eine Filterverschlechterung bestimmt und durch Setzen eines Diagnosecodes angegeben werden. Das Setzen eines Diagnosecodes kann beispielsweise das Aufleuchten eines Lichts auf einem Fahrzeugarmaturenbrett beinhalten, um dem Fahrzeugbetreiber eine Filterverschlechterung anzuzeigen. Optional kann auch auf der Basis der CO₂-Signatur ein Grad an Filterverschlechterung angezeigt werden. Beispielsweise kann ein kleinerer Unterschied zwischen der von dem Sensor ausgegebenen geschätzten Konzentration und der erwarteten Konzentration einen kleineren Grad an Filterverschlechterung wiedergeben (wie etwa beispielsweise Freisetzung von PM aufgrund eines kleinen Filterlecks), während ein größerer Unterschied einen größeren Grad an Filterverschlechterung wiedergeben kann (wie etwa Freisetzung von PM aufgrund eines größeren Filterrisses). Bei 314 können auf der Basis der Anzeige einer Verschlechterung Filterregenerierungs- und Motorbetriebsbedingungen verstellt werden. Bei einem Beispiel kann als Reaktion auf die
Anzeige einer Verschlechterung eine nachfolgende Filterregenerierungsoperation für eine kürzere Dauer mit einer relativ niedrigeren Temperatur und/oder als Reaktion auf einen niedrigeren Schwellwert von gespeicherter PM durchgeführt werden. Bei einem weiteren Beispiel kann als Reaktion auf die Anzeige einer Filterverschlechterung eine Motorlast reduziert werden, um die generierte PM-Menge zu reduzieren.
Falls im Vergleich die geschätzte CO₂-Abgaskonzentration unter der erwarteten Konzentration liegt, dann kann bei 316 bestimmt werden, dass in dem Abgas kein Ruß vorliegt. Folglich kann bei 318 geschlossen werden, dass der Filter nicht verschlechtert ist und Abgas-PM zurückhalten kann. Bei 320 kann weiter bestimmt werden, ob die geschätzte CO₂-Abgaskonzentration über einem Schwellwert liegt. Falls die geschätzte CO₂-Abgaskonzentration unter dem Schwellwert festliegt, dann kann bei 324 bestimmt werden, dass der Filter seine Speicherkapazität noch nicht erreicht hat und keine Filterregenerierung erforderlich ist. Falls die geschätzte CO₂-Abgaskonzentration über dem Schwellwert liegt, dann kann gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform bei 322 bestimmt werden, dass sich der Filter seiner Speicherkapazität angenähert hat, und eine Filterregenerierung kann initiiert werden, um die Speicherkapazität des Filters wieder herzustellen.
Nunmehr unter Bezugnahme auf 4 wird eine beispielhafte Routine 400 zum Diagnostizieren einer Filterverschlechterung während einer Filterregenerierungsoperation beschrieben. Zusätzlich kann die Routine die Überwachung der Filterregenerierungsoperation ermöglichen und gestatten, dass eine Regenerierungsoperation des verschlechterten Filters von einer verschlechterten Filterbedingung unterschieden wird.
Bei 402 kann die Substratheizvorrichtung blockiert (z. B. abgeschaltet) werden und die Filterregenerierung kann initiiert werden. Als solche kann eine Filterregenerierung auf der Basis von Motorbetriebsbedingungen wie etwa Motordrehmoment, Abgastemperatur, Strömungsrate und Zusammensetzung usw. initiiert werden. Bei einem Beispiel kann eine Filterregenerierung als Reaktion auf eine über einem Schwellwert liegende Abgastemperatur, das Verstreichen einer Schwellwertdauer seit dem Motorstart, das Verstreichen einer Schwellwertdauer seit einer vorausgegangenen Filterregenerierungsoperation usw. initiiert werden.
Als solches kann während einer Filterregenerierung heißes Abgas mit einer vorbestimmten Strömungsrate durch den Filter gelenkt werden, um darin während eines vorausgegangenen Speicherzyklus gespeicherte Partikelmaterie zu verbrennen. Während der Regenerierung wird somit die Substratheizvorrichtung möglicherweise nicht betrieben, während das erhitzte Abgas vorteilhafterweise verwendet wird, um auch das stromabwärtige Substrat zu erhitzen. Bei einem Beispiel kann die Heizvorrichtung als Reaktion auf die Abgastemperatur gesteuert werden. Wenn beispielsweise die Abgastemperatur über einem Schwellwert (wie etwa über einer Regenerierungstemperatur) liegt, kann die Substratheizvorrichtung abgeschaltet werden, und wenn die Abgastemperatur unter dem Schwellwert liegt, kann die Substratheizvorrichtung eingeschaltet werden.
Bei 404 können die Regenerierungsbedingungen geschätzt werden. Zu diesen können eine Abgasströmungsrate und -temperatur, die für die Regenerierung zu verwenden sind, zählen. Außerdem kann die Rußbelastung auf dem Filter vor der Regenerierung geschätzt werden. Bei 406 kann auf der Basis der geschätzten Regenerierungsbedingungen eine entsprechende erwartete CO₂-Regenerierungssignatur/CO₂-Konzentration bestimmt werden (CO2_model_regen). Bei einem Beispiel kann die erwartete CO₂-Signatur ein für die Dauer der Regenerierung erwartetes CO₂-Konzentrationsprofil sein. Als solche kann die CO₂-Konzentration je nach Bedingungen während der Filterregenerierung steigen oder sinken. Bei einem Beispiel kann erwartet werden, dass die CO₂-Konzentration bald nach der Initiierung der Regenerierung steigt, da die gespeicherte PM abgebrannt wird, und dann kann die CO₂-Konzentration sinken. Bei 408 kann Abgas-PM hinter dem Filter auf dem erhitzten Substrat unter Verwendung von Sauerstoff aus dem Abgas oxidiert werden. Bei 410 kann eine CO₂-Konzentration des Abgases hinter dem Filter (CO2_sensor_regen) von dem nachgeschalteten CO₂-Sensor geschätzt werden. Dementsprechend kann eine geschätzte CO₂-Signatur bestimmt werden. Die geschätzte CO₂-Konzentration kann CO₂ von Nicht-PM-Quellen wie etwa CO₂ von Verbrennungsereignissen im Zylinder sowie CO₂ wiedergeben, das aus dem Verbrennen von in dem Filter gespeicherter PM freigesetzt wird. Außerdem kann die geschätzte CO₂-Konzentration CO₂ von Abgas-PM hinter dem Filter wiedergeben, falls sie vorliegt, die auf dem erhitzten Substrat oxidiert wird. Bei 412 kann die geschätzte CO₂-Regenerierungskonzentration der Sensorausgabe mit der modellbasierten erwarteten CO₂-Regenerierungskonzentration verglichen werden, und es kann bestimmt werden, ob die Sensorausgabe höher ist als der modellierte Wert. Falls dies der Fall ist, dann kann bei 414 bestimmt werden, dass in dem Abgas Ruß vorliegt. Wie zuvor ausgeführt, wird bei Fehlen einer Filterverschlechterung Abgas-PM in dem Filter zurückgehalten. Somit kann bei 416 als Reaktion auf die Detektion von Abgas-PM hinter dem Filter eine Filterverschlechterung bestimmt und durch Setzen eines Diagnosecodes angezeigt werden. Optional kann, wie zuvor in 3 (bei 312) ausgeführt, auf der Basis der CO₂-Signatur ein Grad der Filterverschlechterung ebenfalls angezeigt werden. Bei 418 können auf der Basis der Anzeige der Verschlechterung Motorbetriebsbedingungen und/oder Regenerierungsbedingungen für die gleiche und/oder eine nachfolgende Regenerierungsoperation verstellt werden. Bei einem Beispiel kann als Reaktion auf die Anzeige einer Verschlechterung die Filterregenerierungsoperation (beispielsweise sofort) angehalten werden, um das Risiko verschlechterter Abgasemissionen zu reduzieren. Bei einem weiteren Beispiel kann eine Regenerierungsabgasströmungsrate gesenkt werden, eine Regenerierungsabgastemperatur kann gesenkt werden, eine Dauer der Regenerierung kann verkürzt werden und/oder eine Regenerierung kann bei einer höheren Rußbelastung initiiert werden. Bei einem weiteren Beispiel kann als Reaktion auf die Anzeige einer Filterverschlechterung die Motorlast reduziert werden, um die generierte PM-Menge zu reduzieren.
Falls die Sensorausgabe nicht höher ist als der erwartete Modellwert, dann kann bei 420 bestimmt werden, dass in dem Abgas kein Ruß vorliegt, und es kann bei 422 geschlossen werden, dass sich der Filter nicht verschlechtert hat. Bei 424 kann bestimmt werden, ob die geschätzte CO₂-Regenerierungshöhe (oder das Profil) unter einem Schwellwert liegt. Als solches kann während einer Filterregenerierung eine Zunahme bei CO₂-Konzentrationen (wie etwa ein plötzlicher Sprung bei der CO₂-Konzentration nach der Initiierung einer Regenerierung) aufgrund des Abbrennens des gespeicherten Rußes erwartet werden. Somit kann gemäß einer alternativen Ausführungsform des Verfahrens bei 426 eine Verschlechterung der Filterregenerierung bestimmt werden, wenn die geschätzte CO₂-Regenerierungshöhe unter der Schwellwerthöhe liegt. Das heißt, es kann bestimmt werden, dass die Filterregenerierungsoperation sich verschlechtert hat und dass der auf dem Filter gespeicherte Ruß nicht vollständig beseitigt wurde. Optional kann ein Motorcontroller weiterhin Regenerierungsbedingungen für die gleiche und/oder eine nachfolgende Regenerierungsoperation als Reaktion auf die Anzeige einer Filterregenerierungsverschlechterung bei 418 verstellen. Beispielsweise kann gemäß einer nicht erfindungsgemäßen Ausführungsform als Reaktion darauf, dass sich der Filter nicht verschlechtert hat, aber sich die Filterregenerierungsoperation verschlechtert hat, die Abgasströmungsrate für eine nachfolgende Regenerierung steigen, die für die Regenerierung verwendete Abgastemperatur kann angehoben werden, die Dauer der Regenerierung kann verlängert werden und/oder die Regenerierung kann bei einer niedrigeren Rußbelastung initiiert werden.
Falls im Vergleich die geschätzte CO₂-Regenerierungshöhe unter dem Schwellwert liegt, dann kann bei 428 bestimmt werden, dass sich der Filter nicht verschlechtert hat und dass sich auch die Filterregenerierungsoperation nicht verschlechtert hat.
Somit kann während der Filterspeicherung ein Motorcontroller das Substrat mit der Heizvorrichtung elektrisch beheizen, eine CO₂-Abgaskonzentration hinter dem Filter schätzen, um auf die Anwesenheit von Abgas-PM mit dem CO₂-Sensor zu schließen, und die Filterregenerierung steuern und den Motorbetrieb auf der Basis der geschätzten CO₂-Abgaskonzentration verstellen. Während einer Filterregenerierungsbedingung, die von der Filterspeicherbedingung verschieden ist, kann analog der Controller die Heizvorrichtung deaktivieren und das Substrat mit dem heißen Abgas, das für die Filterregenerierung verwendet wird, nicht-elektrisch erhitzen. Der Controller kann dann eine CO₂-Abgaskonzentration hinter dem Filter schätzen, um auf die Anwesenheit von Abgas-PM hinter dem Filter mit dem CO₂-Sensor zu schließen und die Filterregenerierung steuern und den Motorbetrieb auf der Basis der geschätzten CO₂ Abgaskonzentration verstellen. Bei beiden Bedingungen kann der Sensor auch den Controller aktivieren, um auf der Basis einer von oxidierter PM hinter dem Filter generierter CO₂-Signatur eine Filterverschlechterung zu bestimmen.
Während die dargestellten Routinen das Verstellen des Motorbetriebs und das Bestimmen einer Filterverschlechterung auf der Basis der CO₂-Signatur veranschaulichen, versteht sich, dass der Motorcontroller weiterhin konfiguriert sein kann, eine CO₂-Sensorverschlechterung auf der Basis der geschätzten CO₂-Konzentration zu diagnostizieren. Das Diagnostizieren einer CO₂-Sensorverschlechterung kann das Setzen eines entsprechenden Diagnosecodes beinhalten.
Bei einem Beispiel kann während der Filterspeicherung eine CO₂-Sensorverschlechterung dadurch diagnostiziert werden, dass eine erste CO₂-Konzentration mit eingeschalteter Substratheizvorrichtung geschätzt wird, eine zweite CO₂-Konzentration bei ausgeschalteter Substratheizvorrichtung geschätzt wird und eine CO₂-Sensorverschlechterung angezeigt wird, wenn die Differenz zwischen der ersten CO₂-Konzentration und der zweiten CO₂-Konzentration unter einem Schwellwert liegt. Wenn beispielsweise bekannt ist, dass der Filter sich nicht verschlechtert hat, indem die von dem CO₂-Sensor bei eingeschalteter und ausgeschalteter Heizvorrichtung geschätzte CO₂-Konzentration verglichen wird, kann eine Sensorverschlechterung aufgrund dessen identifiziert werden, dass der Sensor nicht die Anwesenheit einer erwarteten CO₂-Menge detektiert.
Bei einem weiteren Beispiel kann während einer Filterregenerierung eine CO₂-Sensorverschlechterung diagnostiziert werden durch: Bestimmen einer ersten Änderungsrate bei der geschätzten CO₂-Konzentration über mindestens eine Dauer der Filterregenerierungoperation, Bestimmen einer zweiten Änderungsrate beim Druck an dem Filter über die gleiche Dauer und Anzeigen einer Sensorverschlechterung, wenn eine Differenz zwischen der ersten und zweiten Änderungsrate über einem Schwellwert liegt. Alternativ kann eine Sensorverschlechterung angezeigt werden, wenn ein Verhältnis zwischen der ersten und zweiten Veränderungsrate über einem Schwellwert liegt. Wenn somit beispielsweise bekannt ist, dass sich der Filter nicht verschlechtert hat und der Filter sich regeneriert, dann kann durch Vergleichen eines Parameters, der eine Filterregenerierung wiedergibt (wie etwa eine Änderung beim Druck oder der Temperatur oder der Masse usw. an dem Filter), über eine Dauer der Operation mit der Veränderung bei der Ausgabe von dem Sensor über die gleiche Dauer eine Sensorverschlechterung aufgrund dessen identifiziert werden, dass sich die Sensorausgabe nicht mit einer Rate ändert, die proportional (oder normiert) zu der Änderungsrate des Regenerierungsparameters über dem Filter ist.
Nunmehr unter Bezugnahme auf Fjg. S wird eine alternative beispielhafte Routine 500 gezeigt, um eine Partikelfilterverschlechterung auf der Basis der Ausgabe eines nachgeschalteten CO₂-Sensors zu identifizieren. Bei 502 kann bestätigt werden, dass der Motor läuft. Falls als solches der Motor nicht läuft, kann die Routine enden. Bei 504 können Motorbetriebsbedingungen geschätzt oder gemessen werden und/oder es kann auf sie geschlossen werden. Bei 506 können CO₂-Konzentrationen auf der Basis der geschätzten Motorbetriebsbedingungen geschätzt werden und/oder es kann darauf geschlossen werden (CO2_model). Bei einem Beispiel kann ein CO₂-Modell verwendet werden, um auf der Basis der Motorbetriebsbedingungen eine erwartete CO₂-Konzentration zu schätzen. Die von dem CO₂-Modell geschätzte Konzentration kann CO₂-Konzentrationen berücksichtigen, die aufgrund von Abgas-PM, Abgas-CO₂, unverbrannten und teilweise verbrannten Abgaskohlenwasserstoffen usw. antizipiert werden. Bei 508 kann die modellierte CO₂-Konzentration mit der Ausgabe des CO₂-Sensors verglichen werden. Bei 510 kann bestimmt werden, ob die CO₂ Sensorausgabe über der modellierten CO₂-Konzentration liegt. Falls dies nicht der Fall ist, dann kann bei 514 angenommen werden, dass der Partikelfilter ordnungsgemäß arbeitet. Falls im Vergleich die CO₂ Sensorausgabe über der modellierten CO₂-Konzentration liegt, dann kann bei 512 angenommen werden, dass sich der Partikelfilter verschlechtert hat und ein Filterverschlechterungsindikator kann aufleuchten. Der Verschlechterungsindikator kann beispielsweise ein Licht (wie etwa ein Fehlfunktionsindikatorlicht) auf dem Fahrzeugarmaturenbrett oder eine Nachricht in einem dem Fahrer vorgelegten Nachrichtenzentrum sein.
Es versteht sich, dass zwar eine oder mehrere der Routinen von 2-Fig. § unter Bezugnahme auf Dieselpartikelfilter dargestellt werden können, dies nicht in einem beschränkenden Sinne gedacht ist und dass die gleichen Routinen analog auf die Diagnose einer Verschlechterung von anderen Partikelfiltern wie etwa eines Benzinpartikelfilters in einem Benzinmotorabgassystem angewendet werden können.
Auf diese Weise kann ein Abgas-CO₂-Sensor dazu verwendet werden, sowohl CO₂-Abgaskonzentrationen zu bestimmen als auch auf eine PM-Abgaskonzentration präzise zu schließen. Außerdem kann auf der Basis der geschätzten CO₂-Konzentration während Filterregenerierungs- und nichtregenerierungsbedingungen eine Filterdiagnose durchgeführt werden. Auf der Basis von Unterschieden zwischen der geschätzten Konzentration und einer erwarteten Konzentration können der Motorbetrieb und/oder die Filterregenerierungsoperation weiter verstellt werden. Durch Einsatz von höher auflösenden CO₂-Sensoren kann die Filterdiagnose mit höherer Präzision durchgeführt werden.
Man beachte, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hierin beschriebenen spezifischen Routinen können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien wie etwa ereignisgetrieben, Interruptgetrieben, Multi-Tasking, Multi-Threading und dergleichen darstellen. Als solches können verschiedene Handlungen, Operationen oder Funktionen, die dargestellt sind, in der dargestellten Sequenz oder parallel durchgeführt werden oder in einigen Fällen entfallen. Gleicherweise ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele zu erreichen, sondern wird vorgelegt, um die Darstellung und Beschreibung zu erleichtern. Eine oder mehrere der dargestellten Handlungen oder Funktionen können je nach der verwendeten jeweiligen Strategie wiederholt durchgeführt werden. Weiterhin können die beschriebenen Handlungen einen Code graphisch darstellen, der in das computerlesbare Speichermedium in dem Motorsteuersystem programmiert werden soll.
Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen von beispielhafter Natursind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einem beschränkenden Sinne anzusehen sind, weil zahlreiche Variationen möglich sind. Beispielsweise kann die obige Technologie auf V-6-, 1-4-, 1-6-, V-12-, 4-Takt-Boxer- und andere Motortypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthält alle neuartigen und nichtoffensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und andere hierin offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Die folgenden Ansprüche heben bestimmte Kombinationen und Teilkombinationen besonders hervor, die als neuartig und nichtoffensichtlich angesehen werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Solche Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Integrierung von einem oder mehreren solcher Elemente beinhalten, wobei sie zwei oder mehr solcher Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Teilkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, seien sie breiter, schmäler, gleich oder verschieden hinsichtlich Schutzbereich zu den ursprünglichen Ansprüchen werden ebenfalls so angesehen, dass sie in dem Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten sind.
In weiterer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahren ist vorgesehen, dass ein Bestimmen einer Filterverschlechterung während der Filterregenerierungsbedingung das Anzeigen einer Filterverschlechterung beinhaltet, wenn die geschätzte CO₂ Regenerierungshöhe besser ist als die erwartete CO₂-Regenerierungshöhe und ein Unterschied zwischen der geschätzten Höhe und der erwarteten Höhe über einem Schwellwert liegt. Dabei beinhaltet bevorzugt die Anzeige weiterhin das Setzen eines Diagnosecodes.
In einer weiteren Ausführung umfasst das des erfindungsgemäße Verfahren zum Verwalten von Partikelmaterieemissionen eines Motorsystems, das einen Partikelfilter, einen CO₂-Sensor hinter dem Filter, ein Substrat vor dem CO₂-Sensor und eine an das Substrat gekoppelte Substratheizvorrichtung enthält: während der Filterspeicherung, das elektrische Erhitzen des Substrats mit der Heizvorrichtung; das Schätzen einer CO₂-Abgaskonzentration der oxidierten Abgas-PM mit dem CO₂-Sensor und das Steuern der Filterregenerierung und das Verstellen des Motorbetriebs auf der Basis der geschätzten CO₂-Abgaskonzentration und während der Filterregenerierung das Deaktivieren der Heizvorrichtung, während das Substrat mit heißem Abgas nicht-elektrisch erhitzt wird; das Schätzen einer CO₂-Abgaskonzentration der oxidierten Abgas-PM mit dem CO₂-Sensor und das Steuern der Filterregenerierung und das Verstellen des Motorbetriebs auf der Basis der geschätzten CO₂-Abgaskonzentration.
Dabei ist bevorzugt das Motorsystem ein Benzinmotorsystem, weiterhin umfassend während der Filterspeicherung und/oder Filterregenerierung das Bestimmen einer Filterverschlechterung auf der Basis der geschätzten CO₂-Abgaskonzentration. Weiter bevorzugt wird die Heizvorrichtung als Reaktion auf eine Abgastemperatur betrieben, wobei der Betrieb insbesondere Folgendes beinhaltet, Einschalten der Heizvorrichtung, wenn die Abgastemperatur unter einem Schwellwert lie) und Abschalten der Heizvorrichtung, wenn die Abgastemperatur über dem Schwellwert liegt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst ein Motorabgassystem: einen Partikelfilter; einen hinter dem Filter gekoppelten CO₂-Sensor; ein vor dem CO₂-Sensor positioniertes Substrat und einen Controller, der konfiguriert ist zum:

Erhitzen des Substrats;
Oxidieren von Abgas-PM auf dem erhitzten Substrat; Schätzen einer CO₂-Konzentration entsprechend der oxidierten Abgas-PM;
Steuern der Filterregenerierung auf der Basis der geschätzten CO₂-Konzentration und Bestimmen der Filterverschlechterung auf der Basis der geschätzten CO₂-Konzentration.

Dabei beinhaltet bevorzugt das Erhitzen des Substrats während der Filterspeicherung das Aktivieren einer Substratheizvorrichtung und während der Filterregenerierung das Deaktivieren der Substratheizvorrichtung und das Strömen von heißem Abgas.
Bevorzugt ist der Controller weiterhin konfiguriert, die CO₂-Sensorverschlechterung auf der Basis der geschätzten CO₂-Konzentration zu diagnostizieren.
Dabei beinhaltet das Diagnostizieren der CO₂-Sensorverschlechterung während der Filterspeicherung bevorzugt das Schätzen einer ersten CO₂-Konzentration bei eingeschalteter Substratheizvorrichtung, das Schätzen einer zweiten CO₂-Konzentration bei ausgeschalteter Substratheizvorrichtung und das Anzeigen einer Sensorverschlechterung, wenn ein Unterschied zwischen der ersten CO₂-Konzentration und der zweiten CO₂-Konzentration unter einem Schwellwert liegt.
Ferner bevorzugt beinhaltet das Diagnostizieren einer CO₂-Sensorverschlechterung während einer Filterregenerierung: Bestimmen einer ersten Änderungsrate bei der geschätzten CO₂-Konzentration über mindestens eine Dauer der Filterregenerierung, Bestimmen einer zweiten Änderungsrate beim Druck an dem Filter über die Dauer der Filterregenerierung und Anzeigen einer Sensorverschlechterung, wenn eine Differenz zwischen der ersten und zweiten Änderungsrate über einem Schwellwert liegt.
Ferner bevorzugt beinhaltet das Diagnostizieren einer CO₂-Sensorverschlechterung das Anzeigen einer Sensorverschlechterung durch Setzen eines Diagnosecodes.
Bezugszeichenliste

2

start

Start

N

NEIN

End

Ende

202

Motor läuft?

204

Motorbetriebsbedingungen schätzen und/oder messen

206

Substrat heiß?

208

Motorbetrieb auf Basis von CO₂-Abgaskonzentration verstellen

209

Regenerierung?

210

CO₂-Konzentrationen auf der Basis von Motorbetriebsbedingungen schätzen (CO2_model_nonregen)

212

geschätzte CO₂-Konzentration mit Sensorausgabe vergleichen (CO2 _sensorn_onregen)

214

Filterdiagnose durchführen und Motorbetrieb auf Basis des Vergleichs verstellen (3)

216

CO₂-Konzentrationen auf der Basis von Regenerierungsbedingungen schätzen (CO2_model_regen)

218

geschätzte CO₂-Konzentration mit Sensorausgabe vergleichen (CO2 _sensor_regen)

220

Filterdiagnose durchführen und Motorbetrieb auf Basis des Vergleichs verstellen (4)
3

start

Start

N

NEIN

End

Ende

302

CO₂-Konzentration auf der Basis von Motorbetriebsbedingungen bestimmen (CO2_model_nonregen)

304

Abgas auf erhitztem Substrat oxidieren

306

CO₂-Sensorausgabe bestimmen (CO2_sensor_nonregen)

308

Sensor) Modell?

310

Ruß (Abgas-PM) liegt im Abgas vor

312

Filterverschlechterung bestimmen und Diagnosecode setzen

314

Filterregenerierung und Motorbetriebsbedingungen auf der Basis der Anzeige der Verschlechterung verstellen

316

Ruß (Abgas-PM) liegt nicht im Abgas vor

318

Filter nicht verschlechtert

320

Sensor) Schwellwert?

322

Filterregenerierung initiieren

324

Filterregenerierung nicht erforderlich
4

start

Start

N

NEIN

End

Ende

402

Substratheizvorrichtung deaktivieren

404

Regenerierungsbedingungen schätzen (zum Beispiel Rußbelastung, Regenerierung T, Abgasströmungsrate usw.)

406

CO₂-Konzentration auf der Basis von Regenerierungssbedingungen bestimmen (CO2_model_regen)

408

Abgas auf erhitztem Substrat oxidieren

410

CO₂-Sensorausgabe bestimmen (CO2_sensor_regen)

412

Sensor) Modell?

414

Ruß (Abgas-PM) liegt im Abgas vor

416

Filterverschlechterung bestimmen und Diagnosecode setzen

418

Filterregenerierung und Motorbetriebsbedingungen auf der Basis der Anzeige der Verschlechterung verstellen

420

Ruß (Abgas-PM) liegt nicht im Abgas vor

422

Filter nicht verschlechtert

424

Sensor 〈Schwellwert?

426

Filterregenerierung verschlechtert

428

Filterregenerierung nicht verschlechtert
5

start

Start

N

Nein

End

Ende

502

Motor läuft?

504

Motorbetriebsbedingungen schätzen und/oder messen

506

CO₂-Konzentrationen auf der Basis von Motorbetriebsbedingungen schätzen (CO2_model)

508

modellierte CO₂-Konzentrationen mit CO₂-Sensorausgabe vergleichen

510

Sensor > Modell?

514

ordnungsgemäße Partikelfilterfunktion annehmen

512

Partikelfilterleck annehmen. Verschlechterungsindikator leuchtet auf.

Claims

Verfahren (200) zum Betreiben eines einen Partikelfilter (102) enthaltenden Motorabgassystems, umfassend: Steuern einer Filterregenerierung auf der Basis einer CO₂-Signatur von oxidierter Abgaspartikelmaterie hinter dem Partikelfilter (102), wobei das Steuern während einer Filterspeicherbedingung ein Initiieren einer Filterregenerierung beinhaltet, die CO₂-Signatur auf einer von einem hinter dem Partikelfilter (102) positionierten CO₂-Sensor (106) geschätzten CO₂-Konzentration basiert und die Abgaspartikelmaterie unter Verwendung von Sauerstoff aus dem Abgas auf einem vor dem CO₂-Sensor (106) positionierten erhitzten Substrat (104) oxidiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Initiieren der Filterregenerierung auf der CO₂-Signatur basiert, wobei als Reaktion auf eine Zunahme von CO₂-Konzentrationen über einen Schwellwert während des Motorbetriebs eine Filtersättigung deduziert und die Filterregenerierung initiiert werden, und das Steuern während einer Filterregenerierungsbedingung ein Bestimmen einer Regenerierungsverschlechterung (426) auf der Basis der CO₂-Signatur beinhaltet.
Verfahren (200) nach Anspruch 1, wobei die Filterregenerierung initiiert wird (322), wenn die geschätzte CO₂-Abgaskonzentration über einem ersten Schwellwert liegt (320).
Verfahren (200) nach Anspruch 1, wobei die Regenerierungsverschlechterung bestimmt wird (426), wenn die geschätzte CO₂-Abgaskonzentration unter einem zweiten Schwellwert liegt (424).
Verfahren (200) nach Anspruch 1, wobei das Substrat (104) während der Filterspeicherbedingung unter Verwendung einer an das Substrat (104) gekoppelten Heizvorrichtung (108) erhitzt wird und wobei das Substrat (104) während der Filterregenerierungsbedingung unter Verwendung von heißem Abgas erhitzt wird.
Verfahren (200) nach Anspruch 4, wobei das Erhitzen des Substrats (104) unter Verwendung der Heizvorrichtung (108) während der Filterspeicherung das Aktivieren der Heizvorrichtung (108) beinhaltet und das Erhitzen des Substrats (104) unter Verwendung von heißem Abgas während der Filterregenerierung das Deaktivieren der Heizvorrichtung (108) beinhaltet.
Verfahren (200) nach Anspruch 5, wobei das Bestimmen der Regenerierungsverschlechterung (426) ein Anzeigen einer Verschlechterung der Filterregenerierung beinhaltet, wenn eine geschätzte CO₂-Regenerierungshöhe unter einer erwarteten CO₂-Regenerierungshöhe liegt (412).
Verfahren (200) nach Anspruch 6, weiterhin umfassend das Verstellen von Regenerierungsbedingungen (418) als Reaktion auf das Anzeigen der Verschlechterung der Filterregenerierung.
Verfahren (200) nach Anspruch 7, weiterhin umfassend das Bestimmen einer Filterverschlechterung (416) auf der Basis der CO₂-Signatur.
Verfahren (200) nach Anspruch 8, wobei das Verstellen von Regenerierungsbedingungen (418) als Reaktion darauf, dass sich der Partikelfilter (102) nicht verschlechtert hat (422), aber die Verschlechterung der Filterregenerierung angezeigt wird, Steigen einer Abgasströmungsrate für eine nachfolgende Filterregenerierung, Anheben einer für die Filterregenerierung verwendeten Abgastemperatur, Verlängern einer Dauer der Filterregenerierung und/oder Initiieren der Filterregenerierung bei einer niedrigeren Rußbelastung umfasst.
Verfahren (200) nach Anspruch 8, wobei das Bestimmen einer Filterverschlechterung während der Filterregenerierungsbedingung das Anzeigen einer Filterverschlechterung beinhaltet, wenn die geschätzte CO₂-Regenerierungshöhe besser ist als die erwartete CO₂-Regenerierungshöhe und ein Unterschied zwischen der geschätzten Höhe und der erwarteten Höhe über einem dritten Schwellwert liegt.