DE102015100005A1

DE102015100005A1 - Verfahren zum Ermitteln einer geschätzten Menge an Ruß, die sich in einem Partikelfilter eines Abgasnachbehandlungssystems angesammelt hat

Info

Publication number: DE102015100005A1
Application number: DE102015100005.9A
Authority: DE
Inventors: Jianwen Li; Rahul Mital
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-01-13
Filing date: 2015-01-02
Publication date: 2015-07-16
Anticipated expiration: 2035-01-03
Also published as: US9366171B2; CN104775883B; DE102015100005B4; CN104775883A; US20150198076A1

Abstract

Es ist ein Verfahren zum Schätzen der Rußmenge, die sich in einem Partikelfilter eines Fahrzeugabgassystems angesammelt hat, vorgesehen. Das System kann einen Motor, ein Abgassystem, das einen Partikelfilter besitzt, sowie einen Controller aufweisen, der derart konfiguriert ist, das vorliegende Verfahren auszuführen. Der Controller kann derart konfiguriert sein, einen augenblicklichen Volumendurchfluss eines Abgases, das durch das Abgassystem strömt, zu bewerten; einen Abgasdruckabfall über den Partikelfilter zu überwachen; eine Fahrbedingung des Fahrzeugs basierend auf dem augenblicklichen Volumendurchfluss des Abgases und des Abgasdruckabfalls zu ermitteln; und eine erste Steueraktion, wenn die Fahrbedingung eine stabile Fahrbedingung ist, oder eine zweite Steueraktion auszuführen, wenn die Fahrbedingung eine transiente Fahrbedingung ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegenden Lehren umfassen ein Verfahren zum Ermitteln einer geschätzten Menge an Ruß, die sich in einem Partikelfilter eines Abgassystems angesammelt hat, in sowohl einer transienten Fahrbedingung als auch einer stabilen Fahrbedingung.
HINTERGRUND
Ein Abgasnachbehandlungssystem für ein modernes Dieselmotorabgassystem enthält typischerweise einen Partikelfilter zum Sammeln und Beseitigen von Rußpartikelmaterial. Ein typischer Partikelfilter wirkt als ein Fänger zum Entfernen des Partikelmaterials aus dem Abgassystem. In vielen Fällen kann der Partikelfilter unter Verwendung von überhitztem Abgas regeneriert oder gereinigt werden, um die angesammelten Partikel wegzubrennen.
Der Druckabfall über den Partikelfilter kann gewöhnlich eine gute Näherung für angesammelten Ruß darin bei stabilen oder Autobahnfahrtbedingungen sein. Bei anderen Fahrzyklen, wie Stop-and-Go-Zyklen sowie anderen transienten Bedingungen kann es schwieriger sein, eine Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter angesammelt hat, über eine strikte Widerstandsströmungs- oder Abgasdruckabfallberechnung über den Partikelfilter aufgrund eines sich ändernden Volumendurchflusses des durch das Abgassystem gelangenden Abgases zu schätzen.
ZUSAMMENFASSUNG
Es ist ein Verfahren zum Schätzen der Rußmenge, die sich in einem Partikelfilter eines Fahrzeugabgassystems angesammelt hat, vorgesehen. Das System kann einen Ruß erzeugenden Motor eines Fahrzeugs aufweisen, der einen Abgasstrom erzeugt. Das System kann ferner ein Abgassystem in Fluidkommunikation mit dem Motor aufweisen, wobei das Abgassystem eine Mehrzahl von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen aufweist, die derart konfiguriert sind, Stickoxid-(NOx-)Gase, die in dem Abgasstrom vorhanden sind, katalytisch in Wasser und Stickstoff umzuwandeln und Partikelmaterial aus dem Abgasstrom zu entfernen. Die Nachbehandlungsvorrichtungen können einen Partikelfilter aufweisen. Das System kann ferner einen Controller aufweisen, der einen Prozessor sowie einen konkreten nichtflüchtigen Speicher, auf dem Anweisungen aufgezeichnet sind, besitzt. Bei der Ausführung der aufgezeichneten Anweisungen, die in den nichtflüchtigen Speicher des Controllers geschrieben sind, kann der Prozessor die Schritte des vorliegenden Verfahrens zum Schätzen der Menge an Ruß, die sich in dem Partikelfilter des Abgassystems angesammelt hat, ausführen.
Der Controller kann derart konfiguriert sein, das vorliegende Verfahren durch die folgenden beispielhaften Schritte auszuführen. Der Controller bewertet zunächst einen augenblicklichen Volumendurchfluss eines durch das Abgassystem strömenden Abgases. Der Controller überwacht dann einen Abgasdruckabfall über den Partikelfilter. Der Controller ermittelt anschließend eine Fahrbedingung des Fahrzeugs auf Grundlage des augenblicklichen Volumendurchflusses von Abgas und des Abgasdruckabfalls, wobei die Fahrbedingung entweder eine stabile Fahrbedingung oder eine transiente Fahrbedingung ist. Bei der Ermittlung der Fahrbedingung führt der Controller eine erste Steueraktion, wenn die Fahrbedingung eine stabile Fahrbedingung ist, oder eine zweite Steueraktion aus, wenn die Fahrbedingung eine transiente Fahrbedingung ist, um die Menge an Ruß, die sich in dem Partikelfilter angesammelt hat, zu schätzen und schließlich den Bedarf nach einem Regenerationsereignis des Partikelfilters zu ermitteln.
Die obigen Merkmale und Vorteile wie auch weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung einiger der besten Moden und anderen Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung, wie in den angefügten Ansprüchen definiert ist, in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen offensichtlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Motor und einem Abgassystem, wobei das Abgassystem einen alleinstehenden Partikelfilter aufweist;
2 ist eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einem Motor und einem Abgassystem, wobei das Abgassystem einen Filter mit selektiver katalytischer Reduktion (SCRF) aufweist;
3 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zum Schätzen einer Menge an Ruß, die sich in dem Partikelfilter eines Abgassystems angesammelt hat, beschreibt;
4 ist ein Flussdiagramm, das den Prozess zum Überwachen des Abgasdruckabfalls über den Partikelfilter verdeutlicht;
5 ist ein Flussdiagramm, das eine erste Steueraktion beschreibt;
6 ist ein Flussdiagramm, das eine zweite Steueraktion beschreibt; und
7 ist ein Flussdiagramm, das den Prozess zum Auswählen einer Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter angesammelt hat, aus einer zweiten Nachschlagetabelle detailliert darstellt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Bezug nehmend auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Ansichten gleiche Komponenten betreffen, zeigt 1 schematisch ein Fahrzeug 10. Das Fahrzeug 10 weist einen Verbrennungsmotor 12 auf, der einen Lufteinlass 13 besitzt. Der Motor 12 erzeugt einen Abgasstrom 14. Das Fahrzeug 10 weist ferner ein Getriebe 16, ein Abgasnachbehandlungssystem 22 zum Behandeln von Bestandteilen in einem Abgassystem 14 sowie ein Überwachungssystem 18 auf, das einen Controller 20 besitzt. Der Controller 20 ist derart konfiguriert, d. h. programmiert und in Hardware ausgestattet, um die Funktionen verschiedener Komponenten des Fahrzeugs 10 zu regulieren und zu koordinieren. Während eine Dieselanwendung nachfolgend zur Veranschaulichung beschrieben ist, erkennt der Fachmann, dass eine ähnliche Vorgehensweise in Bezug auf andere Motorkonstruktionen ungeachtet der Konfiguration oder Auslegung des Motors 12 genommen werden kann.
Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, erzeugt an Bord des Fahrzeugs 10 eine Verbrennung von Kraftstoff, der von einem Kraftstoffspeichertank 24 gezogen wird, den Abgasstrom 14, der dann durch das Abgassystem 22 vor einem Austrag aus einem Auspuff 26 verarbeitet wird. Der Abgasstrom 14 wird von dem Motor 12 als ein Nebenprodukt der Verbrennung ausgestoßen. Das Abgassystem 22 kann eine Reihe von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 28, 30, 32, 34 aufweisen. Die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen können einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 28, eine Vorrichtung 30, 34 für selektive katalytische Reduktion (SCR) und einen Partikelfilter 32, 34 aufweisen. Die SCR-Vorrichtung 30, 34 und der Partikelfilter 32, 34 können zwei alleinstehende Vorrichtungen sein, d. h. eine SCR-Vorrichtung 30 und ein Partikelfilter 32, oder können in eine kombinierte Partikelfilterkomponente mit Fähigkeiten zur selektiven katalytischen Reduktion kombiniert sein; ein derartiger Aufbau ist als ein Filter für selektive katalytische Reduktion (SCRF) 34 definiert.
Wie in 1 gezeigt ist, weist das Abgassystem 22 einen DOC 28, eine SCR-Vorrichtung 30 und einen alleinstehenden Partikelfilter 32 auf. Wie in 2 gezeigt, weist das Abgassystem 22 einen DOC 28 und einen SCRF 34 auf.
Allgemein weist das Abgassystem 22 einen Durchgang zum Lenken des Abgasstroms 14 von dem Motor 12 durch die Reihe von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 28, 30, 32, 34 auf. Abhängig von der Ausführungsform können die Nachbehandlungsvorrichtungen 28, 30, 32, 34 des Abgassystems 22 in einer beliebigen gewünschten Reihenfolge angeordnet sein. Gemeinsam konditionieren die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen, d. h. die Kombination des DOC 28, der SCR-Vorrichtung 30 und des alleinstehenden Partikelfilters 32 (in 1 gezeigt) und die Kombination des DOC 28 und des SCRF 34 (in 2 gezeigt) den Abgasstrom (Pfeil 14).
Die Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 28, 30, 32, 34 werden dazu verwendet, verschiedene Abgasemissionen des Motors 12 zu reduzieren. Insbesondere ist der DOC 28 derart angepasst, den Abgasstrom 14 von dem Motor 12 aufzunehmen, um die in dem Abgasstrom 14 vorhandenen Kohlenwasserstoffe zu oxidieren und zu verbrennen.
Genauer Bezug nehmend auf 1 ist die SCR-Vorrichtung 30 derart konfiguriert, Stickoxid-(NO_x-)Gase, die in dem Abgasstrom 14 vorhanden sind, katalytisch in Wasser und Stickstoff umzuwandeln. Die SCR-Vorrichtung 30 kann eine aktive katalytische Komponente aufweisen, die ein Oxid eines Unedelmetalls sein kann, wie eines aus Vanadium, Molybdän, Wolfram und Zeolith. Somit wandelt die SCR-Vorrichtung 30 NO_x-Gase in inerte Nebenprodukte, d. h. zweiatomigen Stickstoff N₂ und Wasser H₂O unter Zuhilfenahme eines Reduktionsmittels 36 um.
Das Reduktionsmittel 36 kann anhydrides Ammoniak, wässriges Ammoniak, Ammoniakvorläufer, eine wässrige Lösung aus Harnstoff oder irgendein anderes geeignetes Reduktionsmittel 36 sein, das dem Abgasstrom 14 hinzugesetzt und in der SCR-Vorrichtung 30 absorbiert wird. Demgemäß tritt das Reduktionsmittel 36 mit der SCR-Vorrichtung 30 in Kontakt, wenn der Abgasstrom 14 durch die SCR-Vorrichtung 30 strömt. Wenn der Abgasstrom 14 durch die SCR-Vorrichtung 30 gelangt, tritt das Reduktionsmittel 36 in Wechselwirkung mit dem Abgasstrom 14 über eine chemische Reaktion, um NO_x-Gase, die in dem Abgasstrom 14 vorhanden sind, zu reduzieren, wenn dieser durch das Abgassystem 22 verläuft.
Der alleinstehende Partikelfilter 32 kann derart konfiguriert sein, Partikelmaterial, d. h. Ruß aus dem Abgasstrom 14 des Motors 12 zu filtern. Der alleinstehende Partikelfilter 32 kann ein Substrat 38 aufweisen, das eine Mehrzahl von Durchbrechungen 40 darin definiert, durch die der Abgasstrom 14 strömt. Wenn der Abgasstrom 14 durch den alleinstehenden Partikelfilter 32 gelangt, kann sich schwebendes, luftgestütztes Partikelmaterial an dem Substrat 38 sammeln, wo es von dem Abgasstrom 14 abgetrennt werden kann; dieser Prozess ist als Rußbeladung definiert.
Speziell Bezug nehmend auf 2 ist der SCRF 34 ein Partikelfilter mit Fähigkeiten zur selektiven katalytischen Reduktion, und ist derart ausgelegt, Funktionen von sowohl der SCR-Vorrichtung 30 als auch dem alleinstehenden Partikelfilter 32, wie hier oben beschrieben und in 1 gezeigt ist, auszuführen. Der SCRF 34 wird zum 1) Behandeln von giftigen Emissionen, die in dem Abgasstrom 14 des Motors 12 enthalten sind; und 2) Filtern von Partikelmaterial, d. h. Ruß, von dem Abgasstrom 14 verwendet. Einfach gesagt wird der SCRF 34 dazu verwendet, NO_x-Emissionen zu reduzieren und Partikelmaterial, das von dem Motor 12 ausgestoßen wird, der das Fahrzeug 10 antreibt, zu filtern.
Der SCRF 34 wandelt NO_x-Gase in inerte Nebenprodukte, d. h. zweiatomigen Stickstoff (N₂) und Wasser (H₂O) unter Zuhilfenahme des Reduktionsmittels 36 um, das dem Abgasstrom (mit Pfeil 14 gezeigt) zugesetzt und in dem SCRF 34 absorbiert wird, wenn der Abgasstrom 14 durch den SCRF 34 strömt.
Ferner kann der SCRF 34 ein Substrat 38 aufweisen, das eine Mehrzahl von Durchbrechungen 40 darin definiert, durch die der Abgasstrom 14 strömt. Nachdem der Abgasstrom mit dem Reduktionsmittel 36 behandelt ist, kann sich schwebendes, luftgestütztes Partikelmaterial von dem Motor 12, das in dem Abgasstrom 14 vorhanden ist, an dem Substrat 38 sammeln, wo es von dem Abgasstrom 14 getrennt werden kann, d. h. Rußbeladung.
Allgemein Bezug nehmend auf die 1 und 2 kann über die Lebensdauer des Fahrzeugs 10 der Partikelfilter 32, 34 (kombinierter SCRF 34 oder ein alleinstehender Partikelfilter 32) abhängig von der Ausführungsform gelegentlich eine Regeneration erforderlich sein, um Partikelmaterial, das sich an dem Substrat 38 gesammelt hat, zu entfernen. Die Regeneration des Partikelfilters 32, 34 wird während eines festgelegten Regenerationsereignisses ausgeführt, das ein Erhitzen des Partikelfilters 32, 34 auf eine Temperatur aufweist, die ausreichend ist, um das angesammelte Partikelmaterial oder den Ruß zu verbrennen, was das Partikelmaterial zu Kohlendioxid umwandelt. Ein Partikelfilterregenerationsereignis ist üblicherweise durch die Anwesenheit einer geschätzten Menge an Ruß, die sich in dem Partikelfilter 32, 34 angesammelt hat, bestimmt, der sich über einer vorbestimmten Schwellenmenge an Ruß, die in dem Partikelfilter 32, 34 zulässig ist, befindet. Somit sammelt beispielsweise der Partikelfilter 32, 34 Rußpartikelmaterial während einer Rußbeladungsphase und beseitigt das Rußpartikelmaterial durch den Regenerationsprozess.
Das Überwachungssystem 18 kann verwendet werden, um verschiedene Echtzeitbetriebsparameter der Strömung des Abgasstromes 14 (Abgasströmung) zu überwachen. Das Überwachungssystem 18 kann einen Controller 20 aufweisen, der derart konfiguriert, d. h. programmiert und in Hardware ausgestattet ist, um das Abgassystem 22 und die verschiedenen Betriebsparameter dessen zu bewerten. Beispielsweise kann der Controller 20 eine Strömungsimpedanz des Partikelfilters 32, 34 durch Überwachen eines Differenzdruckmoduls 44 bewerten. Zusätzlich kann der Controller 20 derart konfiguriert sein, einen oder mehrere Stickoxidsensoren 46, 48 und/oder einen oder mehrere Temperatursensoren 50 zu überwachen, die in Fluidkommunikation mit dem Abgasstrom 14 stehen können.
Die Stickoxidsensoren 46, 48 können derart konfiguriert sein, den Massendurchfluss von Stickoxiden, die in dem Abgasstrom 14 vorhanden sind, zu messen. Die Stickoxidsensoren 46, 48 können dann ein NO_x-Signal 70, 71 an den Controller 20 liefern, das dieser gemessenen Menge entspricht.
Der Temperatursensor 50 kann stromaufwärts des Partikelfilters 32, 34 angeordnet und derart konfiguriert sein, die Temperatur der Abgasströmung 14, die in den Partikelfilter 32, 34 eintritt, zu messen. Der Temperatursensor 50 kann ein Temperatursignal 72 an den Controller 20 entsprechend diesem überwachten Wert liefern. Ein zweiter Temperatursensor (nicht gezeigt) kann stromabwärts des Partikelfilters 32, 34 angeordnet und gleichermaßen dazu verwendet werden, die Temperatur der Abgasströmung 14 nach der Filtration zu messen.
Das Differenzdruckmodul 44 kann ein einzelner Sensor sein, der in der Lage ist, eine resultierende ΔP-Messung an den Controller 20 zurückzuführen, wie ein elektronischer Drucksensor, und kann einen piezoresistiven Sensor, einen piezoelektrischen Sensor, einen MEMS-Sensor und/oder einen kapazitiven Sensor aufweisen, der derart konfiguriert ist, einen erfassten Druck in ein analoges oder digitales Signal umzuwandeln, das den erfassten Druck repräsentiert.
Das Differenzdruckmodul 44 kann den gemessenen Differenzdruck (ΔP) des Partikelfilters 32, 34 überwachen, wobei der gemessene Differenzdruck (ΔP) der augenblickliche Druckabfall über den Partikelfilter 32, 34 ist. Das Differenzdruckmodul 44 kann den augenblicklichen Druckabfall über den Filter 32, 34 oder den Differenzdruck (ΔP) über Druckablesungen überwachen. Das Differenzdruckmodul 44 kann derart konfiguriert sein, die Differenz zwischen der ersten Druckablesung 64 und der zweiten Druckablesung 66 zu ermitteln und einen Differenzdruckausgang 68 zu erzeugen, der dem Abgasdruckabfall (ΔP) über den Partikelfilter 32, 34 entspricht.
Bei einer Konfiguration, die in 1 gezeigt ist, kann eine erste Druckablesung 64 an einer Einlassseite 56 des alleinstehenden Partikelfilters 32 zwischen dem Partikelfilter 32 und der SCR-Vorrichtung 30 genommen werden, und eine zweite Druckablesung 66 kann an einer Auslassseite 58 des Partikelfilters 32 genommen werden.
Bei einer anderen Konfiguration, die in 2 gezeigt ist, kann die erste Druckablesung 64 an der Einlassseite 60 des SCRF 34 zwischen dem DOC 28 und dem SCRF 34 genommen werden, und eine zweite Ablesung 66 kann an einer Auslassseite 62 des SCRF 34 genommen werden.
Zurück Bezug nehmend auf den Controller 20, der hier oben beschrieben ist, kann der Controller 20 eine alleinstehende Einheit oder Teil eines elektronischen Controllers sein, der den Betrieb des Motors 12 reguliert. Der Controller 20 kann als eine Server/Host-Maschine oder als ein verteiltes System, z. B. ein Digitalcomputer oder Mikrocomputer, ausgeführt sein, der als ein Fahrzeugsteuermodul und/oder als eine Proportional-Integral-Differential-(PID-)Reglervorrichtung wirkt, mit einem Prozessor und einem konkreten nichtflüchtigen Speicher, wie einen Nurlesespeicher (ROM) oder Flashspeicher. Der Controller 20 kann auch ein Direktzugriffsspeicher (RAM), einen elektrisch löschbaren programmierbaren Nurlesespeicher (EEPROM), einen Hochgeschwindigkeitstakt, eine Analog/Digital-(A/D-) und/oder Digital/Analog-(D/A-)Schaltung sowie jegliche erforderliche Eingabe/Ausgabeschaltung und zugeordnete Vorrichtungen wie auch erforderliche Signalkonditionierungs- und/oder Signalpufferschaltungen aufweisen.
Daher kann der Controller 20 alle Software, Hardware, Speicher, Algorithmen, Verbindungen, Sensoren, etc. aufweisen, die nötig sind, um das Abgassystem 22 und den Motor 12 zu überwachen und zu steuern.
Allgemein können Berechnungssysteme und/oder -vorrichtungen, wie der Controller 20, eine beliebige Anzahl von Computerbetriebssystemen verwenden und allgemein computerausführbare Anweisungen aufweisen, wobei die Anweisungen durch eine oder mehrere Berechnungsvorrichtungen, wie diejenigen, die oben aufgelistet sind, ausführbar sein können. Die computerausführbaren Anweisungen können von Computerprogrammen kompiliert oder interpretiert werden, die unter Verwendung einer Vielzahl gut bekannter Programmiersprachen und/oder -technologien erzeugt werden, einschließlich, ohne Beschränkung, und entweder allein oder in Kombination JavaTM, C, C++, Visual Basic, Java Script, Perl, etc. Allgemein empfängt ein Prozessor (z. B. ein Mikroprozessor) Anweisungen z. B. von einem Speicher, einem computerlesbaren Medium, etc. und führt diese Anweisungen aus, wodurch ein oder mehrere Prozesse durchgeführt werden, die einen oder mehrere der hier beschriebenen Prozesse aufweisen. Derartige Anweisungen und andere Daten können unter Verwendung einer Vielzahl bekannter computerlesbarer Medien gespeichert und übertragen werden.
Allgemein kann der Controller 20 den Differenzdruckausgang 68, den NO_x-Durchfluss (gemessen über die NO_x-Signale 70, 71), die überwachte Temperatur 72, die Motordrehzahl und Motorlast verwenden, um den Status/die Kapazität des Partikelfilters 32, 34 zu schätzen. Wie nachfolgend detaillierter beschrieben ist, kann ein Rußmodell 74 die Schätzung der Anzahl von Gramm an Ruß, der sich in dem Partikelfilter 32, 34 angesammelt hat, verwenden, um den Bedarf nach einem Partikelfilterregenerationsereignis zu ermitteln, um den gesammelten Ruß in dem Partikelfilter 32, 34 abzubrennen.
Der Controller 20 kann derart konfiguriert sein, das vorliegende Verfahren 100 auszuführen, um eine geschätzte Menge an Ruß, die sich in dem Partikelfilter 32, 34 angesammelt hat, sowohl bei stabilen als auch transienten Fahrbedingungen zu ermitteln, um zeitig Regenerationsereignisse auszulösen.
Wie in 3 gezeigt ist, kann das vorliegende Verfahren 100 zum Ermitteln einer geschätzten Menge an Ruß, die sich in dem Partikelfilter 32, 34 angesammelt hat, in sowohl stabilen als auch transienten Fahrbedingungen vier Schritte aufweisen. Einfach gesagt erlaubt das vorliegende Verfahren 100 eine Schätzung von angesammeltem Ruß mit verbesserter Genauigkeit. Bei Schritt 101 bewertet der Controller 20 den augenblicklichen Volumendurchfluss des Abgasstromes 14, der durch das Abgassystem 22 strömt. Der Volumendurchfluss des Abgasstromes 14 kann als eine Funktion der Abgastemperatur 72 sowie der kombinierten Luftströmung und Kraftstoffströmung, die durch das Abgassystem 22 gelangen, berechnet oder gemessen werden. Einfach gesagt ist der Volumendurchfluss gleich dem Volumen von Abgas, das durch das Abgassystem 22 über ein festgelegtes Zeitintervall bei der signalisierten Abgastemperatur 72 gelangt.
Bei Schritt 102 überwacht das Differenzdruckmodul 44 den Abgasdruckabfall über den Partikelfilter 32, 34 und führt einen Differenzdruckausgang 68 an den Controller 20 zurück.
Der Schritt 102, der den Abgasdruckabfall über den Partikelfilter 32, 34 überwacht, ist ferner in dem in 4 gezeigten Flussdiagramm detailliert dargestellt. Das Überwachen des Abgasdruckabfalls über den Partikelfilter 32, 34 kann drei Schritte aufweisen. Bei Schritt 201 erhält das Differenzdruckmodul 44 die erste Druckablesung 64 von einer Einlassseite 56, 60 des Partikelfilters 32, 34. Bei Schritt 202 erhält das Differenzdruckmodul 44 die zweite Druckablesung 66 von der Auslassseite 58, 62 des Partikelfilters 32, 34. Bei Schritt 203 ermittelt das Differenzdruckmodul 44 die Differenz zwischen der ersten Druckablesung 64 und der zweiten Druckablesung 66 und erzeugt einen Differenzdruckausgang 68, d. h. ΔP, der dem Druckabfall über den Partikelfilter 32, 34 entspricht.
Zurück Bezug nehmend auf 3 ermittelt bei Schritt 103 der Controller 20 die Fahrbedingung des Fahrzeugs 10 auf Grundlage des Volumendurchflusses des Abgasstromes 14 und des Abgasdruckabfalls oder Differenzdruckausgangs 68 über den Partikelfilter 32, 34. Die Fahrbedingung ist entweder eine stabile Fahrbedingung oder eine transiente Fahrbedingung. Eine stabile Fahrbedingung ist eine Fahrbedingung, bei der die Fahrbedingung, die während einer Autobahnfahrt oder anderer konstanter Geschwindigkeit stattfindet, keine Stop-and-Go-Zyklen aufweist. Eine transiente Fahrbedingung ist eine Fahrbedingung, bei der Variablen, wie Fahrzeuggeschwindigkeit, Motorlast, Motordrehzahl und Volumendurchfluss des Abgasstromes 14 im Fluss sind, wie während einer Stadtfahrt und bei Stop-and-Go-Zyklen.
Bei Schritt 104 führt der Controller 20 eine erste Steueraktion 301, wenn die Fahrbedingung eine stabile Fahrbedingung ist, und eine zweite Steueraktion 302 aus, wenn die Fahrbedingung eine transiente Fahrbedingung ist.
Bezug nehmend auf 5 führt der Controller 20 eine erste Steueraktion 301 aus, wenn die Fahrbedingung als eine stabile Fahrbedingung ermittelt wird. Eine stabile Fahrbedingung ist angegeben, wenn der Differenzdruckausgang 68 und der Volumendurchfluss des Abgases 14 jeweils ein Fahrzeug bei einer konstanten Geschwindigkeit angeben, d. h. mit einer relativ hohen Motordrehzahl und Motorlast. Insbesondere ist ein Fehlen einer deutlichen Nutzereingabeanforderung nach einer erhöhten Motordrehzahl vorhanden.
Durch die Ausführung der ersten Steueraktion 301 bei den Schritten 401 und 402 schätzt der Controller 20 die Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter 32, 34 angesammelt hat, als eine Funktion der Widerstandsströmungsrate des Abgasstromes 14 über den Partikelfilter 32, 34. Bei Schritt 401 wird die Widerstandsströmungsrate des Abgases 14 über den Partikelfilter 32, 34 als eine Funktion des Volumendurchflusses des Abgasstromes 14 und des Differenzdruckausganges 68 berechnet. Die Widerstandsströmungsrate des Abgasstromes 14 über den Partikelfilter 32, 34 ist als der Differenzdruckausgang 68 dividiert durch den augenblicklichen Volumendurchfluss des Abgasstromes 14 definiert.
Bei Schritt 402 ermittelt der Controller 20 eine geschätzte Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter 32, 34 angesammelt hat, auf Grundlage der Widerstandsströmungsrate des Abgasstromes 14. Die geschätzte Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter 32, 34 angesammelt hat, wird durch die Verwendung einer ersten Nachschlagetabelle 78 ermittelt, wobei die erste Nachschlagetabelle 78 in den konkreten nichtflüchtigen Speicher des Controllers 20 geschrieben ist. Die erste Nachschlagetabelle 78 ist ferner als eine zweidimensionale Nachschlagetabelle mit vorbestimmten kalibrierten Werten definiert, so dass die erste Nachschlagetabelle 78 die geschätzte Menge an Ruß, die sich in dem Partikelfilter 32, 34 angesammelt hat, als eine Funktion der berechneten Widerstandsströmungsrate des Abgases 14 ausdrückt.
Bei Schritt 403 vergleicht der Controller 20 über das Rußmodell 74 die geschätzte Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter angesammelt und von der ersten Nachschlagetabelle 78 erhalten ist, mit einer vorbestimmten Schwellenmenge an Ruß, die in dem Partikelfilter 32, 34 zulässig 80 ist. Die vorbestimmte Rußmenge, die in dem Partikelfilter 32, 34 zulässig 80 ist, ist eine vorbestimmte kalibrierte Menge, die in den konkreten nichtflüchtigen Speicher des Controllers 20 geschrieben ist.
Bei Schritt 404 leitet der Controller 20 ein Regenerationsereignis des Partikelfilters 32, 34 ein, wenn das Rußmodell 74 angibt, dass die geschätzte Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter 32, 34 angesammelt hat, größer als die vorbestimmte Schwellenrußmenge ist, die in dem Partikelfilter 32, 34 zulässig 80 ist.
Bezug nehmend auf 6 führt der Controller 20 eine zweite Steueraktion 302 aus, wenn die Fahrbedingung in einer transienten Fahrbedingung befindlich ermittelt wird. Eine transiente Fahrbedingung wird von einer Nutzeranforderung angegeben, die eine plötzliche Zunahme der Drehzahl des Motors 12 vorschreibt, wie einem ”Durchtreten” des Gaspedals in Stop-and-Go-Zyklen. In solchen Fällen gibt der Differenzdruckausgang 68 ein Fahrzeug bei Leerlauf oder bei geringer Motorlast oder geringer Motordrehzahl an; jedoch steigt aufgrund der Nutzereingangsanforderung für eine erhöhte Motordrehzahl der Volumendurchfluss des Abgasstromes 14 signifikant, da die Motordrehzahl und der Volumendurchfluss des Abgasstromes 14 proportional sind. Diese Inkonsistenz ist auf eine Zeitverzögerung zurückzuführen, wenn sich die Ansaugluft von dem Lufteinlass 13 durch das Abgassystem 22 zu dem Partikelfilter 32, 34 bewegt. Daher ist aufgrund eines Differenzdruckausgangs 68, der angibt, dass sich das Fahrzeug 10 bei Leerlauf befindet, und eines augenblicklichen Volumendurchflusses des Abgasstromes 14, der eine Beschleunigung des Fahrzeugs 10 angibt, die berechnete Widerstandsströmungsrate des Abgases 14 ernsthaften Spitzen bei Stop-and-Go-Zyklen sowie anderen Zyklen einer transienten Fahrbedingung ausgesetzt. Diese Spitzen der Widerstandsströmungsrate des Abgasstromes 14 über den Partikelfilter 32, 34 geben allgemein ein hohes Niveau an geschätztem angesammeltem Ruß und/oder eine plötzliche Zunahme der Menge an geschätztem Ruß, die sich in dem Partikelfilter 32, 34 angesammelt hat, an, und bewirkt seinerseits, dass das Rußmodell 74 die vorzeitige Einleitung eines Regenerationsereignisses des Partikelfilters 32, 34 auslöst. Eine derartige vorzeitige Regeneration des Partikelfilters 32, 34 kann die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs 10 vermindern. Somit kann in einer transienten Fahrbedingung, d. h. einem Stop-and-Go-Zyklus, eine Genauigkeit der Ermittlung der geschätzten Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter 32, 34 angesammelt hat, gesteigert und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Fahrzeugs 10 verbessert werden, wenn die Berechnung über die zweite Steueraktion 302 erfolgt.
Bei Schritt 501 ermittelt der Controller 20 eine geschätzte Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter 32, 34 angesammelt hat, auf Grundlage des Differenzdruckausgangs 68 und des Volumendurchflusses des Abgasstromes 14. Ein Ermitteln der geschätzten Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter 32, 34 angesammelt hat, umfasst ein Auswählen einer Rußmenge, die sch in dem Partikelfilter 32, 34 angesammelt hat, aus einer zweiten Nachschlagetabelle 82. Die zweite Nachschlagetabelle 82 ist in einen konkreten nichtflüchtigen Speicher des Controllers 20 geschrieben. Die zweite Nachschlagetabelle 82 kann als eine zweidimensionale Nachschlagetabelle ausgeführt sein, die die geschätzte Menge an Ruß, die sich in dem Partikelfilter 32, 34 angesammelt hat, als eine Funktion eines ersten Bewertungselementes 84 ausdrückt.
Wie in 7 gezeigt ist, umfasst das Auswählen einer Rußmenge, die in dem Partikelfilter 32, 34 angesammelt ist, aus einer zweiten Nachschlagetabelle 82 drei Schritte. Bei Schritt 601 analysiert der Controller 20 die Beziehung zwischen dem Differenzdruckausgang 68 und dem augenblicklichen Volumendurchfluss des Abgasstromes 14 über eine erste Zeitperiode. Die Beziehung zwischen dem Differenzdruckausgang 68 und dem augenblicklichen Volumendurchfluss des Abgasstromes 14 über eine erste Zeitperiode ist als eine lineare Regression oder Mittelwert- bzw. Ausgleichsgerade des Differenzdruckausganges 68 definiert, der gegenüber dem augenblicklichen Volumendurchfluss aufgetragen ist, wobei die Mittelwertsgerade eine Steigung besitzt. Bei Schritt 602 berechnet der Controller 20 die Steigung der linearen Regression oder Mittelwertsgerade, die an die bewerteten Werte des Differenzdruckausganges 68 angepasst sind, die gegenüber den Werten des augenblicklichen Volumendurchflusses aufgetragen sind, die über die erste Zeitperiode analysiert sind.
Das erste Bewertungselement 84 ist als die Steigung der Linearregression oder der Mittelwertsgeraden definiert, die an die bewerteten Werte des Differenzdruckausgangs 68 und die Werte des augenblicklichen Volumendurchflusses, die über die erste Zeitperiode analysiert sind, angepasst ist.
Bei Schritt 603 vergleicht der Controller 20 das erste Bewertungselement 84 mit vorher aufgezeichneten Steigungswerten in der zweiten Nachschlagetabelle 82, die durch Testen bei bekannten vorbestimmten kalibrierten Rußmengen, die sich in dem Partikelfilter 32, 34 angesammelt haben, erhalten wurden.
Einfach gesagt führt bei Schritt 501 der Controller 20 eine Rückwärtsberechnung der geschätzten Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter 32, 34 angesammelt hat, dadurch aus, dass eine Reihe entsprechender Werte des Differenzdruckausganges 68 und augenblicklicher Volumendurchflüsse des Abgasstromes 14 über eine erste Zeitperiode bewertet wird und ein Linearregressionsmodell 86 verwendet wird, um eine Mittelwertsgerade für die entsprechenden Werte des Differenzdruckausganges 68 zu ermitteln, die gegenüber augenblicklichen Werten des Volumendurchflusses des Abgasstromes 14 aufgetragen sind. Der Controller 20 ermittelt dann die Steigung der Mittelwertsgerade oder der linearen Regression, d. h. erzeugt das erste Bewertungselement 84. Das erste Bewertungselement 84 wird dann in die zweite Nachschlagetabelle 82 eingegeben, um eine entsprechende geschätzte Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter 32, 34 angesammelt hat, zu erzielen.
Zurück Bezug nehmend auf 6 vergleicht bei Schritt 502 der Controller 20 über das Rußmodell 74 die geschätzte Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter 32, 34 angesammelt hat und aus der zweiten Nachschlagetabelle 82 erhalten wurde, mit einer vorbestimmten Schwellenmenge an Ruß, die in dem Partikelfilter 32, 34 zulässig 80 ist. Die vorbestimmte Rußmenge, die in dem Partikelfilter 32, 34 zulässig 80 ist, ist eine vorbestimmte kalibrierte Menge, die in den konkreten nichtflüchtigen Speicher des Controllers 20 geschrieben ist.
Bei Schritt 503 löst der Controller 20 ein Regenerationsereignis des Partikelfilters 32, 34 aus, wenn das Rußmodell 74 angibt, dass die geschätzte Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter 32, 34 angesammelt hat, größer als die vorbestimmte Schwellenrußmenge ist, die in dem Partikelfilter 32, 34 zulässig 80 ist.
Die detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die Erfindung, jedoch ist der Schutzumfang der Erfindung ausschließlich durch die Ansprüche definiert. Während einige der besten Moden und andere Ausführungsformen zur Ausführung der beanspruchten Erfindung detailliert beschrieben worden sind, sind verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Ausführung der Erfindung, wie in den angefügten Ansprüchen definiert ist, vorhanden.

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer geschätzten Rußmenge, die sich in einem Partikelfilter eines Fahrzeugabgassystems angesammelt hat, umfassend, dass: über einen Controller ein augenblicklicher Volumendurchfluss eines Abgases, das durch das Abgassystem strömt, bewertet wird; über ein Differenzdruckmodul ein Abgasdruckabfall über den Partikelfilter überwacht wird und ein Differenzdruckausgang an den Controller rückgeführt wird; über den Controller eine Fahrbedingung des Fahrzeugs basierend auf dem augenblicklichen Volumendurchfluss des Abgases und dem Abgasdruckabfall über den Partikelfilter ermittelt wird, wobei die Fahrbedingung eine stabile Fahrbedingung oder eine transiente Fahrbedingung ist; über den Controller eine erste Steueraktion, wenn die Fahrbedingung eine stabile Fahrbedingung ist, oder eine zweite Steueraktion ausgeführt wird, wenn die Fahrbedingung eine transiente Fahrbedingung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste Steueraktion umfasst, dass: über den Controller eine Widerstandsströmungsrate des Abgases über den Partikelfilter basierend auf dem augenblicklichen Volumendurchfluss des Abgases und dem Differenzdruckausgang berechnet wird; und über den Controller eine geschätzte Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter angesammelt hat, basierend auf der Widerstandsströmungsrate des Abgases ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Ermitteln der geschätzten Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter angesammelt hat, umfasst, dass eine geschätzte Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter angesammelt hat, aus einer ersten Nachschlagetabelle gewählt wird, und wobei die erste Nachschlagetabelle eine zweidimensionale Nachschlagetabelle ist, die die geschätzte Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter angesammelt hat, als eine Funktion der Widerstandsströmungsrate des Abgases ausdrückt.
Verfahren nach Anspruch 3, ferner umfassend, dass: über den Controller die geschätzte Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter angesammelt hat, mit einer vorbestimmten Schwellenrußmenge, die in dem Partikelfilter zulässig ist, verglichen wird; und ein Regenerationsereignis des Partikelfilters über den Controller ausgelöst wird, wenn die geschätzte Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter angesammelt hat, größer als die vorbestimmte Schwellenrußmenge ist, die in dem Partikelfilter zulässig ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Steueraktion umfasst, dass eine geschätzte Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter angesammelt hat, über den Controller basierend auf dem Differenzdruckausgang und dem augenblicklichen Volumendurchfluss des Abgases ermittelt wird, so dass ein Ermitteln einer Menge an geschätztem Ruß, der sich in dem Partikelfilter angesammelt hat, umfasst, dass eine Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter angesammelt hat, aus einer zweiten Nachschlagetabelle gewählt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Auswählen einer Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter angesammelt hat, aus einer zweiten Nachschlagetabelle ferner umfasst, dass: über den Controller eine Beziehung zwischen dem Differenzdruckausgang und dem augenblicklichen Volumendurchfluss des Abgases über eine erste Zeitperiode analysiert wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Beziehung zwischen dem Differenzdruckausgang und dem augenblicklichen Volumendurchfluss des Abgases, die über eine erste Zeitperiode analysiert ist, als eine lineare Regression definiert ist, die eine Steigung besitzt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Auswählen einer Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter angesammelt hat, aus einer zweiten Nachschlagetabelle ferner umfasst, dass: über den Controller die Steigung der linearen Regression berechnet wird, so dass das erste Bewertungselement als die Steigung der linearen Regression definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die zweite Nachschlagetabelle eine zweidimensionale Nachschlagetabelle ist, die die geschätzte Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter angesammelt hat, als eine Funktion eines ersten Bewertungselementes ausdrückt.
Verfahren nach Anspruch 5, ferner umfassend, dass: mit dem Controller die geschätzte Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter angesammelt hat, mit einer vorbestimmten Schwellenrußmenge, die in dem Partikelfilter zulässig ist, verglichen wird; und ein Regenerationsereignis des Partikelfilters mit dem Controller ausgelöst wird, wenn die geschätzte Rußmenge, die sich in dem Partikelfilter angesammelt hat, größer als die vorbestimmte Schwellenrußmenge ist, die in dem Partikelfilter zulässig ist.