DE102016108136B4

DE102016108136B4 - System und Verfahren zum Erkennen von Partikelfilterundichtigkeit

Info

Publication number: DE102016108136B4
Application number: DE102016108136.1A
Authority: DE
Inventors: Xiaogang Zhang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2015-05-04
Filing date: 2016-05-02
Publication date: 2023-10-12
Anticipated expiration: 2036-05-03
Also published as: CN106121794B; RU2719111C2; RU2016115490A; RU2016115490A3; CN106121794A; DE102016108136A1; US9399943B1

Abstract

Verfahren, umfassend:
Umleiten von Abgas aus einem Abgasrohr (204) zu einem parallelen ersten (212) und zweiten Abgasweg (214) außerhalb des Abgasrohrs (204), wobei der zweite Abgasweg (214) ein mit einem elektrischen Schaltkreis (226) gekoppeltes Filter (224) aufweist, und Anpassen eines Kraftmaschinenbetriebs auf Grundlage eines geschätzten Abgas-Durchflussratenverhältnisses von Durchflussraten durch den ersten (212) und zweiten Abgasweg (214), wobei die Durchflussraten auf Druckabfällen durch entsprechende Venturi-Röhren (220, 222) des ersten (212) und zweiten Abgaswegs (214) beruhen.

Description

Gebiet
Die vorliegende Beschreibung betrifft allgemein Verfahren und Systeme zum Erkennen einer Undichtigkeit eines Partikelfilters (PF).
Hintergrund/Kurzdarstellung
Feinstaubfilter werden in zunehmendem Maße bei Kraftfahrzeug-Emissionssystemen zum Verringern von Partikelkonzentrationen in Kraftmaschinenabgas eingesetzt. Wenn sich Ruß auf dem Partikelfilter bis auf ein Schwellenniveau ansammelt, kann ein Filterregenerationsprozess eingesetzt werden, um den angesammelten Ruß unter kontrollierten Kraftmaschinen-Betriebsbedingungen abzubrennen. Allerdings können im Lauf der Zeit bei derartigen Partikelfiltern irreversible Verminderungen eines Einfangwirkungsgrades auftreten, da sich in dem Filter aufgrund einer unkontrollierten Temperaturexkursion während des Filterregenerationsprozesses Risse bilden. Rückgänge eines Einfangwirkungsgrades des Partikelfilters können erhöhte Feinstaubemissionen deutlich über dem vorgeschriebenen Grenzwert zur Folge haben.
Durch zunehmend strenge Feinstaubemissionsstandards sowie vorgeschlagene staatlich angeordnete Auflagen hinsichtlich On-Bord-Diagnose (on-board diagnostic, OBD) zum Überwachen des Einfangwirkungsgrades eines Partikelfilters wurde viel Forschung im Hinblick auf neue Techniken zum Überwachen der Leistung von Partikelfiltern angeregt. Ein Verfahren beinhaltet ein Ermitteln eines Differenzdrucks über ein Partikelfilter. Wenn der Differenzdruck kleiner ist als ein Schwellen-Differenzdruck, ist das Partikelfilter möglicherweise undicht. Allerdings ist dieses Verfahren aufgrund von Interferenzeffekten durch eine Aschebeladung in dem Filter möglicherweise nicht zum Erkennen eines Filterversagens geeignet. Andere Verfahren zum Ermitteln einer Partikelfilter-Undichtigkeit beinhalten ein Verwenden eines Rußsensors, der sich stromabwärts eines Partikelfilters befindet, zum Überwachen einer Rußbeladung in einem Abgasstrom und zum Signalisieren, wenn die Rußbeladung eine Rußschwelle überschreitet (z.B. kann die Rußschwelle auf einer Schwellenmenge eines akzeptablen Austretens von Ruß auf Grundlage von Feinstaubemissionen beruhen).
In der Druckschrift US 8 490 383 B2 wird ein Abgassystem für eine Brennkraftmaschine beschrieben, in dem eine Überwachung einer Fehlfunktion eines Dieselpartikelfilters sowie ein Monitoring von nichtmethanartigen Kohlenwasserstoffen möglich ist. Das System kann einen Hauptabgastrakt und eine sekundären Abgasleitung aufweisen.
In der Druckschrift US 2013 / 0 047 841 A1 wird eine Vorrichtung für eine Diagnose eines Partikelfilters offenbart, der im Hauptabgastrakt einer Brennkraftmaschine angeordnet ist. Die Diagnosevorrichtung weist einen Detektionsfilter und einen Sensor auf, die stromabwärts des Partikelfilters angeordnet sind, wobei der Detektionsfiltern in einer sekundären Abgasleitung angeordnet ist, durch die ein Teil des Abgases geleitet wird.
In der Druckschrift US 2010 / 0 242 463 A1 wird eine Vorrichtung zum Messen einer Partikelkonzentration im Abgas einer dieselbetriebenen Brennkraftmaschine offenbart. Darin zweigt eine Abgas-Sammelleitung vom Abgastrakt ab. In dieser Sammelleitung ist ein Detektionsfilter angeordnet, der Teil der Messvorrichtung ist.
In der Druckschrift US 2012 / 0 225 488 A1 wird ebenfalls ein Abgassystem offenbart, das zwei parallele Abgaswege außerhalb eines Abgasrohrs aufweist, wobei der zweite Abgasweg einen Filter aufweist. Dabei wird auch eine Messung der Durchflussrate des Abgases offenbart, welche auf einem Venturi-Rohr beruhen kann.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben jedoch mögliche Probleme bei derartigen Systemen erkannt. Zum Beispiel kann der Rußsensor aufgrund einer relativ kleinen auf dem Rußsensor abgelagerten Rußmenge eine geringe Empfindlichkeit gegenüber ausgetretenem Ruß aufweisen. Dies kann auf eine Abgasrohrgeometrie oder eine mangelhafte Mischung des Abgases zurückzuführen sein. Darüber hinaus können große Dieselpartikel und/oder Wassertröpfchen auf Oberflächen des Rußsensors auftreffen, wodurch sich der Messwert des Rußsensors ändert.
Bei einem Beispiel kann auf die vorstehend beschriebenen Probleme durch ein Verfahren zum Umleiten von Abgas aus einem Abgasrohr zu einem parallelen ersten und zweiten Abgasweg außerhalb des Abgasrohrs eingegangen werden. Der zweite Abgasweg weist ein mit einem elektrischen Schaltkreis gekoppeltes Filter auf. Das Verfahren beinhaltet ferner ein Anpassen eines Kraftmaschinenbetriebs auf Grundlage eines geschätzten Abgas-Durchflussratenverhältnisses von Durchflussraten durch den ersten und zweiten Abgasweg. Die Durchflussraten beruhen auf Druckabfällen durch entsprechende Venturi-Röhren des ersten und zweiten Abgaswegs. Auf diese Weise kann eine Beeinträchtigung eines Partikelfilters in einer Abgasleitung genau ermittelt werden.
Zum Beispiel können sich der parallele erste und zweite Abgasweg stromabwärts des Partikelfilters in der Abgasleitung befinden. Mit einer zunehmenden Anzahl von Regenerationen des Partikelfilters kann das Partikelfilter beeinträchtigt werden, und eine zunehmende Rußmenge kann sich nach stromabwärts des Partikelfilters bewegen. Aufgrund dessen kann sich mehr Ruß auf dem in dem zweiten Abgasweg befindlichen Filter ansammeln, und folglich kann ein Gegendruck in dem zweiten Abgasweg entstehen. Der Widerstand eines Abgasstroms durch den zweiten Abgasweg bewirkt, dass ein Durchflussverhältnis durch den ersten und zweiten Abgasweg zunimmt. Sobald das Verhältnis ein Schwellenverhältnis erreicht, wird ein elektrischer Schaltkreis, der elektrisch mit dem Filter in dem zweiten Abgasweg gekoppelt ist, zum Regenerieren des Filters verwendet. Eine Beeinträchtigung des Partikelfilters in der Abgasleitung kann angezeigt werden, sobald ein Zeitintervall zwischen nachfolgenden Regenerationen des Filters in dem zweiten Abgasweg auf ein Zeitintervall abnimmt, das kleiner als ein Schwellen-Zeitintervall ist.
Es sollte beachtet werden, dass die vorstehende Kurzdarstellung dazu dienen soll, in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten einzuführen, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben werden. Sie ist nicht dafür bestimmt, Haupt- oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu bezeichnen, dessen Schutzbereich durch die auf die ausführliche Beschreibung folgenden Ansprüche eindeutig definiert wird. Überdies ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Realisierungen beschränkt, durch die irgendwelche vorstehend oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebenen Probleme gelöst werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

1 stellt eine Kraftmaschine mit einem Zylinder dar.
2 stellt eine sekundäre Abgasanordnung dar, die mit einem Abgasrohr der Kraftmaschine strömungsverbunden ist.
3 stellt ein Verfahren zum Ermitteln einer Beeinträchtigung eines Partikelfilters in dem Abgasrohr dar.
4 stellt eine Kurvendarstellung zum Überwachen eines Zeitintervalls zwischen Regenerationen eines Partikelfilters in der zweiten Abgasanordnung dar.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Ermitteln einer Beeinträchtigung eines Kraftmaschinen-Partikelfilters auf Grundlage eines Durchflusses durch eine sekundäre Abgasanordnung, die mit einem Abgasrohr einer Kraftmaschine strömungsverbunden ist. Ein Fahrzeug umfasst eine Kraftmaschine, die in der Lage ist, ein Fahrzeug mithilfe von Verbrennung anzutreiben, wie in 1 gezeigt. Das Partikelfilter und die sekundäre Abgasanordnung sind entlang dem Abgasrohr angeordnet, wo das Partikelfilter stromaufwärts der sekundären Abgas-Durchflussanordnung angeordnet ist. Die sekundäre Abgasanordnung umfasst zwei parallele Wege, wie in 2 gezeigt. Ein paralleler erster und zweiter Abgasweg befinden sich jeweils außen bezogen auf das (z.B. außerhalb von dem) Abgasrohr. Der zweite Weg umfasst ferner ein Metallfilter, das in der Lage ist, Ruß in einem Abgasstrom außerhalb des Abgasrohrs einzufangen. Während sich eine Beeinträchtigung des Partikelfilters in dem Abgasrohr entwickelt, kann aus ihm eine größere Menge an Ruß austreten. Der ausgetretene Ruß kann zu der sekundären Durchflussanordnung strömen, wo ihn das Metallfilter einfangen kann. Im Lauf der Zeit kann das Metallfilter vollständig mit Ruß beladen werden. Als Reaktion darauf, dass das Metallfilter vollständig beladen wird, kann das Filter regeneriert werden, um den angesammelten Ruß zu entfernen. Eine Beladung des Metallfilters kann auf Grundlage eines Verhältnisses eines Abgasdurchflusses durch den ersten und zweiten Weg ermittelt werden, wie bei einem in 3 dargestellten Verfahren gezeigt. Das Verfahren aus 3 veranschaulicht ferner ein Ermitteln, ob das Partikelfilter in dem Abgasrohr beeinträchtigt ist, auf Grundlage von einem Zeitintervall zwischen einer aktuellen Regeneration und einer vorhergehenden Regeneration des Metallfilters. Wie vorstehend beschrieben, kann sich nach einer Schwellenanzahl von Regenerationen des Partikelfilters (z.B. 1000) eine Beeinträchtigung des Partikelfilters entwickeln. Während sich eine Anzahl von Rissen und/oder Undichtigkeiten in dem Partikelfilter entwickelt, kann sich mit einer erhöhten Geschwindigkeit Ruß auf dem Metallfilter ansammeln, wodurch bewirkt wird, dass die Regenerations-Zeitintervalle des Metallfilters kürzer werden. Änderungen der Regenerations-Zeitintervalle des Metallfilters im Lauf der Zeit werden grafisch in 4 dargestellt.
1 zeigt ein schematisches Schaubild, das einen Zylinder einer Mehrzylinderkraftmaschine 10 in einem Kraftmaschinensystem 100 zeigt, der zu einem Antriebssystem eines Personenkraftwagens zählen kann. Die Kraftmaschine 10 kann zumindest zum Teil durch ein Steuersystem mit einem Steuergerät 12 und durch Eingaben eines Fahrzeugbedieners 132 über eine Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. Bei diesem Beispiel weist die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalstellungssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalstellungssignals auf. Ein Brennraum 30 der Kraftmaschine 10 weist einen durch Zylinderwände 32 gebildeten Zylinder mit einem darin positionierten Kolben 36 auf. Der Kolben 36 kann mit einer Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, sodass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann über ein dazwischen angeordnetes Getriebesystem mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Ferner kann ein Anlassermotor mit der Kurbelwelle 40 über ein Schwungrad gekoppelt sein, um eine Startoperation der Kraftmaschine 10 zu ermöglichen.
Der Brennraum 30 kann über einen Ansaugweg 42 Ansaugluft aus einem Ansaugkrümmer 44 erhalten und kann Verbrennungsgase über einen Abgaskanal (z.B. ein Abgasrohr) 48 ausstoßen. Der Ansaugkrümmer 44 und der Abgaskanal 48 können über ein entsprechendes Einlassventil 52 und Auslassventil 54 selektiv mit dem Brennraum 30 in Verbindung stehen. Bei einigen Beispielen kann der Brennraum 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile aufweisen.
Bei diesem Beispiel können das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 über entsprechende Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 durch Nockenbetätigung gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 können jeweils einen oder mehrere Nocken enthalten und können eines oder mehrere aus Nockenprofilumschaltsystemen (cam profile switching (CPS) systems), variablen Nockensteuerungssystemen (variable cam timing (VCT) systems), variablen Ventilsteuerungssystemen (variable valve timing (WT) systems) und/oder variablen Ventilhubsystemen (variable valve lift (WL) systems) aufweisen, die von dem Steuergerät 12 bedient werden können, um einen Ventilbetrieb zu variieren. Die Stellung des Einlassventils 52 und Auslassventils 54 kann von Stellungssensoren 55 bzw. 57 ermittelt werden. Bei alternativen Beispielen können das Einlassventil 52 und/oder das Auslassventil 54 mittels elektrischer Ventilbetätigung gesteuert werden. Beispielsweise kann der Zylinder 30 alternativ ein mittels elektrischer Ventilbetätigung gesteuertes Einlassventil und ein mittels Nockenbetätigung, eingeschlossen CPS- und/oder VCT-Systeme, gesteuertes Auslassventil enthalten.
Ein Kraftstoffeinspritzventil 69 wird direkt mit dem Brennraum 30 gekoppelt gezeigt, um Kraftstoff proportional zu der Pulsbreite eines von dem Steuergerät 12 empfangenen Signals direkt dort hinein einzuspritzen. Auf diese Weise liefert das Einspritzventil 69 das, was als Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum 30 bekannt ist. Das Einspritzventil kann beispielsweise in der Seite des Brennraums oder im oberen Teil des Brennraums angebracht sein. Kraftstoff kann dem Kraftstoffeinspritzventil 69 mithilfe eines Kraftstoffsystems (nicht gezeigt) mit einem Kraftstofftank, einer Kraftstoffpumpe und einem Kraftstoffverteiler zugeführt werden. Bei einigen Beispielen kann der Brennraum 30 alternativ oder zusätzlich ein Kraftstoffeinspritzventil aufweisen, das in dem Ansaugkrümmer 44 in einer Ausgestaltung angeordnet ist, die das liefert, was als Kanaleinspritzung von Kraftstoff in den Ansaugkanal stromaufwärts des Brennraums 30 bekannt ist.
Ein Zündfunke wird dem Brennraum 30 über eine Zündkerze 66 zugeführt. Das Zündsystem kann ferner eine Zündspule (nicht gezeigt) zum Erhöhen einer der Zündkerze 66 zugeführten Spannung umfassen. Bei anderen Beispielen, wie beispielsweise einem Diesel, kann die Zündkerze 66 entfallen.
Der Ansaugweg 42 kann eine Drossel 62 mit einer Drosselklappe 64 aufweisen. Bei diesem speziellen Beispiel kann die Stellung der Drosselklappe 64 von dem Steuergerät 12 mithilfe eines Signals variiert werden, das einem zu der Drossel 62 gehörenden elektrischen Motor oder Aktor zugeführt wird, eine Ausgestaltung, die üblicherweise als elektronische Drosselsteuerung (electronic throttle control, ETC) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drossel 62 so betrieben werden, dass sie dem Brennraum 30 zugeführte Ansaugluft zwischen anderen Motorzylindern variiert. Die Stellung der Drosselklappe 64 kann dem Steuergerät 12 durch ein Drosselstellungssignal geliefert werden. Der Ansaugweg 42 kann einen Luftmassensensor 120 und einen Ansaugunterdrucksensor 122 aufweisen, um eine in die Kraftmaschine 10 eintretende Luftmenge zu erfassen.
Ein Abgassensor 126 ist, wie gezeigt, in Übereinstimmung mit einer Richtung eines Abgasstroms stromaufwärts von sowohl einem Abgasrückführsystem 140 als auch einer Abgasreinigungsvorrichtung 70 mit dem Abgaskanal 48 gekoppelt. Bei dem Sensor 126 kann es sich um jeden geeigneten Sensor zum Bereitstellen einer Anzeige eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses im Abgas handeln, wie beispielsweise einen linearen Sauerstoffsensor oder UEGO-Sensor (universal or wide-range exhaust gas oxygen sensor, universeller oder Breitband-Abgassauerstoffsensor), einen binären Sauerstoffsensor oder EGO-Sensor, einen HEGO- (heated EGO sensor, beheizter EGO-Sensor), einen NOx-, HC- oder CO-Sensor. Bei einem Beispiel ist der stromaufwärts liegende Abgassensor 126 ein UEGO, der derart ausgestaltet ist, dass er eine Ausgabe wie zum Beispiel ein Spannungssignal bereitstellt, das proportional zu der in dem Abgas vorhandenen Sauerstoffmenge ist. Das Steuergerät 12 wandelt eine Sauerstoffsensorausgabe mithilfe einer Sauerstoffsensor-Transferfunktion in ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases um.
Ein Abgasrückführsystem (AGR-System) 140 kann über einen AGR-Kanal 152 einen gewünschten Teil des Abgases aus dem Abgaskanal 48 zu dem Ansaugkrümmer 44 leiten. Die dem Ansaugkrümmer 44 zugeführte Menge an AGR kann von dem Steuergerät 12 mithilfe eines AGR-Ventils 144 variiert werden. Unter manchen Bedingungen kann das AGR-System 140 verwendet werden, um die Temperatur des Luft-Kraftstoff-Gemisches in dem Brennraum zu regeln, wodurch ein Verfahren zum Steuern des Zündzeitpunkts während mancher Verbrennungsmodi bereitgestellt wird.
Die Abgasreinigungsvorrichtung 70 wird entlang dem Abgaskanal 48 stromabwärts des Abgassensors 126 angeordnet gezeigt. Bei der Vorrichtung 70 kann es sich um einen Drei-Wege-Katalysator (TWC), eine NOx-Falle, verschiedene andere Abgasreinigungsvorrichtungen oder Kombinationen davon handeln. Bei einigen Beispielen kann während eines Betriebs der Kraftmaschine 10 die Abgasreinigungsvorrichtung 70 durch Betreiben mindestens eines Zylinders der Kraftmaschine innerhalb eines speziellen Luft-Kraftstoff-Gemisches periodisch zurückgesetzt werden.
Ein Partikelfilter 72 wird entlang dem Abgaskanal 48 stromabwärts der Abgasreinigungsvorrichtung 70 angeordnet gezeigt. Bei dem Partikelfilter 72 kann es sich um ein Dieselpartikelfilter oder ein Benzinpartikelfilter handeln. Ein Material des Partikelfilters 72 kann aus Keramik, Silicium, Metall, Papier oder Kombinationen davon hergestellt sein. Während eines Betriebs der Kraftmaschine 10 kann das Partikelfilter 72 Ruß (z.B. nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe) einfangen, um Fahrzeugemissionen zu verringern. Der Ruß verstopft Oberflächen des Partikelfilters und kann einen Abgasgegendruck erzeugen. Der Abgasgegendruck kann einen negativen Einfluss auf die Kraftmaschine haben. Sobald das Partikelfilter 72 vollständig mit Ruß beladen ist (z.B. überschreitet eine Rußbeladung des Partikelfilters eine Rußbeladungsschwelle), kann der Gegendruck zu hoch für einen richtigen Abgasausstoß sein. Zum Ausstoßen von Abgas aus der Kraftmaschine 10 eingesetzte Arbeit nimmt zu, um den vorstehend beschriebenen Gegendruck zu überwinden. Um einen hohen Gegendruck zu vermeiden, kann eine Kraftmaschine 10 den Filter entweder passiv oder aktiv regenerieren.
Eine passive Regeneration kann auftreten, wenn eine Kraftmaschinenlast eine Schwellenlast überschreitet, was ein Ansteigen einer Abgastemperatur bewirkt. Während die Abgastemperatur über eine Schwellentemperatur (z.B. 450° C) hinaus zunimmt, kann der Ruß auf dem Partikelfilter 72 verbrennen. Daher tritt eine passive Regeneration ohne Änderungen an Kraftmaschinenvorgängen auf. Umgekehrt erfolgt eine aktive Regeneration unabhängig von der Kraftmaschinenlast dadurch, dass das Steuergerät 12 signalisiert, dass Änderungen an Kraftmaschinenvorgängen vorgenommen werden sollen, um Abgastemperaturen zu erhöhen (z.B. Späteinspritzung, Sekundäreinspritzung, Drosseln, Abgasrückführung, Spätzündung und/oder Vermindern eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses).
Während der Ruß während einer entweder passiven oder aktiven Regeneration verbrennt, steigt die Partikelfiltertemperatur auf eine hohe Temperatur (z.B. 1400 °C). Die Regenerationstemperatur ist möglicherweise schwierig zu steuern, und wenn sie sich selbst überlassen bleibt, kann durch die Regeneration das Partikelfilter 72 beeinträchtigt werden. Eine Beeinträchtigung kann beinhalten, dass sich in dem Partikelfilter 72 eine Undichtigkeit (z.B. ein Riss) und/oder ein Loch entwickeln, was bewirken kann, dass Ruß in dem Abgaskanal 48 weiter stromabwärts strömt, über das Partikelfilter 72 hinaus, und dass Fahrzeugemissionen zunehmen.
Zu anderen Faktoren, die zu einer Partikelfilterbeeinträchtigung beitragen, zählen Fahrzeugschwingungen und Schmierölasche. Durch Fahrzeugschwingungen können zerbrechliche Komponenten in dem Partikelfilter 72 aufgrund einer Ausdehnung der Komponenten (d.h. verminderte Stabilität) beeinträchtigt werden, die dadurch verursacht wird, dass das Partikelfilter 72 hohen Temperaturen ausgesetzt ist. Schmierölasche kann Metalloxide enthalten, die mit dem Partikelfilter 72 reagieren und Phasen bilden können (z.B. werden Abschnitte des Partikelfilters beeinträchtigt, während andere Abschnitte funktionsfähig bleiben), wodurch schließlich mindestens ein Abschnitt des Partikelfilters beeinträchtigt wird.
Eine sekundäre Durchflussanordnung 74 wird entlang dem Abgaskanal 48 stromabwärts des Partikelfilters 72 angeordnet gezeigt. Die sekundäre Durchflussanordnung 74 umfasst einen Einlass 76, der in dem Abgaskanal 48 an einem dem Partikelfilter 72 am nächsten gelegenen Ende der sekundären Durchflussanordnung 74 positioniert ist. Die sekundäre Durchflussanordnung 74 umfasst ferner einen Auslass 78, der in dem Abgaskanal 48, an einem von dem Partikelfilter 72 am weitesten entfernt gelegenen entgegengesetzten Ende der sekundären Durchflussanordnung 74 positioniert ist.
Der Einlass 76 und der Auslass 78 sind mit der Abgasleitung 48 und sowohl einem ersten Kanal 80 als auch einem zweiten Kanal 82 strömungsverbunden. Der erste Kanal 80 und der zweite Kanal 82 sind parallel und einander hinsichtlich einer geometrischen Struktur im Wesentlichen gleich. Der zweite Kanal 82 weist ein Metallfilter 84 auf, das elektronisch mit dem Steuergerät 12 gekoppelt ist. Das Metallfilter 84 ist kleiner als das Partikelfilter 72. Sowohl der erste Kanal 80 als auch der zweite Kanal 82 befinden sich außerhalb des Abgaskanals 48, empfangen aber Abgas aus dem Abgaskanal 48 über den Einlass 76. Anders ausgedrückt sind der erste Kanal 80 und der zweite Kanal 82 außerhalb eines Inneren des Abgaskanals 48 positioniert. Die sekundäre Durchflussanordnung 74 kann zum Ermitteln einer Beeinträchtigung des Partikelfilters 72 verwendet werden. Die sekundäre Durchflussanordnung wird nachfolgend ausführlicher mit Bezug auf 2 und 3 erörtert.
Das Steuergerät 12 wird in 1 als ein Mikrocomputer mit einer Mikroprozessoreinheit 102, Eingabe-/Ausgabe-Anschlüssen 104, einem elektronischen Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrationswerte, das bei diesem speziellen Beispiel als Nur-Lese-Chip 106 (z.B. nichtflüchtiger Speicher) gezeigt wird, einem Direktzugriffsspeicher 108, einem Keep-Alive-Speicher 110 sowie einem Datenbus gezeigt. Das Steuergerät 12 kann neben den bereits erörterten Signalen verschiedene Signale von mit der Kraftmaschine 10 gekoppelten Sensoren empfangen, darunter eine Messung eines angesaugten Luftmassenstroms (MAF) von dem Luftmassensensor 120; eine Motorkühlmitteltemperatur (engine coolant temperature, ECT) von einem mit einem Kühlmantel 114 gekoppelten Temperatursensor 112; ein Kraftmaschinenstellungssignal von einem eine Stellung der Kurbelwelle 40 erfassenden Hallsensor 118 (oder einem anderen Typ); eine Drosselstellung von einem Drosselstellungssensor 65 und ein Ansaugunterdrucksignal (MAP-Signal) von dem Sensor 122. Ein Kraftmaschinen-Drehzahlsignal kann durch das Steuergerät 12 aus dem Kurbelwellenstellungssensor 118 erzeugt werden. Das Ansaugunterdrucksignal liefert auch eine Anzeige eines Unterdrucks oder Drucks in dem Ansaugkrümmer 44. Es sollte beachtet werden, dass verschiedene Kombinationen der vorstehend angegebenen Sensoren verwendet werden können, wie beispielsweise ein MAF-Sensor ohne ein MAP-Sensor oder umgekehrt. Während eines Kraftmaschinenbetriebs kann ein Kraftmaschinendrehmoment aus der Ausgabe des MAP-Sensors 122 und einer Kraftmaschinendrehzahl gefolgert werden. Ferner kann dieser Sensor zusammen mit der erkannten Kraftmaschinendrehzahl als eine Grundlage einer Schätzung einer in den Zylinder angesaugten Ladung (Luft eingeschlossen) dienen. Bei einem Beispiel kann der Kurbelwellenstellungssensor 118, der auch als ein Kraftmaschinendrehzahlsensor verwendet wird, eine vorgegebene Anzahl gleichmäßig beabstandeter Pulse bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle erzeugen.
Das Speichermedium, der Nur-Lese-Speicher 106, kann mit computerlesbaren Daten programmiert sein, die durch den Prozessor 102 ausführbare nichtflüchtige Anweisungen zum Ausführen der nachfolgend beschriebenen Verfahren wie auch anderer Varianten darstellen, die vorausgesehen, aber nicht speziell aufgeführt werden. Das Steuergerät 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren aus 1 und setzt die verschiedenen Aktuatoren aus 1 ein, um einen Kraftmaschinenbetrieb auf Grundlage der empfangenen Signale und von in einem Speicher des Steuergeräts 12 gespeicherten Anweisungen anzupassen. Bei einem Beispiel ändert das Steuergerät 12 einen Kraftmaschinenbetrieb, um eine Drehmomentabgabe eines Fahrzeugs als Reaktion auf ein von dem Metallfilter 84 der zweiten Durchflussanordnung 74 empfangenes Signal zu begrenzen.
Wie Fachleute verstehen werden, können die nachfolgend in den Ablaufplänen beschriebenen speziellen Routinen eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien repräsentieren wie beispielsweise ereignisgesteuerte, Interruptgesteuerte, Multi-Tasking-, Multi-Threading-Verarbeitungsstrategien und dergleichen. Daher können verschiedene veranschaulichte Handlungen oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel ausgeführt werden oder in einigen Fällen entfallen. In ähnlicher Weise ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile zu erreichen, sondern dient zur Vereinfachung der Veranschaulichung und Beschreibung. In Abhängigkeit von der speziellen angewendeten Strategie können eine oder mehrere der veranschaulichten Handlungen oder Funktionen wiederholt ausgeführt werden, obwohl dies nicht ausdrücklich veranschaulicht wird. Ferner repräsentieren diese Figuren grafisch Code, der in das computerlesbare Speichermedium in dem Steuergerät 12 programmiert werden soll, um von dem Steuergerät in Verbindung mit der Kraftmaschinenhardware ausgeführt zu werden, wie in 1 veranschaulicht.
1 zeigt einen einzelnen Zylinder einer Kraftmaschine, die ferner einen Partikelfilter stromaufwärts einer sekundären Durchflussanordnung umfasst. 2 zeigt die sekundäre Durchflussanordnung detaillierter.
Wie in 2 zu sehen ist, zeigt ein System 200 eine sekundäre Durchflussanordnung 202, die mit einer Abgasleitung 204 stromabwärts eines Partikelfilters 201 strömungsverbunden ist. Pfeile aus durchgehenden Linien zeigen eine beispielhafte Richtung eines Abgasstroms. Die sekundäre Durchflussanordnung 202, das Partikelfilter 201 und die Abgasleitung 204 können bei der in 1 gezeigten Ausführungsform verwendet werden. Daher können die sekundäre Durchflussanordnung 202, das Partikelfilter 201 und die Abgasleitung 204 Beispiele für die sekundäre Durchflussanordnung 74, das Partikelfilter 72 und den Abgaskanal 48 sein, die in 1 gezeigt werden.
Wie vorstehend beschrieben, befindet sich das Partikelfilter 201 stromaufwärts der sekundären Durchflussanordnung 202. Ein Abgasstrom aus Kraftmaschinenzylindern bewegt sich durch das Partikelfilter 201 und erreicht die sekundäre Durchflussanordnung 202. Mindestens ein Anteil des durch die Abgasleitung 204 strömenden Abgases strömt von der Abgasleitung 204 über einen Einlass 206 in die sekundäre Durchflussanordnung 202. Der Einlass 206 weist ein oder mehrere Löcher 208 in einer Seite des Einlasses 206 auf, die dem Partikelfilter 201 am nächsten liegt. Die Löcher 208 sind einer Richtung zugewandt, die einer Richtung des Gasstroms entgegengesetzt ist. Anders ausgedrückt sind die Löcher 208 dem Partikelfilter 201 und dem entgegenkommenden Gasstrom zugewandt. Der Einlass 206 erstreckt sich durch mindestens einen Abschnitt der Abgasleitung 204 und verläuft senkrecht zu dieser. Anders ausgedrückt erstreckt sich der Einlass 206 durch eine Außenwand der Abgasleitung 204 und in ein Inneres der Abgasleitung 204 hinein. Des Weiteren verläuft eine Mittellinie des Einlasses 206 senkrecht zu einer Mittellinie der Abgasleitung 204 und einer Richtung des Abgasstroms durch die Abgasleitung 204. Darüber hinaus befinden sich alle Löcher 208 innerhalb der Abgasleitung 204 in dem Einlass 206.
Eine Öffnung 210 befindet sich auf einer unteren Seite des Einlasses 206 innerhalb der Abgasleitung 204. Die Öffnung 210 ist senkrecht zu einer Richtung eines Abgasstroms gewandt (z.B. ist eine Mittelachse der Öffnung senkrecht zu der Richtung des Abgasstroms). Abgas strömt über die Löcher 208 aus der Abgasleitung 204 und in den Einlass 206. Während Abgas durch den Einlass 206 strömt, erreicht es einen Abschnitt des Einlasses 206 außerhalb der Abgasleitung 204. Der Abschnitt des Einlasses 206 außerhalb der Abgasleitung 204 weist eine niedrigere Temperatur auf als der Abschnitt des Einlasses 206 innerhalb der Abgasleitung 204. Aufgrund dieses Temperaturunterschieds kann Wasserdampf in dem Abgas auf Oberflächen des Einlasses 206 kondensieren. Das Kondensat auf den Oberflächen des Einlasses 206 kann durch die Öffnung 210 und in die Abgasleitung 204 fallen. Auf diese Weise wird eine durch die sekundäre Durchflussanordnung 202 strömende Wassermenge verringert.
Abgas strömt durch den Einlass 206 zu einer Gabelung der sekundären Durchflussanordnung 202. Der gegabelte Abschnitt des Einlasses 206 leitet einen Abgasstrom in einen ersten Kanal 212 und einen zweiten Kanal 214 um. Der zweite Kanal 214 ist vertikal höher als der erste Kanal 212 und in Bezug auf eine Oberfläche (z.B. der Erdboden), auf der ein Fahrzeug steht, in das die Kraftmaschine eingebaut ist, über dem ersten Kanal positioniert. Die Vertikalrichtung wird in 2 durch den Pfeil 250 gezeigt. Daher ist der zweite Kanal 214 weiter von dem Erdboden entfernt positioniert als der erste Kanal 212. Anders ausgedrückt, der erste Kanal 212 befindet sich näher bei der Abgasleitung 204 als der zweite Kanal 214. Bei einigen Ausführungsformen können der erste Kanal 212 und der zweite Kanal 214 sich im Wesentlichen in gleicher Entfernung vom Erdboden befinden, aber in ungleicher Entfernung von einer Abgasleitung, insofern als der zweite Kanal 214 weiter von der Abgasleitung entfernt ist als der erste Kanal 212. Anders ausgedrückt können der erste und zweite Kanal 212 und 214 derart hergestellt sein, dass sie horizontal angeordnet sind, wobei der zweite Kanal 214 weiter von der Abgasleitung 204 entfernt ist als der erste Kanal 212. Zusätzlich oder alternativ liegt der erste Kanal 212 proximal der Abgasleitung 204, während der zweite Kanal 214 distal der Abgasleitung 204 liegt.
Durch Positionieren des zweiten Kanals 214 bezogen auf den Erdboden vertikal über dem ersten Kanal 212 kann im Vergleich zu einem verbleibenden in den zweiten Kanal 214 strömenden Abgasanteil ein größerer Abgasanteil in den ersten Kanal 212 strömen. Ein größerer Abgasanteil kann in den ersten Kanal 212 strömen, da es für das Abgas energetisch vorteilhaft ist, mit der Schwerkraft zu strömen (z.B. zu dem ersten Kanal 212 hin), anstatt gegen die Schwerkraft zu strömen (z.B. zu dem zweiten Kanal 214 hin).
Sowohl der erste Kanal 212 als auch der zweite Kanal 214 befinden sich außerhalb der Abgasleitung 204. Der erste Kanal 212 und der zweite Kanal 214 verlaufen in einer zu der Abgasleitung 204 parallelen Richtung. Zum Beispiel ist ein Abgasstrom durch den ersten Kanal 212 und den zweiten Kanal 214 parallel zu einem Abgasstrom durch die Abgasleitung 204. Der erste Kanal 212 und der zweite Kanal 214 umfassen beide Deltadrucksensoren 216A und 216B bzw. 218A und 218B. Der Deltadrucksensor 216A befindet sich stromaufwärts eines ersten Venturi-Kanals 220 in dem ersten Kanal 212, während sich der entsprechende Deltadrucksensor 216B in dem ersten Venturi-Kanal 220 befindet. In ähnlicher Weise befindet sich der Deltadrucksensor 218A stromaufwärts eines zweiten Venturi-Kanals 222 in dem zweiten Kanal 214, während sich der entsprechende Deltadrucksensor 218B in dem zweiten Venturi-Kanal 222 befindet. Der erste Venturi-Kanal 220 ist im Wesentlichen identisch mit dem zweiten Venturi-Kanal 222, sodass ein Druckabfall über die Venturi-Kanäle und eine Zunahme einer Strömungsgeschwindigkeit durch die Venturi-Kanäle für den ersten und zweiten Venturi-Kanal 220 bzw. 222 im Wesentlichen gleich sind.
Eine Durchflussrate durch den ersten Venturi-Kanal 220 und den zweiten Venturi-Kanal 222 kann mithilfe einer nachfolgend gezeigten Gleichung 1 berechnet werden. $Q = C \sqrt{\frac{2 Δ p}{ρ} * \frac{A_{a}}{\sqrt{{(\frac{A_{a}}{A_{b}})}^{2} - 1}}}$
In Gleichung 1 repräsentiert Q eine Durchflussrate von Abgas, entweder durch den ersten Kanal 212 oder den zweiten Kanal 214. Die folgende Beschreibung bezieht sich auf den ersten Kanal 212. Eine Berechnung von Q für den zweiten Kanal 214 ist im Wesentlichen die gleiche. Eine Druckänderung (Δp) beruht auf einer Differenz zwischen einem an dem Drucksensor 220 gemessenen Druck und einem bekannten Druck des ersten Venturi-Kanals 220. Eine Dichte (ρ) wird für ein Gas in der sekundären Durchflussanordnung auf Grundlage aktueller Kraftmaschinenzustände (z.B. Ansauglufttemperatur, Last, Druck usw.) geschätzt. Aa und Ab stellen Schnittbereiche dar wie in 2 gezeigt.
Auf Grundlage einer Differenz eines Drucks (ρ), der durch den Deltadrucksensor 216A und den Deltadrucksensor 216B gemessen wird, kann eine Druckänderung (Δp) berechnet werden. Der Druck an einem der Deltadrucksensoren 216A, 216B ist auf Grundlage einer in den ersten Kanal 212 strömenden Abgasmenge variabel. Mit einem zunehmenden Abgasstrom zu dem ersten Kanal 212 nimmt der Druck an den Deltadrucksensoren 216A, 216B zu. Allerdings kann die Zunahme an den Deltadrucksensoren 216A und 216B ungleich sein (z.B. kann eine Druckzunahme an dem Deltadrucksensor 216A größer sein als eine Druckzunahme an dem Deltadrucksensor 216B). Ein Abgasdruck in dem ersten Kanal 212 ist höher als ein Abgasdruck in dem zweiten Kanal 214, da der erste Kanal 212 aufgrund von vorstehend beschriebenen Gründen mehr Abgas erhält als der zweite Kanal 214.
Eine Dichte (ρ) des Abgases an dem Deltadrucksensor 216A kann auf Grundlage einer Bearbeitung der Zustandsgleichung idealer Gase berechnet werden. Darüber hinaus kann innerhalb der Grenzen der Zustandsgleichung idealer Gase die Dichte des Abgases als konstant angenommen werden (z.B. ein inkompressibles Gas). Die berechnete Dichte hängt von einem Druck und einer Temperatur des Abgases ab, wobei die Dichte mit zunehmendem Druck zunimmt, und die Dichte mit zunehmender Temperatur abnimmt.
Aa stellt einen Schnittbereich des ersten Kanals 212 oder des zweiten Kanals 214 in der Nähe des Deltadrucksensors 216A bzw. des Deltadrucksensors 218A dar und beruht auf einem Durchmesser (z.B. einem Kanaldurchmesser) des ersten Kanals 212 oder zweiten Kanals 214, bevor er auf den Durchmesser des Venturi-Kanals abnimmt. Ab stellt einen Schnittbereich des engsten Abschnitts des ersten Venturi-Kanals 220 oder des zweiten Venturi-Kanals 222 in der Nähe des Deltadrucksensors 216B bzw. 218B dar (und beruht daher auf einem Durchmesser der Venturi-Kanäle). C stellt eine Konstante dar, die auf Grundlage der Geometrie des ersten Kanals 212 berechnet wird. Es sollte beachtet werden, dass die Werte Aa, Ab und C aufgrund im Wesentlichen identischer Geometrien des ersten Kanals 212 und des zweiten Kanals 214 für den ersten Kanal 212 und den zweiten Kanal 214 gleich sind.
Eine Berechnung der Durchflussrate durch den ersten Venturi-Kanal 220 und den zweiten Venturi-Kanal 222 ist ähnlich, und daher kann der Kürze halber eine Beschreibung einer Berechnung der Durchflussrate durch den ersten Venturi-Kanal 220 auch auf den zweiten Venturi-Kanal 222 angewendet werden.
Um die Durchflussrate (Q) zu berechnen, werden der Druck (ρ) und die Luftdichte (ρ) auf Grundlage gemessener Parameter ermittelt, während C, Aa und Ab bekannte Variablen (z.B. auf bekannten Geometrien beruhend) sind. Wie aus der Gleichung 1 ersichtlich ist, nimmt eine Durchflussrate durch einen Venturi-Kanal, Q, mit zunehmendem Druck stromaufwärts des Venturi-Kanals, ρ, zu. In ähnlicher Weise nimmt Q mit zunehmender ρ ab.
Zum Beispiel ist für ein 40 Meilen pro Stunde (mph) fahrendes Fahrzeug die Dichte (ρ) von Luft auf Grundlage einer Kraftmaschinenlast und einer Ansauglufttemperatur bekannt. Wie vorstehend beschrieben, ist C ein konstanter Wert, der auf Grundlage einer Geometrie des Kanals ermittelt wird. Der erste Kanal 212 ist im Wesentlichen identisch mit dem zweiten Kanal 214, daher können ihre C-Werte ebenfalls im Wesentlichen identisch sein. Die Bereiche A_a und A_b sind bekannt.
Die Differenz des Drucks (ρ) kann auf Grundlage einer Differenz zwischen an dem Deltadrucksensor 216A und dem Deltadrucksensor 216B gemessenen Drücken berechnet werden. In ähnlicher Weise kann für den zweiten Kanal die Druckdifferenz auf Grundlage einer Differenz zwischen an dem Deltadrucksensor 218A und dem Deltadrucksensor 218B gemessenen Drücken berechnet werden. Wie vorstehend beschrieben, ist der Druck des ersten Kanals 212 größer als der Druck des zweiten Kanals 214. Daher können alle Werte aus Gleichung 1 außer dem Deltadruck für den ersten Kanal 212 und den zweiten Kanal 214 gleich sein. Die Durchflussrate (Q) wird auf Grundlage der vorstehend beschriebenen Werte geschätzt. Darüber hinaus ist Q proportional zu einem oder mehreren der p und ρ, wie vorstehend beschrieben. Die für den ersten Kanal 212 geschätzte Durchflussrate wird hier als Q₁ bezeichnet, und die für den zweiten Kanal 214 geschätzte Durchflussrate wird hier als Q₂ bezeichnet.
Aus dem zweiten Venturi-Kanal 222 strömendes Abgas strömt in ein Metallfilter 224 stromabwärts des zweiten Venturi-Kanals 222. Der erste Kanal 212 umfasst kein Metallfilter stromabwärts des Venturi-Kanals 220. Das Metallfilter 224 ist in der Lage, Ruß in dem Abgasstrom einzufangen. Das Metallfilter 224 ist über einen Innendurchmesser des zweiten Kanals 214 angeordnet. In Anbetracht dessen, dass sich das Partikelfilter 201 stromaufwärts der sekundären Durchflussvorrichtung 202 befindet, ist Ruß in dem Abgasstrom eine Folge von Ruß, der sich durch das Partikelfilter 201 bewegt hat. Daher kann Ruß in dem Abgasstrom zunehmen, da das Partikelfilter 201 weniger Ruß einfängt und/oder sich Risse oder undichte Stellen in ihm entwickeln.
Das Metallfilter 224 ist nicht dasselbe wie das Partikelfilter 201. Das Metallfilter 224 ist kleiner als das Partikelfilter 201. Das Metallfilter 224 befindet sich außerhalb der Abgasleitung 204, während das Partikelfilter 201 in der Abgasleitung 201 untergebracht ist. Darüber hinaus erhält das Metallfilter 224 einen geringeren Abgasstrom als das Partikelfilter 201. Das Partikelfilter 201 befindet sich in Bezug auf einen Abgasstrom stromaufwärts des Metallfilters 224.
Das Metallfilter 224 ist elektrisch mit einem Schaltkreis 226 (durch einen großen gestrichelten Kasten dargestellt) mit einem Schalter 228 gekoppelt, während das Partikelfilter 201 nicht elektrisch mit einem Schaltkreis gekoppelt ist. Der Schalter 228 kann sich in einer offenen Stellung (gezeigt durch eine durchgehende Linie) oder in einer geschlossenen Stellung 230 (gezeigt durch eine fette gestrichelte Linie mit kurzen Strichen) befinden. Wenn sich der Schalter 228 in der geschlossenen Stellung 230 befindet, ist der Schaltkreis 226 vollständig, und elektrischer Strom fließt durch das Metallfilter 224. Durch ein Leiten von elektrischem Strom durch das Metallfilter 224 wird eine Temperatur des Metallfilters 224 erhöht, um das Metallfilter 224 zu regenerieren (z.B. von dem Metallfilter 224 eingefangenen Ruß von dem Filter abzubrennen).
Wenn sich der Schalter 228 in der offenen Stellung befindet, ist der Schaltkreis 226 unvollständig, und es fließt kein elektrischer Strom durch das Metallfilter 224. Der Schalter 228 wechselt zwischen der offenen Stellung und der geschlossenen Stellung auf Grundlage davon, dass ein Verhältnis von Q₁ zu Q₂ (z.B. Durchflussrate durch den ersten Kanal 212 : Durchflussrate durch den zweiten Kanal 214) kleiner als ein Schwellenverhältnis bzw. größer als das Schwellenverhältnis ist. Bei dem Schwellenverhältnis kann es sich um eine festgelegte Zahl (z.B. 3) handeln. Alternativ kann das Schwellenverhältnis auf Grundlage eines Kraftmaschinenbetriebs geändert werden (z.B. nimmt das Schwellenverhältnis mit zunehmender Kraftmaschinenlast zu). Q₂ nimmt mit zunehmender Verschmutzung des Metallfilters 224 ab (z.B. nimmt eine Rußbeladung des Metallfilters 224 zu). Ein Abgasrückstrom nimmt mit zunehmender Rußbeladung zu, wodurch Q₂ abnimmt. Das Verhältnis Q₁ : Q₂ nimmt zu, während Q₁ zunimmt oder Q₂ abnimmt. Das Kanal-Durchflussverhältnis Q₁ : Q₂ wird nachfolgend ausführlicher mit Bezug auf 3 und 4 erörtert.
Abgas strömt durch das Metallfilter 224 und strömt in einen Auslass 234 des zweiten Kanals. In dem Auslass 234 des zweiten Kanals strömendes Abgas kann einen niedrigeren Druck aufweisen als Abgas, das stromaufwärts des zweiten Venturi-Kanals in der Nähe des Drucksensors 218A strömt.
Abgas strömt aus dem ersten Venturi-Kanal 220 und in einen Auslass 232 des ersten Kanals. In dem Auslass 232 des ersten Kanals strömendes Abgas kann einen niedrigeren Druck aufweisen als Abgas, das stromaufwärts des ersten Venturi-Kanals 220 in der Nähe des Drucksensors 216A strömt.
Abgas aus sowohl dem Auslass 232 des ersten Kanals als auch dem Auslass 234 des zweiten Kanals wird an einem Zusammenflussbereich (z.B. einem gegabelten Abschnitt) eines Auslasses 236 zusammengeführt. Ein erster Abschnitt des Auslasses 236 befindet sich außerhalb der Abgasleitung 204, während sich ein zweiter Abschnitt des Auslasses 236 innerhalb der Abgasleitung 204 befindet. Der Auslass 236 steht senkrecht in die Abgasleitung 204 vor. Wie gezeigt, strömt Abgas, das aus dem Auslass 236 und in die Abgasleitung 204 strömt, senkrecht zu einem Abgasstrom in der Abgasleitung 204. Alternativ kann der Auslass 236 eine Krümmung in der Abgasleitung 204 umfassen, sodass Abgas, das aus dem Auslass 236 und in die Abgasleitung 204 strömt, parallel zu dem Abgasstrom in der Abgasleitung 204 strömt. Der Auslass 236 kann einen Durchmesser aufweisen, der im Wesentlichen gleich einem Durchmesser des Einlasses 206 ist.
2 veranschaulicht eine sekundäre Durchflussvorrichtung, die mit einer Abgasleitung strömungsverbunden ist. 3 zeigt ein Verfahren zum Ermitteln einer Partikelfilter-Undichtigkeit in der Abgasleitung auf Grundlage davon, dass ein Regenerations-Zeitintervall kleiner als ein Schwellen-Zeitintervall ist.
3 zeigt ein Verfahren 300 zum Ermitteln, mithilfe eines Vergleichens eines Regenerations-Zeitintervalls eines Metallfilters einer sekundären Durchflussvorrichtung mit einem Schwellen-Zeitintervall, ob ein Partikelfilter in einem Kraftmaschinen-Abgaskanal beeinträchtigt ist (z.B. undicht und/oder verbrannt). Anweisungen zum Durchführen des Verfahrens 300 können durch ein Steuergerät (z.B. das in 1 gezeigte Steuergerät 12) ausgeführt werden, auf Grundlage von Anweisungen, die in einem Speicher des Steuergeräts gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen, die von verschiedenen Sensoren des Kraftmaschinensystems empfangen werden, wie beispielsweise den vorstehend mit Bezug auf 1 und 2 beschriebenen Sensoren. Das Steuergerät kann Kraftmaschinenaktuatoren des Kraftmaschinensystems einsetzen, um gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren einen Kraftmaschinenbetrieb anzupassen.
Das Verfahren 300 kann mit Bezug auf 1 und 2 unter Bezugnahme auf vorstehend beschriebene Komponenten beschrieben werden, insbesondere unter Bezugnahme auf die Kraftmaschine 10, das Steuergerät 12, das Partikelfilter 201, die sekundäre Durchflussanordnung 202 und die Abgasleitung 204.
Das Verfahren 300 beginnt bei 302 mit einem Ermitteln, Schätzen und/oder Messen aktueller Kraftmaschinen-Betriebsparameter. Zu aktuellen Kraftmaschinen-Betriebsparametern können eine Kraftmaschinenlast, eine Kraftmaschinendrehzahl, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, ein Ansaugunterdruck, eine Drosselstellung, ein Abgasdruck und ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis zählen.
Bei 304 beinhaltet das Verfahren 300 ein Ermitteln eines Verhältnisses einer Durchflussrate eines ersten Kanals in einem sekundären Abgaskanal (z.B. einer Durchflussrate Q₁ des ersten Kanals 212 in der sekundären Durchflussanordnung 202) und einer Durchflussrate eines zweiten Kanals in der sekundären Durchflussanordnung (z.B. einer Durchflussrate Q₂ des zweiten Kanals 214 in der sekundären Durchflussanordnung 202). Die Durchflussraten werden mithilfe der Gleichung 1 berechnet, wie vorstehend beschrieben. Das Verhältnis nimmt mit zunehmendem Q₁ und/oder mit abnehmendem Q₂ zu. Daher nimmt das Verhältnis mit abnehmendem Q₁ und/oder zunehmendem Q₂ ab. Wie vorstehend beschrieben, erhält der erste Kanal eine größere Abgasmenge als der zweite Kanal und folglich ist Q₁ größer als Q₂. Ferner nimmt mit zunehmender Rußablagerung auf einem Metallfilter (z.B. dem Metallfilter 224) in dem zweiten Kanal in der sekundären Durchflussanordnung das Verhältnis von Q₁ zu Q₂ zu. Daher kann dieses Durchflussverhältnis verwendet werden, um eine Menge einer Rußbeladung auf einem Metallfilter zu folgern.
Bei 306 beinhaltet das Verfahren 300 ein Ermitteln, ob das Verhältnis größer als ein Schwellenverhältnis ist. Das Schwellenverhältnis kann auf einer gewünschten Durchflussrate durch den zweiten Kanal auf Grundlage von vorstehend ermittelten Kraftmaschinenzuständen beruhen, wobei das Verhältnis in Abhängigkeit von einem Wert des Kraftmaschinenzustands angepasst werden kann. Zum Beispiel kann das Schwellenverhältnis mit zunehmender Kraftmaschinenlast zunehmen. Alternativ kann es sich bei dem Schwellenverhältnis um ein festgelegtes Verhältnis handeln. Das Metallfilter ist möglicherweise nicht verschmutzt oder ist möglicherweise zum Teil verschmutzt (z.B. ist eine Rußbeladung kleiner als eine Schwellen-Rußbeladung), wenn eine Rußbeladung des Metallfilters kleiner als eine Schwellen-Rußbeladung ist und ein Abgasdurchfluss durch das Metallfilter mit einer gewünschten Rate erfolgt (z.B. 0,002 kg/s). Wenn die Rußbeladung die Schwellen-Rußbeladung überschreitet, entsteht ein Gegendruck, der in der Lage ist, Q₂ auf weniger als einen gewünschten Wert zu verringern (d.h. das bei 304 berechnete Verhältnis zu erhöhen).
Wenn das Verhältnis kleiner als das Schwellenverhältnis ist, schreitet das Verfahren 300 fort zu 308, um aktuelle Kraftmaschinenvorgänge aufrechtzuerhalten und mit einem Überwachen des Verhältnisses der Durchflussraten des ersten Kanals und des zweiten Kanals fortzufahren. Das Verfahren 300 hält außerdem einen mit dem Metallfilter elektrisch gekoppelten Schaltkreis offen. Zum Beispiel signalisiert ein Steuergerät 12, den Schalter 228 des in 2 gezeigten Schaltkreises 226 offenzuhalten, sodass keine Regeneration des Metallfilters 224 erfolgt.
Wenn das Verhältnis größer als das Schwellenverhältnis ist, schreitet das Verfahren 300 fort zu 310, um den elektrischen Schaltkreis zu schließen, um das Metallfilter zu regenerieren. Zum Beispiel signalisiert das Steuergerät 12, den Schalter 228 des Schaltkreises 226 in eine geschlossene Stellung zu bewegen, um den Schaltkreis 226 zu vervollständigen. Der Schaltkreis 226 ist in der Lage, Elektrizität durch das Metallfilter 224 zu leiten und das Filter zu regenerieren, wenn der Schaltkreis 226 vollständig (z.B. geschlossen) ist. Wie vorstehend beschrieben, erhitzt sich das Metallfilter durch Schließen des Schalters des Schaltkreises und brennt wirkungsvoll den eingefangenen Ruß von dem Filter ab.
Der Schalter bleibt in der geschlossenen Stellung bis die Regeneration abgeschlossen ist. Eine vollständige Regeneration kann darauf beruhen, dass das Durchflussratenverhältnis kleiner als das zweite Schwellenverhältnis ist. Sobald das Verhältnis niedriger als das zweite Schwellenverhältnis ist, kehrt der Schalter in die offene Stellung zurück, und die Regeneration wird beendet (z.B. fließt nicht länger Elektrizität durch das Metallfilter). Bei einigen Ausführungsformen kann die Regeneration zusätzlich oder alternativ nach einer festgelegten Zeitdauer (z.B. 20 Sekunden) beendet werden. Die Zeitdauer kann auf einer durchschnittlichen Regenerations-Zeitspanne beruhen, die verwendet wird, um das Verhältnis auf unterhalb des Schwellenverhältnisses zu senken. Alternativ kann die Regeneration abgeschlossen sein, sobald das Durchflussratenverhältnis ein zweites Schwellen-Regenerationsverhältnis erreicht, das niedriger als das vorstehend beschriebene Schwellenverhältnis (z.B. das erste Schwellenverhältnis) ist. Das zweite Schwellen-Regenerationsverhältnis ist ein niedrigeres Verhältnis, das einem unbeladenen Filter entspricht, und das Schwellenverhältnis (z.B. bei 306) ist ein höheres Verhältnis, das einem beladenen Filter entspricht.
Bei 312 beinhaltet das Verfahren ein Ermitteln eines Zeitintervalls zwischen einer letzten Regeneration und einer aktuellen Regeneration des Metallfilters. Die letzte Regeneration ist als ein Regenerationsereignis definiert, das direkt vor dem aktuellen Regenerationsereignis aufgetreten ist. Das Zeitintervall kann auf Grundlage einer Zeitdauer zwischen einem Einleiten der letzten Regeneration und einem Einleiten der aktuellen Regeneration (z.B. 120 Minuten) berechnet werden. Ein Zeitintervall kann kleiner als ein vorhergehendes Zeitintervall sein, während ein Partikelfilter in einer Abgasleitung (z.B. das Partikelfilter 201) beeinträchtigt wird und weniger Ruß einfängt. Zum Beispiel entwickeln sich in dem Partikelfilter undichte Stellen, die ermöglichen können, dass eine größere Rußmenge zu dem Metallfilter strömt, was häufigere Regenerationen des Metallfilters zur Folge hat.
Bei 314 ermittelt das Verfahren 300, ob das gemessene Zeitintervall kleiner als ein Schwellen-Zeitintervall ist ist. Das Schwellen-Zeitintervall kann auf einer festgelegten Schwelle (z.B. 200 Minuten), einem letzten gemessenen Zeitintervall oder einem Prozentanteil des letzten gemessenen Zeitintervalls (z.B. 50 % des letzten Zeitintervalls) beruhen. Das Schwellen-Zeitintervall kann ferner auf einer Schwelle beruhen, die anzeigt, dass das Zeitintervall abnimmt und das Metallfilter immer häufiger regeneriert werden muss. Zusätzlich oder alternativ kann das Schwellen-Zeitintervall auf Grundlage von Kraftmaschinen-Betriebsparametern angepasst werden. Zum Beispiel kann das Schwellen-Zeitintervall mit zunehmender Kraftmaschinenlast vermindert werden.
Wenn das Zeitintervall nicht kleiner als das Schwellen-Zeitintervall ist, schreitet das Verfahren 300 fort zu 308, um einen aktuellen Kraftmaschinenbetrieb aufrechtzuerhalten und mit einem Überwachen des Verhältnisses des ersten Kanals und des zweiten Kanals fortzufahren.
Wenn das Zeitintervall kleiner als das Schwellen-Zeitintervall ist, schreitet das Verfahren 300 fort zu 316, um anzuzeigen, dass das Partikelfilter der Abgasleitung stromaufwärts des Metallfilters in der zweiten Durchflussanordnung undicht ist. Ein Anzeigen, dass das Partikelfilter undicht ist, beinhaltet ein Anpassen eines Kraftmaschinenbetriebs und ein Aktivieren einer Anzeigeleuchte 318 (z.B., um einem Fahrzeugführer anzuzeigen, dass das Partikelfilter beeinträchtigt ist und ausgetauscht werden muss).
Zum Beispiel kann ein Steuergerät (z.B. das Steuergerät 12) verschiedenen Aktuatoren einer Kraftmaschine (z.B. der Drossel 62 der Kraftmaschine 10) signalisieren, eine Drehmomentabgabe der Kraftmaschine zu begrenzen, um erzeugtes Abgas zu verringern, um Emissionsstandards einzuhalten. Als ein weiteres Beispiel kann das Verfahren 300 zusätzlich oder alternativ einen Zündzeitpunkt und/oder eine Kraftstoffeinspritzung vorverlegen, ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis erhöhen und/oder AGR erhöhen. Durch Erhöhen eines AGR-Stroms zu einem oder mehreren Zylindern der Kraftmaschine wird eine Verbrennungstemperatur des Gemisches/werden Verbrennungstemperaturen des Gemisches gesenkt, und eine Kraftstoffeinspritzmenge wird möglicherweise vermindert. Dadurch kann eine aus einem oder mehreren Zylindern der Kraftmaschine ausgestoßene Rußmenge vermindert werden.
Bei einer Ausführungsform kann zusätzlich oder alternativ während eines ersten Zustands, wenn Partikelfilter-Regenerationsbedingungen erfüllt sind und als Reaktion darauf, dass das Zeitintervall (z.B. das bei 312 ermittelte Zeitintervall) größer als das Schwellen-Zeitintervall ist, das Partikelfilter in der Kraftmaschinen-Abgasleitung mithilfe einer Spätzündung und/oder einer Verminderung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses regeneriert werden. Während eines zweiten Zustands und als Reaktion darauf, dass das Zeitintervall kleiner als das Schwellen-Zeitintervall ist, kann ein Steuergerät (z.B. das Steuergerät 12) einem Bediener eine Beeinträchtigung des Partikelfilters anzeigen und einen Kraftmaschinen-Aktuator einstellen, um eine Drehmomentabgabe zu verringern.
Auf diese Weise wird durch das Verfahren aus 3 ein Verfahren bereitgestellt, dass ein Umleiten von Abgas aus einem Abgasrohr zu einem parallelen ersten und zweiten Abgasweg außerhalb des Abgasrohrs umfasst, wobei der zweite Abgasweg ein mit einem elektrischen Schaltkreis gekoppeltes Filter aufweist. Das Verfahren beinhaltet ein Anpassen eines Kraftmaschinenbetriebs auf Grundlage eines geschätzten Durchflussratenverhältnisses von Durchflussraten durch den ersten und zweiten Abgasweg. Die Durchflussraten beruhen auf Druckabfällen durch entsprechende Venturi-Röhren des ersten und zweiten Abgaswegs.
4 zeigt eine Betriebssequenz 400, die beispielhafte Ergebnisse für eine mit einer sekundären Durchflussanordnung (z.B. die in 2 gezeigte sekundäre Durchflussanordnung 202) arbeitende Kraftmaschine veranschaulicht. Die Linie 402 stellt dar, ob ein Metallfilter der sekundären Durchflussanordnung regeneriert wird, die Linie 404 stellt ein Verhältnis von Durchflussraten der sekundären Durchflussanordnung dar (z.B. Q₁ : Q₂, wie vorstehend beschrieben), die gestrichelte Linie 405 stellt ein Schwellen-Regenerations-Durchflussratenverhältnis dar, und die gestrichelte Linie 406 stellt ein Schwellen-Durchflussratenverhältnis dar, die Linie 408 stellt dar, ob ein mit der sekundären Durchflussanordnung strömungsverbundenes und stromaufwärts von dieser gelegenes Partikelfilter in einem Abgasrohr beeinträchtigt ist, und die Linie 410 stellt eine Metallfilter-Rußbeladung 410 dar, und die Linie 412 stellte eine Schwellen-Rußbeladung des Metallfilters dar. Die Doppelpfeile 11, 12 und 13 stellen gemessene Zeitintervalle zwischen einer letzten Regeneration und einer aktuellen Regeneration des Metallfilters dar. Die Horizontalachsen jeder Kurvendarstellung stellen Zeit dar, und die Zeit nimmt von der linken Seite der Figur zu der rechten Seite der Figur hin zu.
4 ist ihrem Wesen nach veranschaulichend, und Zeitintervalle zwischen Regenerationen des Metallfilters können größer oder kleiner als die gezeigten Zeitintervalle sein. Zusätzlich oder alternativ kann eine Beeinträchtigung des Partikelfilters in dem Abgasrohr oberhalb einer zurückgelegten Schwellen-Wegstrecke (z.B. 25.000 Meilen) auftreten.
Vor t1 wird das Metallfilter nicht regeneriert, wie durch die Linie 402 gezeigt. Das Durchflussratenverhältnis der sekundären Durchflussanordnung ist kleiner als das Schwellen-Durchflussraten-Durchflussratenverhältnis, wie die Linien 404 bzw. 406 zeigen. Das Partikelfilter, das sich in dem Abgasrohr befindet, ist nicht beeinträchtigt, wie Linie 408 zeigt. Die Rußbeladung des Metallfilters ist relativ niedrig und unterhalb der Schwellen-Rußbeladung, wie die Linien 410 und 412 zeigen. Wie gezeigt, sind das Durchflussratenverhältnis und die Rußbeladung des Metallfilters im Wesentlichen identisch, da das Durchflussratenverhältnis mit zunehmender Rußbeladung des Metallfilters zunimmt, wie vorstehend beschrieben. Daher hängt das Durchflussratenverhältnis des zweiten Abgaskanals von der Rußbeladung des Metallfilters ab. Sowohl das Durchflussratenverhältnis als auch die Rußbeladung des Metallfilters nehmen zu. Daher kann das Durchflussratenverhältnis als ein Indikator für eine Rußbeladung des Filters verwendet werden.
Bei t1 überschreitet die Rußbeladung des Metallfilters die Schwellen-Rußbeladung, und das Durchflussratenverhältnis überschreitet die Schwellen-Durchflussrate. Als Reaktion schließt sich ein Schalter eines elektrisch mit dem Metallfilter gekoppelten Schaltkreises, um eine Regeneration des Metallfilters einzuleiten. Das Partikelfilter in dem Abgasrohr ist nicht beeinträchtigt.
Nach t1 und vor t2 geht die Regeneration des Metallfilters weiter. Während sich das Filter regeneriert, wird Ruß von dem Filter abgebrannt, und folglich nehmen das Durchflussratenverhältnis und die Rußbeladung ab. Wie vorstehend beschrieben, kann die Regeneration nach einer vorgegebenen Zeitspanne beendet werden, oder sie kann aufgrund davon beendet werden, dass das Durchflussratenverhältnis auf unterhalb des Schwellen-Regenerations-Durchflussratenverhältnisses abnimmt, wie bei 405 gezeigt, das niedriger ist als das bei 406 gezeigte Schwellen-Durchflussratenverhältnis. Bei dem Beispiel der Betriebssequenz 400 erfolgt die Regeneration für eine vorgegebene Zeitspanne (z.B. 20 Sekunden). Während die Regeneration erfolgt, nehmen das Durchflussratenverhältnis und die Rußbeladung des Metallfilters jeweils auf eine relativ niedrige Rate und Beladung ab. Das Partikelfilter in dem Abgasrohr ist nicht beeinträchtigt.
Bei t2 wird die Regeneration des Metallfilters mithilfe eines Bewegens des Schalters des elektrischen Schaltkreises in eine offene Stellung beendet, wie vorstehend beschrieben. Die Partikelbeladung des Metallfilters beginnt zuzunehmen (z.B. wird Ruß auf dem Metallfilter eingefangen, ohne verbrannt zu werden). Außerdem beginnt das Durchflussratenverhältnis zuzunehmen. Das Partikelfilter in dem Abgasrohr ist nicht beeinträchtigt.
Nach t2 und vor t3 nehmen das Durchflussratenverhältnis und die Rußbeladung des Metallfilters weiter auf ein relativ hohes Verhältnis bzw. eine relativ hohe Beladung zu. Die Regeneration bleibt beendet. Das Partikelfilter in dem Abgasrohr ist nicht beeinträchtigt.
Bei t3 überschreitet die Rußbeladung des Metallfilters die Schwellen-Rußbeladung, und das Durchflussratenverhältnis überschreitet die Schwellen-Durchflussrate. Als Reaktion wird eine Regeneration des Metallfilters eingeleitet. Während des Verlaufs der Metallfilterregeneration wird das Zeitintervall zwischen dem Start der aktuellen Metallfilterregeneration und dem Start der letzten Metallfilterregeneration gemessen, wie durch I1 gezeigt. Durch I1 wird ein Zeitintervall zwischen t1 und t3 gemessen. Wenn das Zeitintervall kleiner als ein Schwellen-Zeitintervall ist, kann das Partikelfilter des Abgasrohrs beeinträchtigt sein, wie vorstehend beschrieben. Bei diesem Beispiel ist I1 größer als das Schwellen-Zeitintervall (z.B. zwei Drittel einer vorhergehenden Regeneration), und das Partikelfilter in dem Abgasrohr ist nicht beeinträchtigt. Das Zeitintervall aus dem Beispiel aus der Figur wird als eine Schwellen-Zeitspanne gezeigt. Wie vorstehend beschrieben, kann das Zeitintervall auf Grundlage von Kraftmaschinenzuständen variieren oder kann auf vorhergehenden Zeitintervallen zwischen nachfolgenden Regenerationen beruhen.
Nach t3 und vor t4 geht die Regeneration des Metallfilters weiter. Während die Regeneration erfolgt, nehmen das Durchflussratenverhältnis und die Rußbeladung des Metallfilters auf eine relativ niedrige Rate bzw. eine relativ niedrige Ladung ab.
Bei t4 wird die Regeneration des Metallfilters aufgrund davon, dass das Durchflussratenverhältnis kleiner als das Schwellen-Regenerations-Durchflussratenverhältnis ist, mithilfe eines Bewegens des Schalters des elektrischen Schaltkreises in eine offene Stellung beendet, wie vorstehend beschrieben. Die Partikelbeladung des Metallfilters beginnt zuzunehmen (z.B. wird Ruß auf dem Metallfilter eingefangen, ohne verbrannt zu werden). Außerdem beginnt das Durchflussratenverhältnis zuzunehmen.
Nach t4 und vor t5 nehmen das Durchflussratenverhältnis und die Rußbeladung des Metallfilters weiter auf ein relativ hohes Verhältnis bzw. eine relativ hohe Beladung zu. Die Regeneration bleibt beendet.
Bei t5 überschreitet die Rußbeladung des Metallfilters die Schwellen-Rußbeladung, und das Durchflussratenverhältnis überschreitet die Schwellen-Durchflussrate. Als Reaktion wird eine Regeneration des Metallfilters eingeleitet. I2 wird ähnlich wie bei der Messung von I1 gemessen, abgesehen davon, dass ein Zeitintervall zwischen t5 und t3 gemessen wird. I2 ist größer als das Schwellen-Zeitintervall, und das Partikelfilter in dem Abgasrohr ist nicht beeinträchtigt.
Nach t5 und vor t6 geht die Regeneration des Metallfilters weiter. Während die Regeneration erfolgt, nehmen das Durchflussratenverhältnis und die Rußbeladung des Metallfilters auf eine relativ niedrige Rate bzw. eine relativ niedrige Beladung ab.
Bei t6 wird die Regeneration des Metallfilters mithilfe eines Bewegens des Schalters des Schaltkreises in eine offene Stellung beendet, als Reaktion darauf, dass das Durchflussratenverhältnis auf unterhalb des Schwellen-Durchflussratenverhältnisses abnimmt, wie vorstehend beschrieben. Die Partikelbeladung des Metallfilters beginnt zuzunehmen (z.B. wird Ruß auf dem Metallfilter eingefangen, ohne verbrannt zu werden). Außerdem beginnt das Durchflussratenverhältnis zuzunehmen.
Nach t6 und vor t7 nehmen das Durchflussratenverhältnis und die Rußbeladung des Metallfilters weiter auf ein relativ hohes Verhältnis bzw. eine relativ hohe Beladung zu. Die Regeneration bleibt beendet.
Bei t7 überschreitet die Rußbeladung des Metallfilters die Schwellen-Rußbeladung, und das Durchflussratenverhältnis überschreitet die Schwellen-Durchflussrate. Als Reaktion wird eine Regeneration des Metallfilters eingeleitet. I3 misst ein Zeitintervall zwischen t7 und t5. I3 ist kleiner als das Schwellen-Zeitintervall, und daher ist das Partikelfilter in dem Abgasrohr beeinträchtigt, wie durch die Linie 408 gezeigt. Ein Steuergerät kann als Reaktion darauf, dass das Zeitintervall bis auf unterhalb des Schwellen-Zeitintervalls abnimmt, eine Beeinträchtigung des Partikelfilters anzeigen, das stromaufwärts des parallelen ersten und zweiten Abgaswegs in dem Abgasrohr angeordnet ist. Darüber hinaus kann das Steuergerät (z.B. das Steuergerät 12) einen Kraftmaschinenbetrieb als Reaktion auf das beeinträchtigte Partikelfilter anpassen. Die Anpassungen können ein Einschalten einer Anzeigeleuchte und/oder ein Begrenzen einer Drehmomentabgabe des Fahrzeugs beinhalten, wie vorstehend mit Bezug auf 3 beschrieben.
Nach t7 und vor t8 geht die Regeneration des Metallfilters weiter. Während die Regeneration erfolgt, nehmen das Durchflussratenverhältnis und die Rußbeladung des Metallfilters auf eine relativ niedrige Rate bzw. eine relativ niedrige Beladung ab. Das Partikelfilter in dem Abgasrohr bleibt beeinträchtigt.
Bei t8 wird die Regeneration des Metallfilters mithilfe eines Bewegens des Schalters des Schaltkreises in eine offene Stellung beendet, als Reaktion darauf, dass das Durchflussratenverhältnis auf unterhalb des Schwellen-Durchflussratenverhältnisses abnimmt, wie vorstehend beschrieben. Aufgrund der Anpassungen, die das Steuergerät vorgenommen hat, um einen Rußausstoß zu vermindern, bleibt die Partikelbeladung des Metallfilters niedrig. Daher bleibt das Durchflussratenverhältnis niedrig.
Nach t8 werden die Anpassungen beibehalten, und die Beladung des Metallfilters und das Durchflussratenverhältnis bleiben auf relativ niedrigen Werten. Das Partikelfilter in dem Abgasrohr bleibt beeinträchtigt.
Auf diese Weise, durch Umleiten eines Abgasanteils von einer Abgasleitung zu einer sekundären Durchflussanordnung, kann ein Metallfilter in der sekundären Durchflussanordnung verwendet werden, um eine Beeinträchtigung eines Partikelfilters in der Abgasleitung stromaufwärts der sekundären Durchflussanordnung zu ermitteln. Außerdem wird im Vergleich zu einer Platzierung in der Abgasleitung durch ein Platzieren des Metallfilters in der sekundären Durchflussanordnung eine Gleichmäßigkeit der Ablagerung auf dem Metallfilter verbessert. Auf diese Weise wird eine Empfindlichkeit des Metallfilters erhöht, und das Partikelfilter in der Abgasleitung kann genauer als beeinträchtigt oder nicht beeinträchtigt ermittelt werden. Die technische Wirkung eines Leitens von Abgas zu der sekundären Durchflussanordnung in Richtung auf ein Metallfilter besteht darin, einen Zustand eines Partikelfilters (z.B. beeinträchtigt oder nicht beeinträchtigt) zu ermitteln, um einem Emissionsstandard zu entsprechen. Ein Durchflussratenverhältnis kann für Abgas ermittelt werden, das durch einen ersten Kanal ohne ein Metallfilter und einen zweiten Kanal mit einem Metallfilter in der sekundären Durchflussanordnung strömt. Aus dem Durchflussratenverhältnis lässt sich möglicherweise eine Rußbeladung des Metallfilters folgern, und wenn das Durchflussratenverhältnis kleiner als ein Schwellen-Durchflussratenverhältnis ist, ist das Metallfilter möglicherweise vollständig mit Ruß beladen und benötigt eine Regeneration. Da eine ungleichmäßige Rußablagerung auf dem Rußsensor zu ungenauen Ermittlungen eines Zustands des Partikelfilters in der Abgasleitung führt, ist ein Messen des Durchflussratenverhältnisses möglicherweise genauer als eine Verwendung eines Rußsensors. Mit einem abnehmenden Zeitintervall zwischen einem Einleiten nachfolgender Regenerationen kann das Partikelfilter in der Abgasleitung als beeinträchtigt angezeigt werden.
Ein Verfahren umfasst ein Umleiten von Abgas aus einem Abgasrohr zu einem parallelen ersten und zweiten Abgasweg außerhalb des Abgasrohrs. Der zweite Abgasweg weist ein mit einem elektrischen Schaltkreis gekoppeltes Filter auf. Anpassen des Kraftmaschinenbetriebs basiert auf einem geschätzten Abgas-Durchflussratenverhältnis von Durchflussraten durch den ersten und zweiten Abgasweg, wobei die Durchflussraten auf Druckabfällen durch entsprechende Venturi-Röhren des ersten und zweiten Abgaswegs beruhen. Das Verfahren umfasst ferner ein Regenerieren des Filters als Reaktion darauf, dass das geschätzte Abgas-Durchflussratenverhältnis größer als ein Schwellenverhältnis ist. Alternativ oder zusätzlich beinhaltet ein Regenerieren des Filters ein Schließen eines Schalters des elektrischen Schaltkreises und ein Leiten von Elektrizität durch das Filter. Ein Anpassen des Kraftmaschinenbetriebs beruht ferner darauf, dass ein Zeitintervall zwischen einem nachfolgenden ersten und zweiten Regenerationsereignis des Filters kürzer als ein Schwellen-Zeitintervall ist. Das Zeitintervall wird von einem Einleiten des ersten Regenerationsereignisses bis zu einem Einleiten des zweiten Regenerationsereignisses gemessen. Das Verfahren beinhaltet zusätzlich oder alternativ ferner ein Anzeigen einer Beeinträchtigung eines Partikelfilters, das stromaufwärts des parallelen ersten und zweiten Abgaswegs in dem Abgasrohr angeordnet ist, als Reaktion darauf, dass das Zeitintervall bis auf unterhalb des Schwellen-Zeitintervalls abnimmt.
Das Verfahren beinhaltet zusätzlich oder alternativ ferner, dass das Abgasrohr über ein Einlassrohr und ein Auslassrohr des ersten und zweiten Abgaswegs mit dem ersten und zweiten Abgasweg strömungsverbunden ist. Das Einlassrohr umfasst ein oder mehrere Löcher in einem Abschnitt des Einlassrohrs, der in einem Inneren des Abgasrohrs angeordnet ist, und eine Gabelung an einem außerhalb des Abgasrohrs angeordneten Abschnitt des Einlassrohrs. Der erste Abgasweg ist näher bei dem Abgasrohr positioniert als der zweite Abgasweg, wobei der erste Abgasweg und der zweite Abgasweg parallel zu dem Abgasrohr sind, wobei der erste Abgasweg und der zweite Abgasweg jeweils einen Venturi-Kanal umfassen, und wobei eine Geometrie des ersten und zweiten Abgaswegs im Wesentlichen dieselbe ist. Der erste und zweite Abgasweg umfassen jeweils einen Drucksensor, der stromaufwärts des entsprechenden Venturi-Kanals angeordnet ist und umfassen ferner ein Schätzen des geschätzten Abgas-Durchflussratenverhältnisses von Durchflussraten durch den ersten und zweiten Abgasweg auf Grundlage eines ersten Drucks stromaufwärts eines ersten Venturi-Kanals des ersten Abgaswegs und eines zweiten Drucks stromaufwärts eines zweiten Venturi-Kanals des zweiten Abgaswegs.
Ein Verfahren umfasst ein Anpassen eines Kraftmaschinenbetriebs auf Grundlage einer Beeinträchtigung eines Partikelfilters in einer Kraftmaschinen-Abgasleitung. Die Beeinträchtigung wird auf Grundlage eines Zeitintervalls zwischen einer ersten Regeneration und einer zweiten Regeneration eines metallischen Filters ermittelt, das in einem von zwei parallelen Kanälen positioniert ist, die mit der Kraftmaschinen-Abgasleitung gekoppelt und außerhalb von ihr positioniert sind. Die zwei parallelen Kanäle sind stromabwärts des Partikelfilters positioniert und weisen jeweils einen Venturi-Kanal auf. Ein Einlass und Auslass der zwei parallelen Kanäle sind mit der Kraftmaschinen-Abgasleitung stromabwärts des Partikelfilters gekoppelt, und wobei zu den zwei parallelen Kanälen ein erster Kanal mit einem ersten Venturi-Kanal und ein zweiter Kanal mit einem zweiten Venturi-Kanal zählen. Der erste Kanal ist relativ zu dem zweiten Kanal proximal der Kraftmaschinen-Abgasleitung angeordnet, und wobei der zweite Kanal relativ zu dem ersten Kanal distal zu der Kraftmaschinen-Abgasleitung angeordnet ist. Der zweite Kanal weist das metallische Filter auf, wobei das metallische Filter stromabwärts des zweiten Venturi-Kanals positioniert ist. Zusätzlich oder alternativ erfolgt ein Regenerieren des metallischen Filters als Reaktion darauf, dass ein Abgasdurchflussverhältnis einer ersten Durchflussrate durch den ersten Kanal und einer zweiten Durchflussrate durch den zweiten Kanal größer als ein Schwellen-Abgasdurchflussverhältnis ist. Das metallische Filter ist über einen Innendurchmesser des zweiten Kanals angeordnet und umfasst ferner ein Ermitteln der ersten Durchflussrate auf Grundlage eines Druckabfalls über den ersten Venturi-Kanal und ein Ermitteln der zweiten Durchflussrate auf Grundlage eines Druckabfalls über den zweiten Venturi-Kanal.
Das Verfahren beinhaltet zusätzlich oder alternativ einen ersten Zustand, wenn Partikelfilter-Regenerationsbedingungen erfüllt sind, und als Reaktion darauf, dass das Zeitintervall größer als ein Schwellen-Zeitintervall ist, ein Regenerieren des Partikelfilters in der Kraftmaschinen-Abgasleitung mithilfe einer Spätzündung und/oder einer Verminderung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, wenn Partikelfilter-Regenerationsbedingungen erfüllt sind. Während eines zweiten Zustands und als Reaktion darauf, dass das Zeitintervall kleiner als das Schwellen-Zeitintervall ist, Anzeigen einer Beeinträchtigung des Partikelfilters gegenüber einem Bediener und Einstellen eines Kraftmaschinen-Aktuators, um eine Drehmomentabgabe zu verringern.
Ein System umfasst eine Abgasleitung mit einem Partikelfilter, einem außerhalb der Abgasleitung positionierten gegabelten Kanal, wobei ein Einlass und Auslass des gegabelten Kanals mit der Abgasleitung stromabwärts des Partikelfilters gekoppelt sind, wobei der gegabelte Kanal zu einer parallelen ersten und zweiten Röhre führt, wobei die zweite Röhre ein mit einem elektrischen Schaltkreis gekoppeltes zweites Filter aufweist, und ein Steuergerät mit darauf gespeicherten computerlesbaren Anweisungen zum Schätzen eines Abgas-Durchflussratenverhältnisses von Durchflussraten durch die erste Röhre und die zweite Röhre, Regenerieren des zweiten Filters, wenn das Abgas-Durchflussratenverhältnis größer als ein Schwellenverhältnis ist, und Anpassen eines Kraftmaschinenbetriebs auf Grundlage davon, dass eine Zeitdifferenz zwischen nachfolgenden Regenerationen des zweiten Filters kleiner als eine Schwellen-Zeitdifferenz ist. Das Filter ist ein Metallfilter, und der elektrische Schaltkreis weist einen Schalter auf, und wobei ein Regenerieren des zweiten Filters ein Schließen des Schalters beinhaltet, um eine Temperatur des zweiten Filters zu erhöhen und Ruß von dem zweiten Filter abzubrennen. Die erste Röhre und zweite Röhre umfassen jeweils einen Venturi-Kanal, und wobei das zweite Filter stromabwärts eines zweiten Venturi-Kanals der zweiten Röhre angeordnet ist.
Zu beachten ist, dass die hier enthaltenen beispielhaften Steuerungs- und Schätzroutinen mit verschiedenen Kraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemausgestaltungen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerungsverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher gespeichert sein und können durch das Steuersystem ausgeführt werden, zu dem das Steuergerät in Verbindung mit den verschiedenen Sensoren, Aktuatoren und anderer Kraftmaschinenhardware zählt. Die hier beschriebenen speziellen Routinen können eine oder mehrere aus einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien darstellen wie beispielsweise ereignisgesteuerte, interruptgesteuerte, Multitasking-, Multithreading-Verarbeitungsstrategien und dergleichen. Daher können verschiedene veranschaulichte Aktionen, Operationen und/oder Funktionen in der veranschaulichten Reihenfolge oder parallel ausgeführt werden oder in einigen Fällen entfallen. In ähnlicher Weise ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern dient zur Vereinfachung der Veranschaulichung und Beschreibung. In Abhängigkeit von der speziellen angewendeten Strategie können eine oder mehrere der veranschaulichten Aktionen, Operationen und/oder Funktionen wiederholt ausgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Aktionen, Operationen und/oder Funktionen grafisch Code repräsentieren, der in nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Kraftmaschinensteuersystem programmiert werden soll, wo die beschriebenen Aktionen durch Ausführen der Anweisungen in einem System durchgeführt werden, zu dem die verschiedenen Hardwarekomponenten der Kraftmaschine in Verbindung mit dem elektronischen Steuergerät zählen.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Ausgestaltungen und Routinen ihrem Wesen nach beispielhaft sind, und dass diese speziellen Ausführungsformen nicht als einschränkend betrachtet werden sollen, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehend dargelegte Technologie auf V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, 4-Zylinder-Boxermotor- sowie andere Kraftmaschinentypen angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Teilkombinationen der verschiedenen Systeme und Ausgestaltungen sowie andere hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
Durch die folgenden Ansprüche werden insbesondere bestimmte als neuartig und nicht offensichtlich angesehene Kombinationen und Teilkombinationen aufgezeigt. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder etwas Gleichwertiges beziehen. Derartige Ansprüche sollten so aufgefasst werden, dass sie ein Einbeziehen eines oder mehrerer solcher Elemente einschließen, ohne dass zwei oder mehr derartige Elemente erforderlich oder ausgeschlossen sind. Weitere Kombinationen und Teilkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Ergänzen der vorliegenden Ansprüche oder durch Darlegen neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche werden unabhängig davon, ob sie im Verhältnis zu den ursprünglichen Ansprüchen hinsichtlich des Schutzbereichs weiter, enger, gleichwertig oder anders abgefasst sind, als ebenfalls in den Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.

Claims

Verfahren, umfassend: Umleiten von Abgas aus einem Abgasrohr (204) zu einem parallelen ersten (212) und zweiten Abgasweg (214) außerhalb des Abgasrohrs (204), wobei der zweite Abgasweg (214) ein mit einem elektrischen Schaltkreis (226) gekoppeltes Filter (224) aufweist, und Anpassen eines Kraftmaschinenbetriebs auf Grundlage eines geschätzten Abgas-Durchflussratenverhältnisses von Durchflussraten durch den ersten (212) und zweiten Abgasweg (214), wobei die Durchflussraten auf Druckabfällen durch entsprechende Venturi-Röhren (220, 222) des ersten (212) und zweiten Abgaswegs (214) beruhen.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassed Regenerieren des Filters (224) als Reaktion darauf, dass das geschätzte Abgas-Durchflussratenverhältnis größer als ein Schwellenverhältnis ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei Regenerieren des Filters (224) Schließen eines Schalters (228) des elektrischen Schaltkreises (226) und Leiten von Elektrizität durch das Filter (224) beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei Anpassen eines Kraftmaschinenbetriebs ferner darauf beruht, dass ein Zeitintervall zwischen einem nachfolgenden ersten und zweiten Regenerationsereignis des Filters (224) kleiner als ein Schwellen-Zeitintervall ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei das Zeitintervall von einem Einleiten des ersten Regenerationsereignisses bis zu einem Einleiten des zweiten Regenerationsereignisses gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, ferner umfassend, als Reaktion darauf, dass das Zeitintervall bis auf unterhalb des Schwellen-Zeitintervalls abnimmt, ein Anzeigen einer Beeinträchtigung eines Partikelfilters (201), das stromaufwärts des parallelen ersten (212) und zweiten Abgaswegs (214) in dem Abgasrohr (204) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Abgasrohr (204) über ein Einlassrohr (206) und ein Auslassrohr des ersten (232) und zweiten Abgaswegs (234) mit dem ersten (212) und zweiten Abgasweg (214) strömungsverbunden ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Einlassrohr (206) ein oder mehrere Löcher (208) in einem Abschnitt des Einlassrohrs (206), der in einem Inneren des Abgasrohrs (204) angeordnet ist, und eine Gabelung an einem außerhalb des Abgasrohrs (204) angeordneten Abschnitt des Einlassrohrs (206) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Abgasweg (212) näher an dem Abgasrohr (204) positioniert ist als der zweite Abgasweg (214), wobei der erste Abgasweg (212) und der zweite Abgasweg (214) jeweils parallel zu dem Abgasrohr (204) sind, wobei der erste Abgasweg (212) und der zweite Abgasweg (214) jeweils einen Venturi-Kanal umfassen, und wobei eine Geometrie des ersten (212) und zweiten Abgaswegs (214) im Wesentlichen dieselbe ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der erste (212) und zweite Abgasweg (214) jeweils einen Drucksensor umfassen, der stromaufwärts des entsprechenden Venturi-Kanals angeordnet ist, und wobei das Verfahren ferner ein Schätzen des geschätzten Abgas-Durchflussratenverhältnisses von Durchflussraten durch den ersten (212) und zweiten Abgasweg (214) auf Grundlage eines ersten Drucks stromaufwärts eines ersten Venturi-Kanals (220) des ersten Abgaswegs (212) und eines zweiten Drucks stromaufwärts eines zweiten Venturi-Kanals (222) des zweiten Abgaswegs (214) umfasst.
Verfahren, umfassend: Anpassen eines Kraftmaschinenbetriebs auf Grundlage einer Beeinträchtigung eines Partikelfilters (201) in einer Kraftmaschinen-Abgasleitung (204), wobei die Beeinträchtigung auf Grundlage eines Zeitintervalls zwischen einer ersten Regeneration und einer zweiten Regeneration eines metallischen Filters (224) ermittelt wird, das in einem von zwei parallelen Kanälen (212, 214) positioniert ist, die mit der Kraftmaschinen-Abgasleitung (204) gekoppelt und außerhalb von dieser positioniert sind, wobei die zwei parallelen Kanäle (212, 214) stromabwärts des Partikelfilters (201) positioniert sind und jeweils einen Venturi-Kanal (220, 222) aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei ein Einlass (206) und Auslass (236) der zwei parallelen Kanäle mit der Kraftmaschinen-Abgasleitung (204) stromabwärts des Partikelfilters (201) gekoppelt sind, und wobei zu den zwei parallelen Kanälen ein erster Kanal (212) mit einem ersten Venturi-Kanal (220) und ein zweiter Kanal (214) mit einem zweiten Venturi-Kanal (222) zählen.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der erste Kanal (212) relativ zu dem zweiten Kanal (214) proximal der Kraftmaschinen-Abgasleitung (204) angeordnet ist, und wobei der zweite Kanal (214) relativ zu dem ersten Kanal (212) distal der Kraftmaschinen-Abgasleitung (204) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei der zweite Kanal (214) das metallische Filter (224) aufweist, wobei das metallische Filter (224) stromabwärts des zweiten Venturi-Kanals (222) positioniert ist.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend Regenerieren des metallischen Filters (224) als Reaktion darauf, dass ein Abgasdurchflussverhältnis einer ersten Durchflussrate durch den ersten Kanal (212) und einer zweiten Durchflussrate durch den zweiten Kanal (214) größer als ein Schwellen-Abgasdurchflussverhältnis ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das metallische Filter (224) über einen Innendurchmesser des zweiten Kanals (214) angeordnet ist und das Verfahren ferner Ermitteln der ersten Durchflussrate auf Grundlage eines Druckabfalls über den ersten Venturi-Kanal (220) und Ermitteln der zweiten Durchflussrate auf Grundlage eines Druckabfalls über den zweiten Venturi-Kanal (222) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, ferner umfassend: Während eines ersten Zustands, wenn Partikelfilter-Regenerationsbedingungen erfüllt sind, und als Reaktion darauf, dass das Zeitintervall größer als ein Schwellen-Zeitintervall ist, Regenerieren des Partikelfilters (201) in der Kraftmaschinen-Abgasleitung (204) mithilfe einer Spätzündung und/oder einer Verminderung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses, wenn Partikelfilter-Regenerationsbedingungen erfüllt sind, und während eines zweiten Zustands und als Reaktion darauf, dass das Zeitintervall kleiner als das Schwellen-Zeitintervall ist, Anzeigen einer Beeinträchtigung des Partikelfilters (201) gegenüber einem Bediener und Einstellen eines Kraftmaschinen-Aktuators, um eine Drehmomentabgabe zu verringern.
System (200), umfassend: eine Abgasleitung (204), die ein Partikelfilter (201) umfasst; einen gegabelten Kanal, der außerhalb der Abgasleitung (204) positioniert ist, wobei ein Einlass (206) und Auslass (236) des gegabelten Kanals mit der Abgasleitung (204) stromabwärts des Partikelfilters (201) gekoppelt sind, wobei der gegabelte Kanal zu einer parallelen ersten (212) und zweiten Röhre (214) führt, wobei die zweite Röhre (214) ein zweites Filter (224) aufweist, das mit einem elektrischen Schaltkreis (226) gekoppelt ist, und ein Steuergerät (12) mit darauf gespeicherten computerlesbaren Anweisungen zum: Schätzen eines Abgas-Durchflussratenverhältnisses von Durchflussraten durch die erste Röhre (212) und die zweite Röhre (214), Regenerieren des zweiten Filters (224), wenn das Abgas-Durchflussratenverhältnis größer als ein Schwellenverhältnis ist, und Anpassen eines Kraftmaschinenbetriebs auf Grundlage davon, dass eine Zeitdifferenz zwischen nachfolgenden Regenerationen des zweiten Filters (224) kleiner als eine Schwellen-Zeitdifferenz ist; wobei die erste Röhre (212) und zweite Röhre (214) jeweils einen Venturi-Kanal umfassen, und wobei das zweite Filter (224) stromabwärts eines zweiten Venturi-Kanals (222) der zweiten Röhre (214) angeordnet ist.
System nach Anspruch 18, wobei das zweite Filter (224) ein Metallfilter (224) ist und der elektrische Schaltkreis (226) einen Schalter (228) aufweist, und wobei Regenerieren des zweiten Filters (224) Schließen des Schalters (228) beinhaltet, um eine Temperatur des zweiten Filters (224) zu erhöhen und Ruß von dem zweiten Filter (224) abzubrennen.