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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und System zur Regeneration eines Rußpartikelfilters.
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Aus dem generellen Stand der Technik sind Rußpartikelfilter oder Dieselpartikelfilter (DPF) für Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen bekannt. Als Indikator für eine sich in dem DPF befindliche Partikelmenge wird meist ein dem Druckverlust über den DPF entsprechender Differenzdruck verwendet, wobei bei Erreichen eines vorbestimmten Differenzdrucks ein Regenerationsvorgang des DPF gestartet wird. Zur Regeneration ist es üblich, dem DPF Abgas aus dem Verbrennungsmotor mit einer hohen Abgastemperatur zuzuführen und dadurch eine Oxidation der sich im DPF befindlichen Partikel in Gang zu setzen. Wird bei dem vorbestimmten Differenzdruck jedoch keine Regeneration in Gang gesetzt, beispielsweise weil die notwendigen Abgastemperaturen, wie dies bei Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen bei Kurzstreckenfahrten der Fall ist, nicht darstellbar sind, so steigt die Menge von sich in dem DPF befindlichen Partikeln weiter an. Dies kann soweit führen, dass eine Regeneration während des Fahrbetriebs nicht mehr möglich ist, da der thermische Energiegehalt der Partikel dann so groß ist, dass eine unkontrollierten Oxidation der Partikel zu einer thermischen Zerstörung des Rußpartikelfilters führen könnte. Die Regeneration des DPF wird dann meist durch ein Steuerungssystem gesperrt und der DPF muss ausgetauscht werden. Dies ist in der Regel mit hohen Kosten verbunden und eine verkürzt die Lebensdauer des DPF.
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Die
DE 10 2007 034 709 A1 offenbart eine Abgasreinigungsvorrichtung mit einem Dieselpartikelfilter (DPF). Die Abgasreinigungsvorrichtung weist eine Regenerationseinrichtung zum Durchführen einer Regeneration des DPF auf. Die Regenerationseinrichtung führt eine erste Regeneration zu einem vorbestimmten Zeitpunkt, der sich nach einem Wert eines Entscheidungsparameters, zum Beispiel. dem Differenzdruck über den DPF, bemisst. Bei der ersten Regeneration wird die Temperatur im DPF erfasst und die maximal erreichte Temperatur ermittelt. Aufgrund der maximal erreichten Temperatur wird der Entscheidungsparameter korrigiert, sodass eine zweite Regeneration des Filters zu einem späteren oder früheren Zeitpunkt, also bei einem größeren oder kleineren Differenzdruck stattfindet. Bei dieser Abgasreinigungsvorrichtung wird ein flexibles Kriterium für den Regenerationszeitpunkt angegeben. Jedoch kann auch damit unter Umständen eine Überladung des Filters nicht zuverlässig verhindert werden.
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Es ist Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und ein System zur Regeneration eines Rußpartikelfilters bereitzustellen, mit dem jeweils die Lebensdauer des Rußpartikels verbessert wird und dieser wirtschaftlich vorteilhaft regeneriert werden kann.
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Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen sind in den auf die unabhängigen Ansprüche rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Regeneration eines Rußpartikelfilters eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen, wobei ein Motor-Steuergerät aus einem von einem Differenzdruck-Sensor empfangenen ein Differenzdruck-Signal eine Druckdifferenz ermittelt, die eine zwischen einem Abgaseintritt und einem Abgasaustritt des Rußpartikelfilters mit einem Differenzdruck-Sensor erfasste Druckdifferenz vorliegt und proportional zu einer sich in dem Rußpartikelfilter befindlichen Partikelmenge ist, und mit einem Druckdifferenz-Grenzwert vergleicht um den Verbrennungsmotor in einem Regenerations-Betriebsprofil zu betreibt, wenn die ermittelte Druckdifferenz kleiner als der Druckdifferenz-Grenzwert,
wobei in dem Fall, in dem die ermittelte Druckdifferenz größer als der Druckdifferenz-Grenzwert ist, ein manuelles elektrisches Anschließen einer Differenzdruck-Korrekturvorrichtung zwischen den Differenzdruck-Sensor und das Motor-Steuergerät erfolgt und durch die Differenzdruck-Korrekturvorrichtung (50) ein Erzeugen eines Differenzdruck-Simulationssignals durch die Differenzdruck-Korrekturvorrichtung erfolgt, bei dem das Motor-Steuergerät eine Druckdifferenz ermittelt, die kleiner ist als der Druckdifferenz-Grenzwert, um den Verbrennungsmotor in dem Regenerations-Betriebsprofil zu betreibt.
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Durch das Anschließen der Differenzdruck-Korrekturvorrichtung ist es möglich, ohne die Regelungs-Abläufe des Motor-Steuergeräts zu verändern, eine Regeneration des Rußpartikelfilters durchzuführen. Das Anschließen kann beispielsweise bei Wartungsarbeiten des Motors oder des Rußpartikelfilters erfolgen.
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Durch das Erzeugen des Differenzdruck-Simulationssignals mit der Differenzdruck-Korrekturvorrichtung wird eine an sich durch das Motor-Steuergerät aufgrund des Vergleichs der ermittelten Druckdifferenz mit dem Druckdifferenz-Grenzwert nicht mehr zulässige Regeneration des Partikelfilters wieder ermöglicht oder freigegeben. Dadurch wird die Lebensdauer des Rußpartikelfilters verlängert, da auf diese Weise eine höhere Anzahl von Regenerationszyklen durchführbar ist.
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Das Differenzdruck-Simulationssignal kann insbesondere durch Multiplikation des Differenzdruck-Signals mit einem Korrekturfaktor erzeugt werden.
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Hierbei kann der Korrekturfaktor vorteilhafterweise in Abhängigkeit von der erfasste Druckdifferenz gegeben sein. Insbesondere ist eine bereichsweise Abhängigkeit vorteilhaft. Beispielsweise kann diese kann der Korrekturfaktor einen Wert kleiner dem Betrag 1 haben, so dass bei Anschließen der Differenzdruck-Korrekturvorrichtung die vom Differenzdruck-Sensor ermittelte Druckdifferenz kleiner als der jeweils vorgegebene Druckdifferenz-Grenzwert ist. Weiterhin ist insbesondere vorgesehen, dass in einem Betriebszustand, in dem die jeweils ermittelte Druckdifferenz kleiner oder gleich dem jeweils vorgegebenen Druckdifferenz-Grenzwert ist, der Korrekturfaktor ein Faktor mit einem Betrag gleich 1 ist.
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Durch eine bereichsweise Abhängigkeit des Korrekturfaktors von der erfasste Druckdifferenz und alternativ oder zusätzlich zu dieser von der Druckdifferenz-Grenzwert ist ein vollständiger Regenerationszyklus mit angeschlossener bzw. zwischengeschalteter Differenzdruck-Korrekturvorrichtung durchführbar, da der Korrekturfaktor beispielsweise nur solange tatsächlich eine Korrektur der erfassten Druckdifferenz vornimmt wie diese größer ist als der Druckdifferenz-Grenzwert. Wird diese während der Regeneration unterschritten, wird zwar weiterhin das Differenzdruck-Simulationssignal erzeugt, dieses repräsentiert dann aber die erfasste Druckdifferenz.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Motor-Steuergerät den Verbrennungsmotor in einem allgemeinen Betriebsbetriebsprofil betreibt, wenn für die ermittelte Druckdifferenz ein Regenerations-Endkriterium erreicht wird.
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Das Regenerations-Endkriteriumg kann als fester Wert der Druckdifferenz, also als Regnerations-Endwert, definiert sein. Bei Erreichen des Regenerations-Endwerts DPr wird angenommen, dass sich keine oder nur noch eine geringe Menge von Partikeln in dem Rußpartikelfilter 20 befindet. Auch ist es denkbar, das Regenerations-Endkriterium als Grenzwert einer zeitlichen Änderungsrate der erfassten Druckdifferenz zu definieren. Alternativ dazu kann das Regenerationskriterium derart definiert sein, dass sich in einem vorbestimmten Zeitintervall der Betrag der ermittelten Druckdifferenz um weniger als einen Mindestbetrag ändert oder das Verhältnis des Betrags der ermittelten Druckdifferenz am Ende des vorbestimmten Zeitintervalls zu dem Betrag der ermittelten Druckdifferenz zu Beginn des Zeitintervalls kleiner als ein bestimmter Grenzwert ist, dessen Betrag beispielsweise kleiner als 0,1 ist. Bei Erreichen des Regenerations-Endkriterums ist die Regeneration des Filters beendet.
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Das Anschließen oder Zwischenschalten der Differenzdruck-Korrekturvorrichtung kann insbesondere dadurch durch erfolgen, dass eine erste Anschlussvorrichtung der Differenzdruck-Korrekturvorrichtung an einen Signalausgang des Differenzdruck-Sensors und eine zweite Anschlussvorrichtung der Differenzdruck-Korrekturvorrichtung an einen Signaleingang des Motorsteuer-Geräts angeschlossen wird.
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Durch das Zwischenschalten mittels einer Steckverbindung wird eine besonders einfache Durchführbarkeit des Verfahrens sichergestellt. Dies erhöht zusätzlich die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. Die Steckverbindungen können zusätzlich verpolungssicher gestaltet werden. Dadurch ist eine Fehlanwendung des Verfahrens ausgeschlossen.
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Erfindungsgemäß ist weiterhin ein System zur Regeneration eines Rußpartikelfilters eines Verbrennungsmotors vorgesehen. Das System weist auf:
- – einen Verbrennungsmotor,
- – einen in einer Abgasstrecke des Verbrennungsmotors angeordneten Rußpartikelfilter,
- – einen Differenzdruck-Sensor, der eine Druckdifferenz zwischen einem Abgaseintritt und einem Abgasaustritt des Rußpartikelfilters erfasst,
- – ein Motor-Steuergerät, das aus einem von dem Differenzdruck-Sensor empfangenen Differenzdruck-Signal eine Druckdifferenz ermittelt und mit einem Druckdifferenz-Grenzwert vergleicht und den Verbrennungsmotor in einem Regenerations-Betriebsprofil betreibt, wenn die ermittelte Druckdifferenz kleiner als der Druckdifferenz-Grenzwert und größer als der Druckdifferenz-Schwellwert ist,
- – eine funktional entkoppelbar an den Differenzdruck-Sensor und das Motor-Steuergerät angeschlossene Differenzdruck-Korrekturvorrichtung,
wobei die Differenzdruck-Korrekturvorrichtung eine Differenzdruck-Korrekturfunktion aufweist, die ein Differenzdruck-Simulationssignal erzeugt, wobei das Motor-Steuergerät aus dem Differenzdruck-Simulationssignal eine Druckdifferenz ermittelt, die kleiner ist als der Druckdifferenz-Grenzwert, sodass das Motor-Steuergerät den Verbrennungsmotor in dem Regenerations-Betriebsprofil betreibt.
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Die ermittelte Druckdifferenz ist proportional zu einer sich in dem Rußpartikelfilter befindlichen Partikelmenge.
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Dadurch, dass die Differenzdruck-Korrekturvorrichtung funktional entkoppelbar, also beispielsweise an- und absteckbar, gestaltet ist, ist das System einfach handhabbar. Durch das Anschließen oder Zwischenschalten der Differenzdruck-Korrekturvorrichtung ist es möglich, eine Regeneration des Rußpartikelfilters durchzuführen ohne die Regelungs-Abläufe des Motor-Steuergeräts zu verändern. Damit kann das System auf einfache Weise in Kraftfahrzeugen mit Rußpartikelfilter nachgerüstet werden.
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Bei dem System kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Korrekturfunktion der Differenzdruck-Korrekturvorrichtung das Differenzdruck-Simulationssignal durch Multiplikation des Differenzdruck-Signals mit einem Korrekturfaktor erzeugt.
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Hierbei kann der Korrekturfaktor bereichsweise abhängig von der ermittelten Druckdifferenz sein.
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Die Vorteile einer solchen Gestaltung des Korrekturfaktors wurden bereits anhand des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben und werden mit den erfindungsgemäßen System in analoger Weise erzielt.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Motor-Steuergerät einen allgemeinen Betriebszustand des Verbrennungsmotors einstellt, wenn für die ermittelte Druckdifferenz ein Regenerations-Endkriterium erreicht wird.
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Die für das Verfahren angeführten möglichen Definitionen des Regenerations-Endkriteriums gelten für das erfindungsgemäße System in analoger Weise.
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Vorteilhaft kann es sein, dass die Differenzdruck-Korrekturvorrichtung dadurch angeschlossen ist, dass eine erste Anschlussvorrichtung der Differenzdruck-Korrekturvorrichtung an einen Signalausgang des Differenzdruck-Sensors ankoppelbar ist und eine zweite Anschlussvorrichtung der Differenzdruck-Korrekturvorrichtung an einen Signaleingang des Motorsteuer-Geräts ankoppelbar ist.
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Das Ankoppeln kann beispielsweise durch eine Steckverbindung realisiert sein. Auch ist ein Ankoppeln mit einer drahtlosen Datenübertragung möglich.
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Hierin wird unter den Ausdrücken „beladener Zustand” und „gefüllter Zustand” jeweils allgemein ein Zustand des Rußpartikelfilters verstanden, bei dem sich in diesem eine Partikelmenge, zum Beispiel eine bestimmte Masse von Ruß-, Staub-, oder sonstigen Partikel, befindet, die größer oder gleich einer maximal zulässigen Partikelmenge ist. Die maximal zulässige Partikelmenge bewirkt an einer Strömung, insbesondere einer Abgasströmung, von dem Abgaseintritt zu dem Abgasaustritt des Rußpartikelfilters einen Druckverlust, der größer oder gleich einem maximal zulässigen Wert für den Druckverlust, insbesondere einem Druckdifferenz-Schwellwert, ist.
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Unter dem Ausdruck „Regeneration des Rußpartikelfilters” wird hierin allgemein das Entfernen von sich in dem Rußpartikelfilter befindlichen Partikeln, insbesondere durch Oxidation dieser Partikel, insbesondere bei einer durch die thermischen und stöchiometrischen Bedingungen im Abgas ausgelöste Oxidation, verstanden.
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Unter dem Ausdruck „überladener Zustand” oder „überbeladener Zustand” wird hierin jeweils allgemein ein beladener Zustand des Rußpartikelfilters verstanden, bei dem sich in diesem eine Partikelmenge, zum Beispiel eine bestimmte Masse von Ruß-, Staub-, oder sonstiger Partikel, befindet, die einen thermischen Energiegehalt aufweist, der bei einer unkontrollierten Oxidation der Partikel zu einer thermischen Zerstörung des Rußpartikelfilters führen könnte. In dem überladenen Zustand bewirkt die Partikelmenge an der Strömung von dem Abgaseintritt zu dem Abgasaustritt des Rußpartikelfilters einen Druckverlust, der größer einem Druckdifferenz-Grenzwert ist.
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Unter dem Ausdruck „regenerierter Zustand” wird hierin allgemein ein Zustand des Rußpartikelfilters verstanden, bei dem sich in diesem eine Partikelmenge, zum Beispiel eine bestimmte Masse von Ruß-, Staub-, oder sonstiger Partikel, befindet, die an einer Strömung, insbesondere einer Abgasströmung, von dem Abgaseintritt zu dem Abgasaustritt des Rußpartikelfilters einen Druckverlust bewirkt, der kleiner als der zulässige Wert für den Druckverlust ist und bei dem das Regenerations-Endkriterium vorliegt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Figuren beschrieben.
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Es zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zur Regeneration eines Rußpartikelfilters, wobei bei dieser Darstellung eine Differenzdruck-Korrekturvorrichtung nicht zwischengeschaltet ist und der Rußpartikelfilter in einem überbeladenen Zustand vorliegt,
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2 eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Systems während einer Regeneration des Rußpartikelfilters, wobei bei dieser Darstellung die Differenzdruck-Korrekturvorrichtung zwischengeschaltet ist,
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3 eine schematische Darstellung eines beispielsweisen Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Regeneration eines Rußpartikelfilters.
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Die 1 und 2 zeigen ein erfindungsgemäßes System 1 zur Regeneration eines Rußpartikelfilters 20 eines Verbrennungsmotors 10. Das System 1 weist einen Verbrennungsmotor 10 auf. Das in dem Verbrennungsmotor 10 durch Verbrennung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs erzeugte Abgas wird über eine Abgasstrecke 11 einem insbesondere in der Abgasstrecke 11 angeordneten Rußpartikelfilter 20 zugeführt. Die Abgasstrecke 11 kann als eine Rohrleitung mit einem oder mehreren Rohren oder Kanälen ausgebildet sein.
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Der Rußpartikelfilter 20 weist einen Abgaseintritt 21, durch welchen hindurch das Abgas dem Rußpartikelfilter 20 zugeführt wird, und einen Abgasaustritt 22, über den das Abgas von dem Rußpartikelfilter 20 abgeführt wird, auf. Der Abgaseintritt 21 ist allgemein in der Abgasstrecke 11 angeordnet bzw. an diese gekoppelt und kann beispielsweise durch einen Flansch an eine Rohrleitung der Abgasstrecke 11 angeschlossen sein.
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Bei dem Rußpartikelfilter 20 kann es sich insbesondere um einen Keramikfilter vom sogenannten Wandstromtyp handeln. Hierbei strömt das Abgas entlang eines einseitig offenen Filterkanals und tritt durch Filteröffnungen, die in den Filterkanal begrenzenden Wandungen eingebracht sind und in denen im Abgas befindliche Partikel von dem Abgas abgeschieden werden. Die Wandungsoberflächen insbesondere im Bereich der Filteröffnungen bilden somit also eine Filteroberfläche, die einen effektiven Strömungsquerschnitt definiert.
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Das erfindungsgemäße System 1 weist weiterhin einen Differenzdruck-Sensor 30 auf, der eine Druckdifferenz DPe zwischen dem Abgaseintritt 21 und dem Abgasaustritt 22 des Rußpartikelfilters 20 erfasst. Hierzu wird durch eine erste Messleitung 31 der Druck, insbesondere der statische Druck des Abgases, im Abgaseintritt 21 und durch eine zweite Messleitung 32 der Druck, insbesondere der statische Druck des Abgases im Abgasaustritt 22 bereitgestellt. Aus diesen Drücken erfasst der Differenzdruck-Sensor 30 oder ermittelt der Differenzdruck-Sensor 30 mittels einer Subtraktionsvorrichtung die Druckdifferenz DPe.
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Aufgrund des Abscheidens von Partikeln an der Filteroberfläche, verringert sich mit zunehmender Menge von abgeschiedenen Partikeln die Filteroberfläche des Rußpartikelfilters 20. Dies führt zu einer Verringerung des effektiven Strömungsquerschnitts des Rußpartikelfilters 20 und damit zu einer Änderung der Druckdifferenz zwischen Abgaseintritt 21 und Abgasaustritt 22. Die erfasste Druckdifferenz DPe ist daher proportional zu der sich in dem Rußpartikelfilter 20 befindlichen Partikelmenge. Insbesondere führt eine relativ große sich in dem Rußpartikelfilter 20 befindliche Partikelmenge zu einem relativ großen Druckverlust in dem Rußpartikelfilter 20 und eine relativ kleine sich in dem Rußpartikelfilter 20 befindliche Partikelmenge zu einem relativ kleinen Druckverlust in dem Rußpartikelfilter 20.
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Weiterhin weist das erfindungsgemäße System 1 ein Motor-Steuergerät 40 auf. Dieses ist funktional mit dem Differenzdruck-Sensor 30 gekoppelt. Abhängig von dem Betrag der erfassten Druckdifferenz DPe kann das Motor-Steuergerät 40 direkt funktional mit dem Differenzdruck-Sensor 30, beispielsweise durch eine Signalleitung 60 (1) oder über eine drahtlose Datenverbindung oder ober eine zwischengeschaltete Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 indirekt funktional gekoppelt sein. Im letztgenannten Fall kann optional zusätzlich eine direkte funktionale Kopplung, also mittels einer Signalleitung 65 oder mittels einer nicht gezeigten drahtlosen Datenverbindung zwischen dem Motor-Steuergerät 40 und dem Differenzdruck-Sensor 30 vorgesehen sein.
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Das Motor-Steuergerät 40 betreibt den Verbrennungsmotor 10 in einem Regenerations-Betriebsprofil S1 oder in einem allgemeinen Betriebsprofil S2 oder stellt diese jeweils ein. Bei dem Regenerations-Betriebsprofil S1 wird der Verbrennungsmotor 10 so betrieben, dass an dem Rußpartikelfilter 10 eine Abgastemperatur vorliegt, bei der eine Regeneration desselben erfolgt. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Motor-Steuergerät 40 derart ausgeführt sein, dass dieses Kommandovorgaben an eine z. B. im Cockpit integrierte Anzeigevorrichtung erzeugt, die diese von der Anzeigevorrichtung als Betätigungsanweisungen zur Ausführung des Regenerations-Betriebsprofils S1 durch einen im Cockpit sitzenden Piloten angezeigt werden. Bei dem allgemeinen Betriebsprofil S2 wird der Verbrennungsmotor 10 so betrieben, dass an dem Rußpartikelfilter 10 eine Abgastemperatur vorliegt, bei der keine Regeneration desselben erfolgt. Das allgemeine Betriebsprofil S2 kann beispielsweise sämtliche während der Fahrt eines Kraftfahrzeugs erforderlichen Betriebszustände, die der Pilot vorgibt, enthalten.
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Nach einer Ausführungsform des Motor-Steuergeräts 40 ermittelt dieses aus von dem Differenzdruck-Sensor 30 empfangenen Differenzdruck-Signalen jeweils eine Druckdifferenz DPe. Generell weist das Motor-Steuergerät 40 eine erste Vergleichsfunktion 42 auf, die ein Eingangssignal DPin mit einer einer Druckdifferenz entsprechenden Größe erhält und mit einem Druckdifferenz-Grenzwert DPg vergleicht. Das Eingangssignal DPin enthält entweder die ermittelte Druckdifferenz DPe oder eine aus einem Differenzdruck-Simulationssignal DPs ermittelte Druckdifferenz.
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In dem Fall, dass die Druckdifferenz des Eingangssignals DPin kleiner ist als der Druckdifferenz-Grenzwert DPg, erflogt in einer zweiten Vergleichsfunktion 43a des Motor-Steuergeräts 40 ein Vergleich der Druckdifferenz des Eingangssignals DPin mit einem Regenerations-Schwellwert DPl. Der Regenerations-Schwellwert DPl ist ein Wert der Druckdifferenz in dem Rußpartikelfilter 20, bei dem angenommen wird, dass sich eine Menge von Partikeln in dem Rußpartikelfilter 20 befindet, ab der eine Regeneration desselben notwendig ist. Oberhalb des Regenerations-Schwellwerts DPl befindet sich der Rußpartikelfilter 20 also in einem beladenen Zustand. Ergibt der Vergleich in der zweiten Vergleichsfunktion 43a, dass die Druckdifferenz des Eingangssignals DPin größer ist, betreibt das Motor-Steuergerät 40 den Motor 10 in dem Regenerations-Betriebsprofil S1.
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Das Motor-Steuergerät betreibt den Motor 10 dann in dem allgemeinen Betriebsprofil S2, wenn der Vergleich in der ersten Vergleichsfunktion 42 ergibt, dass die Druckdifferenz des Eingangssignals DPin größer ist als der Druckdifferenz-Grenzwert DPg.
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In dem Fall, dass der Vergleich in der zweiten Vergleichsfunktion 43a ergibt, dass die Druckdifferenz des Eingangssignals DPin kleiner ist als der Druckdifferenz-Schwellwert DPl erfolgt in einer dritten Vergleichsfunktion 43b des Motor-Steuergeräts 40 ein Vergleich der Druckdifferenz des Eingangssignals DPin mit einem Regenerations-Endkriterium KR.
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In dieser Hinsicht kann als Regenerations-Endkriteriums KR vorgesehen sein, dass die ermittelte Druckdifferenz DPe einen vorgegebenen Regenerations-Endwert DPr erreicht. Bei Erreichen des Regenerations-Endwerts DPr wird angenommen, dass sich keine oder nur noch eine geringe Menge von Partikeln in dem Rußpartikelfilter 20 befindet. Der Regenerations-Endwert DPr liegt betragsmäßig unter dem Betrag des Druckdifferenz-Grenzwerts DPg und unter dem Regenerations-Schwellwert DPl. Alternativ dazu kann das Regenerationskriterium KR derart definiert sein, dass sich in einem vorbestimmten Zeitintervall der Betrag der ermittelten Druckdifferenz DPe um weniger als einen Mindestbetrag ändert oder das Verhältnis des Betrags der ermittelten Druckdifferenz DPe am Ende des vorbestimmten Zeitintervalls zu dem Betrag der ermittelten Druckdifferenz DPe zu Beginn des Zeitintervalls kleiner als ein bestimmter Grenzwert ist, dessen Betrag beispielsweise kleiner als 0,1 ist.
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Wenn das Regenerations-Endkriteriums KR vorliegt, betreibt das Motor-Steuergerät 40 den Motor 10 in dem allgemeinen Betriebsprofil S2.
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Der Fall, dass die Druckdifferenz DPe den vorgegebenen Druckdifferenz-Grenzwert DPg erreicht, kann insbesondere in einem vordefinierten überladenen Zustand des Rußpartikelfilters 20 eintreten. Wenn die in dem Rußpartikelfilter 20 auftretende Druckdifferenz DPe den vorgegebenen Druckdifferenz-Grenzwert DPg erreicht, befindet sich eine Partikelmenge in dem Rußpartikelfilter 20, deren thermischer Energieinhalt so groß ist, dass eine unkontrollierte Oxidation der Partikel zu einer thermischen Zerstörung des Rußpartikelfilters 20 führen würde. Eine unkontrollierte Oxidation könnte zum Beispiel während der Regeneration des Rußpartikelfilters 20 dadurch entstehen, dass der Sauerstoffanteil im Abgas sprunghaft ansteigt.
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Die 1 und 2 zeigen den Rußpartikelfilter 20 in einem überladenen Zustand bzw. während der Ausführung des Regenerations-Betriebsprofils S1. Nach einer Ausführungsform des Motor-Steuergeräts 40 betreibt dieses, solange die ermittelte Druckdifferenz DPe kleiner ist als der Druckdifferenz-Grenzwert DPg und größer als der Druckdifferenz-Schwellwert DPl, den Verbrennungsmotor 10 in dem Regenerations-Betriebsprofil S1. Hierzu sind der Verbrennungsmotor 20 und das Motor-Steuergerät 40, zum Beispiel über eine Steuerleitung 45 oder über eine drahtlose Datenverbindung, funktional gekoppelt. Insbesondere erzeugt das Motor-Steuergerät 40 Kommandosignale, die an zumindest einen Aktuator zum Betreiben des Verbrennungsmotors 10, beispielsweise eine Drosselklappe einer Verbrennungsluft-Zufuhr, an Stellventile oder eine Kraftstoff-Einspritzvorrichtung, sendet, so dass die jeweilige Komponente durch die Kommandosignale betätigt wird. Bei einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Aktuatoren zum Betreiben des Verbrennungsmotors 10 von einem Piloten im Cockpit des Fahrzeugs aufgrund von von einer Anzeigevorrichtung angezeigten Kommandosignalen, die von dem Motor-Steuergerät 40 generiert werden, betätigt werden, so dass der Verbrennungsmotor 10 ein Regenerations-Betriebsprofil S1 ausführt.
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Zum Betreiben des Verbrennungsmotors 10 im Regenerations-Betriebsprofil S1 werden die Komponenten durch das Stellsignal derart betätigt, dass im Abgas des Verbrennungsmotors 20 Bedingungen vorliegen, bei denen eine Regeneration des Rußpartikelfilters 20 erfolgt. Diese Bedingungen sind beispielsweise bei einer Abgastemperatur im Bereich zwischen 450°C und 600°C und insbesondere zwischen 500°C und 550°C gegeben.
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Vorteilhafterweise ist für den oder beim Betrieb des Verbrennungsmotors 20 im Regenerations-Betriebsprofil S1 vorgesehen, dass die Abgastemperatur konstant innerhalb des vorgenannten Bereichs auftritt. Dadurch wird auf zuverlässige Weise ausgeschlossen, dass eine sprunghafte Veränderung der Abgasbedingungen zu einer schädigenden Beeinträchtigung des Rußpartikelfilters 20 führt.
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Das erfindungsgemäße System weist eine Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 auf, die mittels Messleitungen 31, 32 an den Differenzdruck-Sensor 30 und das Motor-Steuergerät 40 elektrisch und somit funktional anschließbar ist und in einem an diese angeschlossenen Zustand von diesen elektrisch und somit funktional lösbar oder entkoppelbar ist. In der 2 ist die Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 in einem angeschlossenen und somit zwischengeschalteten Zustand gezeigt.
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Die Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 weist eine Differenzdruck-Korrekturfunktion 51 auf, die ein Differenzdruck-Simulationssignal erzeugt und an eine zweite Anschlussvorrichtung 53 der Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 übermittelt. Das Differenzdruck-Simulationssignal repräsentiert eine Druckdifferenz, die kleiner ist als der vorgegebene Druckdifferenz-Grenzwert DPg.
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Erfindungsgemäß wird die Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 an den Differenzdruck-Sensor 30 und das Motor-Steuergerät 40 angeschlossen und zwischen diese geschaltet, wenn die ermittelte Druckdifferenz DPe größer ist als der vorgegebene Druckdifferenz-Grenzwert DPg. In einem Fall, in dem die Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 nicht zwischengeschaltet ist, empfängt das Motor-Steuergerät 40, insbesondere die erste Vergleichsfunktion 42 des Motor-Steuergeräts 40, von dem Differenzdruck-Sensor 30 ein Eingangssignal DPin mit einer der erfassten Druckdifferenz DPe entsprechenden Größe.
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Wenn in diesem Fall zusätzlich der Zustand gegeben ist, dass die jeweils ermittelte Druckdifferenz DPe größer ist als die vorgegebene Druckdifferenz-Grenzwert DPg, würde auch der Vergleich einer aus diesem Eingangssignal DPin ermittelten Druckdifferenz DPe mit dem vorgegebenen Druckdifferenz-Grenzwert DPg ergeben, dass die ermittelte Druckdifferenz DPe größer ist als der Druckdifferenz-Grenzwert DPg. Infolgedessen würde das Motor-Steuergerät 40 die Regeneration des Verbrennungsmotors 10 nicht zulassen. Zum Beispiel könnte in diesem Zustand ein Betrieb des Verbrennungsmotors 10 in dem allgemeinen Betriebsbetriebsprofil S2 vorgesehen sein, bei dessen Ausführung im Abgas des Verbrennungsmotors 10 ein Zustand gegeben ist, bei dem keine Regeneration des Rußpartikelfilters 20 erfolgt, insbesondere da die Abgastemperaturen unter 500°C liegt. Dagegen wird in dem Zustand, dass die jeweils ermittelte Druckdifferenz DPe größer ist als der vorgegebene Druckdifferenz-Grenzwert DPg, durch das Zwischenschalten der Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 erreicht, dass das Motor-Steuergerät 40 als Eingangssignal DPin ein Differenzdruck-Simulationssignal DPs erhält, das eine Druckdifferenz repräsentiert, die kleiner ist als der Druckdifferenz-Grenzwert DPg. Infolgedessen betreibt das Motor-Steuergerät 40 den Verbrennungsmotor 10 dann in dem Regenerations-Betriebsprofil S1, bei dem der Rußpartikelfilter 20 regeneriert wird.
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Die Möglichkeit, die Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 an den Differenzdruck-Sensor 30 und das Motor-Steuergerät 40 anzuschließen und zwischen diese funktional zu schalten, kann beispielsweise auf die in 2 gezeigten Weise realisiert sein. Demgemäß kann vorgesehen sein, dass eine erste Anschlussvorrichtung 52 der Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 an einen Signalausgang 33 des Differenzdruck-Sensors 30 ankoppelbar ist und eine zweite Anschlussvorrichtung 53 der Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 an einen Signaleingang 41 des Motorsteuer-Geräts 40 ankoppelbar ist. Die 2 zeigt das System 1 in einem Zustand, in dem die erste und die zweite Anschlussvorrichtung 52 bzw. 53 jeweils angekoppelt ist.
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Die erste und zweite Anschlussvorrichtung 52 bzw. 53 der Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 kann, wie es in 2 gezeigt ist, jeweils als Buchse oder Stecker realisiert sein. Nach den Ausführungsformen der 1 bis 3 ist beispielsweise die erste Anschlussvorrichtung 52 als Buchse realisiert sein und die zweite Anschlussvorrichtung 53 als Stecker oder umgekehrt. Wie es in der 2 gezeigt ist, ist die Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 dadurch zwischen den Differenzdruck-Sensor 30 und das Motor-Steuergerät 40 geschaltet, dass in die erste Anschlussvorrichtung 52 ein an einen Signalausgang 33 des Differenzdruck-Sensors 30 gekoppeltes erstes Signalleitungs-Teilstück 61 z. B. mit einem Stecker 61a lösbar eingesteckt ist und an die zweite Anschlussvorrichtung 53 z. B. eine Buchse 62a eines zweiten Signalleitungs-Teilstücks 62 lösbar angesteckt ist.
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In der 1 ist das System 1 ohne eine nach der Erfindung gegebenenfalls anzuschließende Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 gezeigt, wobei die Signalleitung 60 aus einem erstes Signalleitungs-Teilstück 61 und einem zweiten Signalleitungs-Teilstück 61 gebildet ist, die an einander zugewandten Enden aneinander angeschlossen sind. Hierzu ist in dem dargestellten Zustand des Systems 1 ein Stecker 61a des ersten Signalleitungs-Teilstücks 61 lösbar in eine Buchse 62a des zweiten Signalleitungs-Teilstücks 62 eingesteckt.
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Die 2 zeigt das System 1 mit der angeschlossenen Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50. Die erste Anschlussvorrichtung 52 der Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 kann auch als Empfängervorrichtung zum Empfangen von drahtlos übertragbaren Signalen, wie Infrarotsignalen, akustischen Signalen oder elektromagnetischen Signalen, realisiert sein. Auch kann die zweite Anschlussvorrichtung 53 der Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 als Sendevorrichtung zum Senden von drahtlos übertragbaren Signalen realisiert sein. In diesem Fall kann auch der Signalausgang 33 des Differenzdruck-Sensors 30 als Schnittstelle oder Sendevorrichtung zum Senden und der Signaleingang 41 des Motor-Steuergeräts 40 als Empfängervorrichtung zum Empfangen von drahtlos übertragbaren Signalen realisiert sein. Die Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 ist dann durch Aktivieren der Sende- und Empfangsvorrichtungen zuschaltbar.
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Die Funktionsweise der Korrekturfunktion 51 der Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 ist schematisch in der 2 gezeigt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Korrekturfunktion 51 das Differenzdruck-Simulationssignal DPs durch Multiplikation des empfangenen und die erfasste Druckdifferenz DPe repräsentierenden Differenzdruck-Signals mit einem Korrekturfaktor K erzeugt. Der Korrekturfaktor K kann hierbei allgemein abhängig von der ermittelten Druckdifferenz DPe sein. Beispielsweise kann eine bereichsweise Abhängigkeit des Korrekturfaktors K vorgesehen sein. Insbesondere kann der Korrekturfaktor einen Wert kleiner dem Betrag 1 haben, so dass bei Anschließen der Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 die vom Differenzdruck-Sensor 30 ermittelte Druckdifferenz DPe kleiner als der jeweils vorgegebene Druckdifferenz-Grenzwert DPg ist. Weiterhin ist insbesondere vorgesehen, dass in einem Betriebszustand, in dem die jeweils erfasste Druckdifferenz DPe kleiner oder gleich dem jeweils vorgegebenen Druckdifferenz-Grenzwert DPg ist, der Korrekturfaktor K ein Faktor mit einem Betrag gleich 1 ist.
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Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Regeneration des Rußpartikelfilters 20, das insbesondere mit dem erfindungsgemäßen System 1 durchgeführt werden kann, beschrieben.
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Beim Betreiben des Verbrennungsmotors 10 vergleicht das Motor-Steuergerät 40 mit der ersten Vergleichsfunktion 42 die aufgrund des Differenzdruck-Signals, das zwischen dem Abgaseintritt und dem Abgasaustritt 22 des Rußpartikelfilters 20 mit dem Differenzdruck-Sensor 30 erfasst wird, ermittelte Druckdifferenz DPe, mit dem Druckdifferenz-Grenzwert DPg. Wenn die ermittelte Druckdifferenz DPe kleiner als der Druckdifferenz-Grenzwert DPg und größer als der Druckdifferenz-Schwellwert DPl ist, soll das Motor-Steuergerät 40 den Verbrennungsmotor 10 in dem Regenerations-Betriebsprofil S1 betreiben.
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In dem Fall, bei dem die ermittelte Druckdifferenz DPe kleiner als der Druckdifferenz-Grenzwert DPg ist, wird ein Regenerationsbetrieb eines beladenen Filters durch Realisierung des Regenerations-Betriebszustands S1 des Verbrennungsmotors 10 durchgeführt. Das Regenerations-Betriebsprofil S1 des Motors 10 ist derart gestaltet, dass die zur Regeneration notwendige Abgastemperatur an dem Rußpartikelfilter 20 vorliegt und die sich in dem Rußpartikelfilter 20 befindlichen Partikel oxidiert werden. Bei der Anwendung in einem Fahrzeug kann dies auch während der Fahrt erfolgen, solange die ermittelte Druckdifferenz DPe kleiner ist als der Druckdifferenz-Grenzwert DPg. In diesem Fall befindet sich der Rußpartikelfilter 20 nicht in einem überladenen Zustand. Folglich führt ein während der Fahrt, herbeigeführter sprunghafter Anstieg des Sauerstoffgehalts im Abgas nicht zu einer thermischen Zerstörung des Rußpartikelfilters. Ein sprunghafter Anstieg des Sauerstoffgehalts im Abgas kann zum Beispiel auftreten, wenn die von dem Fahrzeug bei dem Verbrennungsmotor 10 nachgefragte Leistung plötzlich verringert wird.
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Wenn die ermittelte Druckdifferenz DPe größer ist als der Druckdifferenz-Grenzwert DPg, wird die Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 an den Differenzdruck-Sensor 30 und das Motor-Steuergerät 40 angeschlossen und dabei zwischen den Differenzdruck-Sensor 30 und das Motor-Steuergerät 40 geschaltet (2). Dadurch wird die Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 funktional mit dem Differenzdruck-Sensor 30 und dem Motor-Steuergerät 40 gekoppelt. Das Zwischenschalten der Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 erfolgt insbesondere dadurch, dass eine erste Anschlussvorrichtung 52 der Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 an einen Signalausgang 33 des Differenzdruck-Sensors 30 und eine zweite Anschlussvorrichtung 53 der Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 an einen Signaleingang 41 des Motorsteuer-Geräts 40 angeschlossen wird. Die Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 erzeugt ein Differenzdruck-Simulationssignal DPs, das dem Betrag nach einer Druckdifferenz entspricht, die kleiner als der Druckdifferenz-Grenzwert DPg ist und sendet diese an das Motor-Steuergerät 40, insbesondere an die erste Vergleichsfunktion 42 desselben. Diese erhält als Eingangssignal DPin somit eine Druckdifferenz, die kleiner ist als der Druckdifferenz-Grenzwert DPg und stellt das Regenerations-Betriebsprofil S1 ein.
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Auf diese Weise wird der Vorteil erzielt, dass auch überladene Rußpartikelfilter 20 wieder regeneriert werden kann. Durch das Manipulieren des Differenzdruck-Signals mit der Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 kann das Regenerations-Betriebsprofil S1 unabhängig von der tatsächlich gemessenen Druckdifferenz eingestellt werden. Bei Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen ist dies äußerst vorteilhaft, da dadurch während der Wartung ein bereits überladener Rußpartikelfilter 20 wieder regeneriert werden kann.
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Nach Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Rußpartikelfilter 20 regeneriert. Dabei liegt das Regenerations-Endkriterium KR vor. Die Differenzdruck-Korrekturvorrichtung 50 kann folglich wieder entfernt werden.
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Nach der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der Druckdifferenz-Grenzwert DPg und der Regenerations-Schwellwert DPl und das Regenerations-Endkriterium KR als Vorgaben in einem Speicher 44, insbesondere auch als Variablen 45, abgelegt sind. Zur Realisierung des Regenerations-Betriebsprofils S1 und des allgemeinen Betriebsbetriebsprofils S2 können jeweils als eine Gruppe von Stellkommandos n einem Speicher z. B. in dem Motor-Steuergerät 40 abgelegt sein.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Verbrennungsmotor
- 20
- Rußpartikelfilter
- 21
- Abgaseintritt
- 22
- Abgasaustritt
- 30
- Differenzdruck-Sensor
- 31
- erste Messleitung des Differenzdruck-Sensors
- 32
- zweite Messleitung des Differenzdruck-Sensors
- 33
- Signalausgang des Differenzdruck-Sensors
- 40
- Motor-Steuergerät
- 41
- Signaleingang des Motor-Steuergeräts
- 42
- erste Vergleichsfunktion
- 43a
- zweite Vergleichsfunktion
- 43b
- dritte Vergleichsfunktion
- 44
- Speicher
- 45
- Variablen
- 49
- Ausgangssignal des Motor-Steuergeräts
- 50
- Differenzdruck-Korrekturvorrichtung
- 51
- Korrekturfunktion
- 52
- erste Anschlussvorrichtung der Differenzdruck-Korrekturvorrichtung
- 53
- zweite Anschlussvorrichtung der Differenzdruck-Korrekturvorrichtung
- 60
- Signalleitung
- 61
- erstes Signalleitungs-Teilstück
- 62
- zweites Signalleitungs-Teilstück
- DPe
- ermittelte Druckdifferenz
- DPg
- Druckdifferenz-Grenzwert
- DPl
- Druckdifferenz-Schwellwert
- DPs
- Differenzdruck-Simulationssignal
- DPin
- Eingangssignal der Vergleichsfunktion
- DPr
- Regenerations-Endwert
- K
- Korrekturfaktor
- S1
- Regenerations-Betriebsprofil
- S2
- allgemeines Betriebsbetriebsprofil
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007034709 A1 [0003]
