DE102017001174A1

DE102017001174A1 - Verfahren und system für detektion von partikelfilterlecken

Info

Publication number: DE102017001174A1
Application number: DE102017001174.5A
Authority: DE
Inventors: Xiaogang Zhang
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-02-11
Filing date: 2017-02-08
Publication date: 2017-08-17
Also published as: RU2017102243A; RU2017102243A3; CN107060970A; CN107060970B

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme zum Ermitteln von Degradation eines Partikelfilters in einer Abgasleitung vorgesehen. In einem Beispiel kann ein Verfahren das Umleiten von Abgas zu einer sekundären Rußsensorbaugruppe, die einen zweiten Filter stromabwärts eines ersten Filters umfasst, und das Ermitteln von Degradation beruhend auf Zeitintervallen zwischen folgenden Filterregenerationen des zweiten Filters in der sekundären Rußsensorbaugruppe umfassen.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung ist eine Teilfortsetzung der am 13. Oktober 2015 eingereichten U.S.-Patentanmeldung Nr. 14/882,164 mit dem Titel ”METHOD AND SYSTEM FOR PARTICULATE FILTER LEAKAGE DETECTION”, deren gesamter Inhalt hiermit durch Bezugnahme für alle Zwecke aufgenommen ist.
Gebiet
Die vorliegende Beschreibung betrifft allgemein die Auslegung und Nutzung von Sensoren zum Diagnostizieren eines Dieselpartikelfilters (DPF).
Hintergrund/Zusammenfassung
Motorverbrennung kann Partikelmaterial (PM) (etwa Ruß und Aerosole) erzeugen, die an die Atmosphäre abgelassen werden können. Um die Einhaltung von Emissionsgrenzwerten zu ermöglichen, können in dem Motorabgas Partikelmaterialfilter, etwa Dieselpartikelfilter (DPFs) oder Benzinpartikelfilter (GPFs), aufgenommen werden, um Abgas-PMs vor dem Freisetzen des Abgases an die Atmosphäre herauszufiltern. Ferner können ein oder mehrere Rußsensoren genutzt werden, um die DPFs zu diagnostizieren, und diese Rußsensoren können stromaufwärts und/oder stromabwärts des DPF angeschlossen werden.
Somit wurden verschiedene Arten von Rußsensoren entwickelt, um Rußerzeugung und -freisetzung zu erfassen. Ein von Paterson in US 8,310,249 gezeigtes beispielhaftes Vorgehen offenbart Rußsensoren, die Partikelmaterial an geladenen Elektroden sammeln. Der Rußsensor umfasst gegenüberliegende Elektroden, die durch einen Isolator mit einem Abstand dazwischen getrennt sind, um Fließen von Strom zu verhindern. Wenn sich Rußpartikel an dem Sensor zu sammeln beginnen, wird zwischen den Elektroden eine Brücke erzeugt, die Strom fließen lässt. Die Änderung des Stroms wird als Hinweis auf Rußablagerung genutzt. Zusätzlich zu elektrodenbasierten Sensoren wurden auch druckbasierte Rußsensoren entwickelt. Wie zum Beispiel von Sun et al. in US 8,209,962 beschrieben wird, kann ein Differenzdruck über einem Partikelfilter zum Überwachen von Filterleistung genutzt werden. Wenn darin der Differenzdruck kleiner als ein Schwellenwert ist, kann in dem Partikelfilter ein Leck ermittelt werden.
Die vorliegenden Erfinder haben jedoch bei den vorstehenden Vorgehensweisen mögliche Nachteile erkannt. Zum Beispiel kann es aufgrund einer verzerrten Strömungsverteilung über der Sensorfläche zu einer ungleichmäßigen oder geringen Rußablagerung an der Oberfläche kommen, was zu ungenauen Spannungs- und Strommesswerten über den Spalt führt. Zusätzlich kann es bei manchen Sensorauslegungen aufgrund eines großen Strömungsaufpralls auf die Oberfläche schwierig sein, Sensorregenerationstemperaturen zu erreichen. Des Weiteren können die Sensoren aufgrund des Aufpralls von großen Dieselpartikeln oder Wassertropfen auf die Oberfläche von Sensorelektroden kontaminiert werden. Eine Kontamination des Sensors und Beeinträchtigung der Sensorergebnisse kann auch durch Eindringen der großen Dieselpartikel oder Wassertropfen in das Innenschutzrohr der Sensoren hervorgerufen werden. Die vorliegenden Erfinder haben eine Vorgehensweise ausgemacht, durch welche die vorstehend beschriebenen Probleme zumindest teilweise gelöst werden können.
Ein beispielhaftes Verfahren umfasst das Strömen von Abgas von stromabwärts eines ersten Filters hin zu jeweils einem ersten Drucksensor, der an einer ersten Stelle in einem Abgasrohr angeschlossen ist, und einem zweiten Drucksensor, der an einer zweiten Stelle in einem Kanal außerhalb des Abgasrohrs angeschlossen ist, wobei der Kanal einen zweiten Filter umfasst, der mit einem Stromkreis gekoppelt ist und beruhend auf einem Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationen des zweiten Filters Anzeigen einer Degradation des ersten Filters. Der erste Filter kann ein Diesel- oder Benzinpartikelmaterialfilter mit einer ersten, höheren Rußkapazität sein, und der zweite Filter kann ein Metallfilter mit einer zweiten, niedrigeren Rußkapazität sein. Auf diese Weise kann eine DPF-Diagnose mit größerer Genauigkeit und Zuverlässigkeit durchgeführt werden, ohne dass die Ergebnisse durch Strömen und Rußbeladungsverteilung oder Aufprall von Wassertropfen korrumpiert werden.
Zum Beispiel kann Abgas von einem Hauptabgasrohr, stromabwärts eines DPF, mittels eines Einlassrohrs in einen Abgasbypass parallel zu dem Hauptabgasrohr, der außerhalb des Hauptabgasrohrs ist, umgeleitet werden. Das Einlassrohr kann Perforationen umfassen, die ein Zurückhalten von Wassertropfen und aggregierten Partikeln und deren Entlassen in das Auspuffendrohr ermöglichen. Stromabwärts des Einlassrohrs kann der Abgaskanal mit einem ersten Drucksensor ausgestattet sein. Zusätzlich kann der Abgasbypasskanal stromabwärts eines Metallpartikelfilters (MPF), der mit einem Stromkreis gekoppelt ist, auch mit einem zweiten Drucksensor, der mit dem Abgasbypasskanal gekoppelt ist, ausgestattet sein. Nach Treten durch den MPF wird Abgas mittels eines Auslassrohrs zu dem Hauptabgasrohr zurückgeleitet. Wenn von dem Hauptabgasrohr umgeleitetes Abgas in dem Abgasbypass aufgenommen wird, können Abgaspartikelmaterialien wie etwa Ruß an dem MPF darin abgelagert werden, während rußhaltiges Abgas ungehindert durch das Abgasrohr hin zu dem ersten Drucksensor strömt. Eine Abgasdruckdifferenz wird beruhend auf dem Ausgang von den Drucksensoren, die Druck an dem Abgasrohr und dem Abgasbypass messen, berechnet. Die Druckdifferenz zwischen einem zweiten Drucksensor in dem Abgasbypass, stromabwärts des MPF, und dem ersten Drucksensor in dem Abgasrohr kann genutzt werden, um eine Rußbeladung des MPF stromaufwärts des zweiten Drucksensors zu folgern und eine Regeneration des MPF durch Schließen des damit gekoppelten Stromkreises auszulösen. Ferner kann ein zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationen des MPF verstrichenes Zeitintervall überwacht werden. Wenn der DPF in dem Abgasrohr degradiert wird (etwa aufgrund von Alter oder Haltbarkeitsproblemen), kann somit eine zunehmende Rußmenge aus dem DPF entweichen und sich zu dem MPF bewegen. Dadurch muss der MPF eventuell häufiger gereinigt werden. Beruhend auf einer Abnahme des Zeitintervalls zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationen des Metallfilters in dem Abgasbypass können somit eine Degradation eines stromaufwärts befindlichen DPF bestimmt und geeignete Maßnahmen ergriffen werden.
Auf diese Weise kann durch Umleiten eines Teils von Abgas von einem Abgasrohr zu einem Rußsensor mit einem Metallfilter, der sich stromabwärts eines Dieselpartikelfilters befindet, eine Degradation eines Partikelfilters beruhend auf einer Rußmenge detektiert werden, die aus dem Partikelfilter zu dem Metallfilter entweicht. Die technische Wirkung des Zurückhaltens von Rußpartikeln an dem Metallfilter, der selektiv in dem Abgasbypass enthalten ist, besteht darin, dass eine Druckdifferenz von Abgas zwischen der zweiten Stelle an dem Abgasbypass und der ersten Stelle in dem Hauptabgasrohr vorteilhafterweise genutzt werden kann, um die Rußbeladung des Metallfilters in Erfahrung zu bringen. Dies reduziert somit die Erfordernis von mehreren Sensoren für eine Schätzung von Rußbeladung. Die technische Wirkung des Zurückhaltens von aggregierten Partikeln und Wassertropfen in einem Einlassrohr des Rußsensors und des Umleitens derselben zu dem Abgasendrohr ist, dass ein Aufprall von aggregierten Partikeln und Wasserstropfen an dem Rußsensor reduziert wird, was eine genauere und zuverlässigere Rußdetektion ermöglicht. Wenn man darauf baut, dass ein Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationen des Metallfilters DPF-Degradation detektiert, kann die Diagnose besser ansprechend und weniger von Änderungen der Rußbeladungsverteilung auf dem Metallfilter beeinflusst ausgelegt werden. Insgesamt werden die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Rußerfassung und Diagnose eines Abgaspartikelfilters verbessert, was das bessere Einhalten von Emissionsgrenzwerten ermöglicht.
Es versteht sich, dass die vorstehende Zusammenfassung vorgesehen ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl von Konzepten vorzustellen, die in der eingehenden Beschreibung weiter beschrieben werden. Sie dient nicht dazu, ausschlaggebende oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu benennen, dessen Schutzumfang allein durch die Ansprüche festgelegt wird, die auf die eingehende Beschreibung folgen. Der beanspruchte Gegenstand ist ferner nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung genannte Nachteile lösen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein beispielhaftes Motorsystem mit einem Abgasdurchsatz beruhend auf einem stromabwärts eines Dieselpartikelfilters (DPF) positionierten Abgasrußsensor.
2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des Abgasdurchsatzes beruhend auf einer Abgasrußsensorbaugruppe von 1.
3 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren veranschaulicht, das zum Diagnostizieren von Degradation eines DPF in dem Abgasrohr beruhend auf Abgasdurchsatzverhältnis zwischen zwei Venturirohren implementiert werden kann.
4 zeigt ein Beispiel zum Diagnostizieren eines DPF beruhend auf der Regenerationszeit eines Metallfilters, der stromabwärts des DPF angeschlossen ist.
5 zeigt eine Ausführungsform einer auf Druckdifferenz beruhenden Abgasrußsensorbaugruppe.
6 zeigt ein Flussdiagramm, das ein Verfahren veranschaulicht, das zum Diagnostizieren von Degradation eines DPF in dem Abgasrohr beruhend auf Druckdifferenz zwischen zwei Stellen stromabwärts des DPF implementiert werden kann.
7 zeigt ein Beispiel für ein Diagnostizieren eines DPF beruhend auf der Regenerationszeit eines Metallfilters, der mit der Rußsensorbaugruppe von 5 gekoppelt ist.
Eingehende Beschreibung
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Ermitteln von Degradation eines Abgas-DPF beruhend auf einem abgasdurchsatz-basierten, stromabwärts des DPF angeschlossenen Rußsensor. Ein Fahrzeugsystem, das eine Motorkonfiguration umfasst, die ausgelegt ist, um mit Kraftstoffen wie etwa Diesel zu arbeiten, ist in 1 gezeigt. Der DPF ist in dem Hauptabgasrohr und stromabwärts des DPF angeordnet, eine sekundäre Rußsensorbaugruppe ist positioniert, um ein Entweichen von Partikeln aus dem DPF zu detektieren. Die sekundäre Rußsensorbaugruppe kann, wie in 2 gezeigt, einen Abgasbypass parallel zu dem Abgasrohr, der mit einem Metallfilter ausgestattet ist, und einen zugehörigen Stromkreis umfassen. Zum Messen von Druckabfällen über jeweiligen Venturirohren des Abgasrohrs und des Abgasbypasses sind zwei oder mehr Drucksensoren vorgesehen. Ein Motorsteuergerät ist ausgelegt, um eine Steuerroutine durchzuführen, etwa die beispielhafte Routine von 3, um den Metallfilter beruhend auf einem geschätzten Abgasdurchsatzverhältnis zwischen den zwei Venturirohren zu regenerieren und den DPF beruhend auf einer Regenerationshäufigkeit des Metallfilters zu diagnostizieren. Anhand von 4 wird eine beispielhafte Diagnose gezeigt. 5 zeigt eine Ausführungsform einer auf Druckdifferenz beruhenden Abgasrußsensorbaugruppe. In dem Flussdiagramm von 6 ist ein beispielhaftes Verfahren zum Diagnostizieren der Degradation eines DPF in dem Abgasrohr mit der auf Druckdifferenz beruhenden Rußsensorbaugruppe gezeigt, und in 7 ist ein Beispiel für ein Diagnostizieren eines DPF beruhend auf der Regenerationszeit eines Metallfilters gezeigt, der mit der auf Druckdifferenz beruhenden Rußsensorbaugruppe gekoppelt ist. Auf diese Weise kann die DPF-Funktionstüchtigkeit genauer und zuverlässiger diagnostiziert werden.
1 ist ein schematisches Diagramm, das einen Zylinder eines Mehrzylindermotors 10 in einem Motorsystem 100, das in einem Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs enthalten sein kann, zeigt. Der Motor 10 kann zumindest teilweise durch ein Steuersystem, das ein Steuergerät 12 umfasst, und durch Eingabe von einem Fahrer 132 mittels einer Eingabevorrichtung 130 gesteuert werden. In diesem Beispiel umfasst die Eingabevorrichtung 130 ein Gaspedal und einen Pedalstellungssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalstellungssignals. Ein Brennraum 30 des Motors 10 umfasst einen durch Zylinderwände 32 gebildeten Zylinder mit einem darin positionierten Kolben 36. Der Kolben 36 kann mit einer Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, so dass eine Hubbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Die Kurbelwelle 40 kann mittels eines dazwischen angeordneten Getriebesystems mit mindestens einem Antriebsrad eines Fahrzeugs gekoppelt sein. Ferner kann ein Anlasser mittels einer Schwungscheibe mit der Kurbelwelle 40 gekoppelt sein, um einen Startvorgang des Motors 10 zu ermöglichen.
Der Brennraum 30 kann von einem Ansaugkrümmer 44 mittels eines Einlasskanals 42 Ansaugluft aufnehmen und kann mittels eines Abgaskanals (z. B. Abgasrohr) 48 Verbrennungsgase ablassen. Der Ansaugkrümmer 44 und das Abgasrohr 48 können mittels eines Einlassventils 52 bzw. Auslassventils 54 selektiv mit dem Brennraum 30 kommunizieren. In manchen Beispielen kann der Brennraum 30 zwei oder mehr Einlassventile und/oder zwei oder mehr Auslassventile umfassen.
In diesem Beispiel können das Einlassventil 52 und das Auslassventil 54 mittels jeweiliger Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 durch Nockenbetätigung gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 51 und 53 können jeweils ein oder mehrere Nocken umfassen und können ein oder mehrere Systeme für Nockenprofilumschalten (CPS), variable Nockenzeitsteuerung (VCT), variable Ventilzeitsteuerung (VVT) und/oder variablen Ventilhub nutzen, die von dem Steuergerät 12 zum Ändern von Ventilbetrieb betrieben werden können. Die Stellung des Einlassventils 52 und des Auslassventils 54 können jeweils durch Stellungssensoren 55 und 67 ermittelt werden. In alternativen Beispielen können das Einlassventil 52 und/oder das Auslassventil 54 durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Zylinder 30 alternativ ein Einlassventil, das mittels elektrischer Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Auslassventil, das mittels Nockenbetätigung, einschließlich CPS- und/oder VCT-Systemen, gesteuert wird, umfassen.
Es wird ein Kraftstoffinjektor 69 gezeigt, der direkt mit dem Brennraum 30 zum Einspritzen von Kraftstoff direkt in diesen proportional zur Pulsweite eines von dem Steuergerät 12 erhaltenen Signals gekoppelt ist. Auf diese Weise stellt der Kraftstoffinjektor 69 eine als Kraftstoffdirekteinspritzung bekannte Einspritzung in den Brennraum 30 bereit. Der Kraftstoffinjektor kann zum Beispiel in der Seite des Brennraums (wie gezeigt) oder in der Oberseite des Brennraums angebracht sein. Dem Kraftstoffinjektor 69 kann Kraftstoff durch ein (nicht gezeigtes) Kraftstoffsystem, das einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffpumpe und eine Kraftstoffzuführung umfasst, zugeführt werden. In manchen Beispielen kann der Brennraum 30 alternativ oder zusätzlich einen Kraftstoffinjektor umfassen, der in dem Ansaugkrümmer 44 in einer Konfiguration angeordnet ist, die eine als Saugrohreinspritzung von Kraftstoff bekannte Einspritzung in das Saugrohr stromaufwärts des Brennraums 30 vorsieht.
Mittels einer Zündkerze 66 wird dem Brennraum 30 ein Zündfunke geliefert. Das Zündsystem kann weiterhin eine (nicht gezeigte) Zündspule zum Steigern von der Zündkerze 66 zugeführter Spannung umfassen. In anderen Beispielen, etwa Diesel, kann auf die Zündkerze 66 verzichtet werden.
Der Einlasskanal 42 kann eine Drossel 62 mit einer Drosselklappe 64 umfassen. In diesem bestimmten Beispiel kann die Stellung der Drosselklappe 64 mittels eines zu einem Elektromotor oder Aktor, der mit der Drossel 62 enthalten ist, gelieferten Signals durch das Steuergerät geändert werden, eine Konfiguration, die allgemein als elektronische Drosselsteuerung (ETC) bezeichnet wird. Auf diese Weise kann die Drossel 62 betrieben werden, um die dem Brennraum 30 unter anderen Motorzylindern gelieferte Ansaugluft zu ändern. Die Stellung der Drosselklappe 64 kann dem Steuergerät 12 durch ein Drosselstellungssignal geliefert werden. Der Einlasskanal 42 kann einen Luftmassenstromsensor 120 und einen Krümmerluftdrucksensor 122 zum Erfassen einer in den Motor 10 einströmenden Luftmenge umfassen.
Ein Abgassensor 126 ist mit dem Abgasrohr 48 stromaufwärts sowohl eines Abgasrückführungssystems 140 als auch einer Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 gemäß einer Richtung einer Abgasströmung gekoppelt gezeigt. Der Sensor 126 kann jeder geeignete Sensor zum Liefern eines Hinweises auf ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis in Abgas, etwa ein linearer Sauerstoffsensor oder UEGO (Universal- oder Breitband-Abgassauerstoff), ein Sauerstoffsensor mit zwei Zuständen oder EGO, ein HEGO (beheizter EGO), ein NO_x-, HC- oder CO-Sensor, sein. In einem Beispiel ist ein stromaufwärts befindlicher Abgassensor 126 ein UEGO, der ausgelegt ist, um einen Ausgang, etwa ein Spannungssignal, zu liefern, das proportional zur in dem Abgas vorhandenen Sauerstoffmenge ist. Das Steuergerät 12 wandelt Sauerstoffsensorausgang mittels einer Sauerstoffsensor-Transferfunktion in ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis in Abgas um.
Ein Abgasrückführungs(AGR)-System 140 kann einen erwünschten Teil von Abgas von dem Abgasrohr 48 mittels eines AGR-Kanals 152 zu dem Ansaugkrümmer 44 umleiten. Die dem Ansaugkrümmer 44 gelieferte AGR-Menge kann mittels eines AGR-Ventils 144 von dem Steuergerät 12 geändert werden. Unter manchen Bedingungen kann das AGR-System 140 genutzt werden, um die Temperatur des Luft/Kraftstoff-Gemisches in dem Brennraum zu regeln, wodurch während manchen Verbrennungsmodi ein Verfahren zum Steuern des Zündzeitpunkts vorgesehen wird.
Die Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 ist stromabwärts des Abgassensors 126 entlang des Abgasrohrs 48 angeordnet gezeigt. Die Vorrichtung 70 kann ein Dreiwegekatalysator (TWC), eine NO_x-Falle, verschiedene andere Schadstoffbegrenzungsvorrichtungen oder Kombinationen derselben sein. In manchen Fällen kann während des Betriebs des Motors 10 die Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 durch Betreiben mindestens eines Zylinders des Motors in einem bestimmten Luft/Kraftstoff-Verhältnis regelmäßig zurückgesetzt werden.
Stromabwärts der Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 ist ein Partikelfilter 72 entlang des Abgasrohrs 48 angeordnet gezeigt. Durch ein Abgasendrohr 87 wird durch die Schadstoffbegrenzungsvorrichtung 70 und den Partikelfilter 72 behandeltes Abgas in die Atmosphäre ausgestoßen. Der Partikelfilter 72 kann Dieselpartikelfilter oder ein Benzinpartikelfilter sein. Ein Träger des Partikelfilters 72 kann aus Keramik, Silicium, Metall, Papier oder Kombinationen derselben bestehen. Während des Betriebs des Motors 10 kann der Partikelfilter 72 Abgaspartikelmaterial (PMs) aufnehmen, etwa Asche und Ruß (z. B. von unverbrannten Kohlenwasserstoffen), um Fahrzeugemissionen zu reduzieren. Der Ruß kann die Oberflächen des Partikelfilters verstopfen, wodurch ein Abgasgegendruck erzeugt wird. Der Abgasgegendruck kann die Motorleistung negativ beeinflussen. Sobald der Partikelfilter 72 mit Ruß voll beladen wird (z. B. sobald die Rußbeladung an dem Partikelfilter einen Rußbeladungsschwellenwert übersteigt), kann der Gegendruck zu hoch für ein ordnungsgemäßes Ausstoßen von Abgas sein. Die zum Ausstoßen von Abgas aus dem Motor 10 aufgewendete Arbeit nimmt zu, um den vorstehend beschriebenen Gegendruck zu überwinden. Um einen zu hohen Gegendruck zu vermeiden, kann ein Motor 10 den Filter periodisch entweder passiv oder aktiv regenerieren.
Eine passive Regeneration kann auftreten, wenn eine Motorlast eine Schwellenlast übersteigt, was ein Ansteigen einer Abgastemperatur hervorruft. Wenn die Abgastemperatur über eine Schwellentemperatur hinaus ansteigt (z. B. 450°C), kann der Ruß an dem Partikelfilter 72 verbrennen. Daher kommt es zu einer passiven Regeneration ohne Änderungen des Motorbetriebs. Umgekehrt kommt es mittels des Steuergeräts 12, das Signale für Änderungen des Motorbetriebs ausgibt, um Abgastemperaturen anzuheben (z. B. späte Einspritzung, sekundäre Einspritzung, Drosseln, Abgasrückführung, Zündspätverstellung und/oder eine Abnahme des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses), unabhängig von der Motorlast zu aktiver Regeneration. Zum Beispiel kann das Steuergerät Signale zu einem Kraftstoffinjektor senden, um die Pulsweite der Kraftstoffeinspritzung zu vergrößern und das Luft/Kraftstoff-Verhältnis der Verbrennung (relativ zu Stöchiometrie) fett zu machen. Als weiteres Beispiel kann das Steuergerät Signale zu einem elektromechanischen Aktor senden, der mit der Zuluftdrossel gekoppelt ist, um die Drosselklappe hin zu einer offeneren Stellung zu bewegen, wodurch ein Luftstrom zu dem Motor vergrößert wird. In noch anderen Beispielen kann die Ventilsteuerzeit eingestellt werden (z. B. mittels Nockeneinstellungen), um eine positive Ventilüberschneidung zu vergrößern.
Wenn der Ruß während entweder passiver oder aktiver Regeneration brennt, steigt die Partikelfiltertemperatur auf eine höhere Temperatur (z. B. 1400°C). Ein längerer Motorbetrieb bei der erhöhten Regenerationstemperatur kann eine Degradation des Partikelfilters 72 beschleunigen. Degradation kann umfassen, dass der Partikelfilter 72 ein Leck (z. B. einen Riss) und/oder ein Loch entwickelt, was Ruß aus dem Filter entweichen und weiter stromabwärts in das Abgasrohr 48 strömen lassen kann, was Fahrzeugemissionen steigert. Somit kann dies dazu führen, dass ein Motor Emissionsgrenzwerte nicht einhält.
Andere Faktoren, die zu Partikelfilterdegradation beitragen, umfassen Fahrzeugvibrationen und Schmierölasche. Fahrzeugvibrationen können zerbrechliche Komponenten in dem Partikelfilter 72 aufgrund von Ausdehnung der Komponenten, die durch das Einwirken von hohen Temperaturen auf den Partikelfilter 72 hervorgerufen wird, schwächen (z. B. verminderte Stabilität). Schmierölasche kann Metalloxide enthalten, die mit dem Partikelfilter 72 reagieren und Phasen bilden können (z. B. degradieren Teile des Partikelfilters, während andere Teile funktionsfähig bleiben), was letztendlich mindestens einen Teil des Partikelfilters degradiert.
Eine Diagnose des Partikelfilters 72 kann mithilfe einer sekundären Rußsensorbaugruppe und zugehörigen Druck- oder Durchflusssensoren ermöglicht werden. Eine sekundäre Rußsensorbaugruppe 90 ist entlang des Abgasrohrs 48 stromabwärts des Partikelfilters 72 angeordnet gezeigt. Die sekundäre Rußsensorbaugruppe 90 umfasst ein Einlassrohr 76, das teils in dem Abgasrohr 48 positioniert ist, an einem Ende der sekundären Rußsensorbaugruppe 90 am nächsten zu dem Partikelfilter 72. Die sekundäre Rußsensorbaugruppe 90 umfasst weiterhin ein Auslassrohr 80, das teils in dem Abgasrohr 48 positioniert ist, an einem gegenüberliegenden Ende der sekundären Rußsensorbaugruppe 90 am weitesten weg von dem Partikelfilter 72.
Das Einlassrohr 76 und das Auslassrohr 80 sind mit dem Abgasrohr 48 fluidisch verbunden, so dass an einer Stelle stromabwärts des Partikelfilters 72 mindestens ein Teil von Abgas von dem Abgasrohr 48 in das Einlassrohr 76 strömt und dann an einer Stelle stromaufwärts eines Abgasendrohrs von dem Auslassrohr 80 zurück in das Abgasrohr 48. Der Teil des Abgasrohrs 48 zwischen dem Einlassrohr 76 und dem Auslassrohr 80 ist mit einem ersten Venturi ausgestattet oder als erstes Venturirohr 77 ausgelegt. Ferner umfasst die Durchflussbaugruppe 90 einen Abgasbypass 78, der mit einem zweiten Venturi ausgestattet ist oder als zweites Venturirohr 77 ausgelegt ist. Das erste Venturirohr ist ein größeres Venturirohr mit einem höheren Treibdurchsatz, während das zweite Venturirohr ein kleineres Venturirohr mit einer niedrigeren Treibrate ist. In einem Beispiel können der Abgasbypass 78 und das Abgasrohr 48 im Wesentlichen parallel sein und können aus dem gleichen Material bestehen. In anderen Beispielen können die Abgaswege aber im Wesentlichen parallel ausgelegt sein und/oder unterschiedliche geometrische Strukturen aufweisen.
Der Abgasbypass 78 umfasst einen Metallfilter 82, der stromabwärts des Venturirohrs eingebaut ist. Der Metallfilter 82 kann kleiner als der Partikelfilter 72 sein (d. h. ist von kleinerem Durchmesser, kleinerer Breite und/oder Länge). Die Porosität des Metallfilters 82 kann jedoch kleiner oder gleich der Porosität des Partikelfilters 72 sein. Der Metallfilter 82 kann mit einem (in 2 gezeigten) Stromkreis gekoppelt sein, wobei der Stromkreis wiederum elektronisch mit dem Steuergerät 12 gekoppelt ist.
Auf diese Weise kann ein Teil des Abgases von dem Abgasrohr 48 entlang des Abgasrohrs 48 und des ersten Venturirohrs 77 strömen, während ein verbleibender Teil des Abgases mittels des Einlassrohrs 76 in den Abgasbypasskanal 78 und das zweite Venturirohr 79 strömt, wobei das Einlassrohr 76 an einer Stelle außerhalb des Abgasrohrs 48 mit dem Bypasskanal zusammenläuft. Ferner kann der verbleibende Teil des durch das zweite Venturirohr 79 strömenden Abgases dann an einer Stelle stromabwärts des Metallfilters 82 mittels eines Auslassrohrs 80 in das Abgasrohr 48 zurückkehren, wobei der Bypasskanal 78 an einer Stelle stromabwärts des Metallfilters 82 und außerhalb des Abgasrohrs 48 in das Auslassrohr 80 übergeht.
Unter Verweis auf 2 wird eine detaillierte Ausführungsform der sekundären Rußsensorbaugruppe 90 beschrieben.
Die sekundäre Rußsensorbaugruppe 90 kann genutzt werden, um eine Degradation des Partikelfilters 72 zu ermitteln. Insbesondere kann eine Rußbeladung des Metallfilters 82 beruhend auf einem Verhältnis von Abgasdurchsätzen durch das erste und zweite Venturirohr, die an dem Abgasrohr 48 bzw. dem Abgasbypass 78 angebracht sind, geschätzt werden. Wenn die Rußbeladung an dem Metallfilter 82 steigt, nimmt eine Abgasströmung durch das zweite Venturi 79 in dem Bypass 78 relativ zu der Abgasströmung durch das erste Venturi 77 in dem Abgaskanal ab. Abgasdurchsätze können beruhend auf dem relativen Druckabfall über dem ersten und zweiten Venturirohr des Abgasrohrs bzw. das Abgasbypasses berechnet werden. Mit dem Abgasrohr-Venturirohr 77 kann ein Drucksensor 86 gekoppelt sein, während mit dem Abgasbypass-Venturirohr ein Drucksensor 84 gekoppelt sein kann, um Durchsätze des durch diese jeweils strömenden Abgases zu schätzen. Insbesondere können die Drucksensoren mit dem zulaufenden Abschnitt oder Treibeinlässen der Venturirohre gekoppelt sein. Der Drucksensor 84 befindet sich stromaufwärts des Metallfilters 82. Beruhend auf der Rußbeladung kann durch den Metallfilter 82 ein elektrischer Strom geleitet werden, um den Filter zu regenerieren. Aufgrund der kleineren Größe des Metallfilters kann der Filter regelmäßig regeneriert werden. Beruhend auf der Regelmäßigkeit der Regeneration kann relativ zu einem Schwellenwert ein Entweichen von Ruß aus dem Partikelfilter 72 wie unter Verweis auf 2 und 3 ausgeführt ermittelt werden.
Das Steuergerät 12 ist in 1 als Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 102, Eingangs-/Ausgangsports 104, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem bestimmten Beispiel als Festwertspeicherchip 106 gezeigt ist (z. B. ein nicht flüchtiger Speicher), Arbeitsspeicher 108, Keep-Alive-Speicher 110 und einen Datenbus umfasst. Das Steuergerät 12 kann von Sensoren, die mit dem Motor 10 gekoppelt sind, zusätzlich zu den bereits erläuterten Signalen verschiedene Signale erhalten, einschließlich Messung von Druck oder Abgasdurchsatz durch die Venturirohre von Drucksensoren 84 und 86 an der sekundären Rußsensorbaugruppe 90, Messung von eingeführtem Luftmassenstrom (MAF) von dem Luftmassenstromsensor 120; Motorkühlmitteltemperatur (ECT) von einem Temperatursensor 112, der mit einem Kühlmantel 114 gekoppelt ist; eines Motorstellungssignals von einem Hall-Sensor 118 (oder einer anderen Art), der eine Stellung der Kurbelwelle 40 erfasst; Drosselstellung von einem Drosselstellungssensor 65; und Krümmerunterdruck(MAP)-Signal von dem Sensor 122. Ein Motordrehzahlsignal kann von dem Steuergerät 12 von dem Kurbelwellenstellungssensor 118 erzeugt werden. Ein Krümmerdrucksignal bietet auch einen Hinweis auf Unterdruck oder Druck in dem Ansaugkrümmer 44. Zu beachten ist, dass verschiedene Kombinationen der vorstehenden Sensoren verwendet werden können, etwa ein MAF-Sensor ohne einen MAP-Sensor oder umgekehrt. Während Motorbetrieb kann Motordrehmoment aus dem Ausgang des MAP-Sensors 122 und Motordrehzahl gefolgert werden. Ferner kann dieser Sensor zusammen mit der detektierten Motordrehzahl eine Grundlage zum Schätzen von Füllung (einschließlich Luft), die in den Zylinder eingelassen wird, sein. In einem Beispiel kann der Kurbelwellenstellungssensor 118, der auch als Motordrehzahlsensor verwendet wird, eine vorbestimmte Anzahl von gleichmäßig beabstandeten Pulsen pro Umdrehung der Kurbelwelle erzeugen.
Der Speichermedium-Festwertspeicher 106 kann mit maschinell lesbaren Daten programmiert sein, die nicht flüchtige Befehle darstellen, die von dem Prozessor 102 zum Durchführen der nachstehend beschriebenen Verfahren sowie anderer Varianten, die antizipiert, aber nicht eigens aufgeführt sind, ausführbar sind.
Das Steuergerät 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren von 1 und nutzt die verschiedenen Aktoren von 1, um Motorbetrieb beruhend auf den empfangenen Signalen und Befehlen, die in einem Speicher des Steuergeräts 12 gespeichert sind, anzupassen. In einem Beispiel schließt das Steuergerät 12 einen Schalter an dem (in 2 gezeigten) Stromkreis, der für Regeneration der sekundären Rußsensorbaugruppe 90 verwendet wird. In einem anderen Beispiel ändert das Steuergerät 12 einen Motorbetrieb, um Drehmomentausgangsleistung eines Fahrzeugs als Reaktion auf eine erhöhte Regenerationsfrequenz des Metallfilters 82 in der sekundären Rußsensorbaugruppe 90 zu begrenzen.
2 zeigt eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer auf Abgasdurchsatz beruhenden sekundären Rußsensorbaugruppe 200. In einem Beispiel ist die Baugruppe 200 eine Ausführungsform der Baugruppe 90 von 1 und kann daher gemeinsame Merkmale und/oder Konfigurationen, wie sie bereits für die sekundäre Baugruppe 90 beschrieben wurden, aufweisen. Die sekundäre Rußsensorbaugruppe 200 ist mit einem Abgasrohr 204 fluidisch gekoppelt. Das Abgasrohr 204 umfasst einen ersten Partikelfilter 201. In einem Beispiel ist der erste Partikelfilter ein größerer Diesel- oder Benzinpartikelmaterialfilter mit einer höheren Rußkapazität. Die sekundäre Rußsensorbaugruppe 200 ist stromabwärts des ersten Filters 201 mit dem Abgasrohr 204 gekoppelt. Zum Beispiel können der erste Filter 201 und das Abgasrohr 204 Beispiele für den Partikelfilter 72 und das Abgasrohr 48 von 1 sein.
Von dem Motor strömendes Abgas tritt durch den ersten Filter 201 und erreicht die sekundäre Rußsensorbaugruppe 200, die sich entlang des Abgasrohrs 204 weiter stromabwärts befindet. Pfeile durchgehender Linie zeigen eine Richtung der Abgasströmung in dem Abgasrohr 204 an dem DPF vorbei an. Mindestens ein Teil des durch das Abgasrohr 204 strömenden Abgases wird mittels eines Einlassrohrs 206 in die sekundäre Rußsensorbaugruppe 200 umgeleitet. Das Einlassrohr führt zu einem Abgasbypasskanal 214 außerhalb des Abgasrohrs 204. Der Bypasskanal 214 endet in einem Auslassrohr 236 außerhalb des Abgasrohrs 204. Das Auslassrohr 236 leitet die Abgasströmung stromabwärts des Einlassrohrs 206 zurück zu dem Abgasrohr 204.
Ein Abschnitt sowohl des Einlassrohrs 206 als auch des Auslassrohrs 236 ist innen mit dem Abgasrohr 204 gekoppelt, und ein verbleibender Abschnitt sowohl des Einlassrohrs 206 als auch des Auslassrohrs 236 ist außen mit dem Abgasrohr 204 gekoppelt. Das Einlassrohr 206 erstreckt sich durch die Außenwand des Abgasrohrs 204 und ins Innere des Abgasrohrs 204. In einem Beispiel ist jeweils der Abschnitt des Einlassrohrs 206 und des Auslassrohrs 236 innen im Abgasrohr 204 kleiner als der verbleibende Abschnitt des Einlassrohrs 206 und des Auslassrohrs 236 außerhalb des Abgasrohrs 204. In dem dargestellten Beispiel weist das Auslassrohr 236 relativ zu dem Einlassrohr 206 eine kürzere Länge auf. Ferner ist der Abschnitt des Auslassrohrs 236, der innen in das Abgasrohr 204 taucht, kleiner als der Abschnitt des Einlassrohrs 206, der innen in das Abgasrohr 204 taucht.
Das Einlassrohr 206 umfasst an einer Seite des Einlassrohrs in dem Abgasrohr 204 und nahe dem ersten Filter 201 mehrere Perforationen 208. Die Perforationen 208 weisen zum ersten Filter 201 und in die Richtung der eintreffenden Abgasströmung. An der gegenüberliegenden Seite (Wand) des Einlassrohrs 206 finden sich keine Perforationen. Infolge dieser Konfiguration können aggregierte Partikel und Wassertropfen in dem Abgas auf die Innenfläche des Einlassrohrs prallen und in das Abgasrohr freigesetzt werden, ohne ein Ansprechvermögen der Rußerfassungsbaugruppe zu beeinträchtigen. Die Mittellinie des Einlassrohrs 206 ist senkrecht zur Mittellinie des Abgasrohrs 204, und die Perforationen 208 befinden sich vollständig in dem Abgasrohr 204. Verglichen mit dem Auslassrohr 236 können an dem Einlassrohr 206 mehr Perforationen ausgebildet sein. In einem Beispiel können an dem Auslassrohr 236 wie dargestellt keine Perforationen vorhanden sein. Eine Perforation 210 befindet sich am Boden des Einlassrohrs 206 in dem Abgasrohr 204. Die Perforation 210 ist senkrecht zu den Perforationen 208 an dem Einlassrohr 206 angeordnet. Ein Durchmesser der Perforationen an der Seitenwand des Einlassrohrs kann eingestellt werden, um zusammengeballte Partikel und Wassertropfen in dem Abgas auf eine Seite des Einlassrohrs in dem Abgasrohr und zu dem ersten Filter 201 auftreffen zu lassen, wobei die zusammengeballten Partikel von dem Einlassrohr mittels einer Perforation 210 an einem Boden des Einlassrohrs in das Abgasrohr freigesetzt werden. Auf diese Weise können die zusammengeballten Partikel und Wassertropfen dann mittels einer Perforation 210 an einem Boden des Einlassrohrs von dem Einlassrohr 206 in das Abgasrohr freigesetzt werden, was eine Kontamination des Abgasbypasskanals 214 und des Metallfilters 224 reduziert und dadurch die Genauigkeit der sekundären Rußsensorbaugruppe 200 verbessert.
Der Abschnitt des Abgasrohrs 204 zwischen dem Einlassrohr 206 und dem Auslassrohr 236 kann mit einem ersten Venturi ausgestattet oder als erstes Venturirohr 212 ausgelegt werden (wie gezeigt). Ein erster Drucksensor 286 kann zum Schätzen eines Durchsatzes von Abgas durch das erste Venturirohr 212 zwischen dem Treibeinlass und Hals des ersten Venturirohrs 212 gekoppelt sein. In einer anderen Ausführungsform kann mit dem ersten Venturi ein Strömungssensor zum Erfassen eines Abgasdurchsatzes dadurch gekoppelt sein. Des Weiteren kann der Abgasdurchsatz durch das erste Venturirohr beruhend auf Motorbetriebsbedingungen und der Geometrie des ersten Venturirohrs gefolgert werden. Der Bypasskanal 214 kann analog an einer Stelle, die im Wesentlichen gleich weit entfernt von dem Einlassrohr 206 und dem Auslassrohr 236 ist, mit einem zweiten Venturirohr 216 (wie gezeigt) ausgestattet werden. Das zweite Venturirohr 216 kann verglichen mit dem ersten Venturirohr 212 von kleinerer Größe sein. Zum Beispiel kann das zweite Venturirohr eines oder mehrere oder alles von: einem schmaleren Hals, einem schmaleren Treibeinlassdurchmesser und einem schmaleren Treibauslassdurchmesser als das erste Venturirohr aufweisen. Folglich kann Abgas durch das erste Venturirohr bei einem höheren Durchsatz als durch das zweite Venturirohr strömen.
Zwischen dem Treibeinlass und dem Hals des zweiten Venturirohrs 216 kann ein Drucksensor 284 zum Schätzen des Abgasdurchsatzes durch das zweite Venturirohr 216 angeschlossen sein. In einem Beispiel kann ein Strömen von Abgas durch das zweite Venturirohr vorteilhafterweise durch Erzeugen eines Unterdrucks am Hals des Venturirohrs genutzt werden, wobei der Unterdruck für spätere Nutzung (z. B. während Spülen) gespeichert oder an einem unterdruckbetätigten Motoraktor, etwa einem Bremsverstärker, angelegt wird.
Ein Teil des Abgases kann von dem Abgasrohr 204 in ein Einlassrohr 206 (durch einen einzelnen ausgefüllten Pfeil, der nach oben weist, gezeigt) und von dem Einlassrohr 206 in den Abgasbypasskanal 214 strömen. Die Abgasströmungsrichtung durch das Einlassrohr 206 und das Auslassrohr 236 ist im Wesentlichen senkrecht zu einer Richtung von Abgasströmung durch jeweils das Abgasrohr 204 und das erste und zweite Venturi. Der Abschnitt des Einlassrohrs 206, der sich außerhalb des Abgasrohres 204 befindet, weist gegenüber dem Teil des Einlassrohrs 206, der sich in dem Abgasrohr 204 befindet, eine niedrigere Temperatur auf. Der Temperaturabfall kann ein Kondensieren des Wasserdampfes in dem Abgas an den Oberflächen des Einlassrohrs 206 hervorrufen. Das Kondensat kann durch die Perforation 210 zurück in das Abgasrohr 204 fallen, wodurch das Eindringen von Wassertropfen in die sekundäre Rußsensorbaugruppe 200 reduziert wird.
Abgasdurchsätze in dem Abgasrohr 204 und dem Abgasbypasskanal 214 werden beruhend auf der Geometrie der Systeme und Druckabfällen durch die jeweiligen Venturirohre berechnet. Ein Abgasdurchsatz durch das erste Venturirohr 212 kann mittels der nachstehend dargestellten Gleichung 1 berechnet werden.
In Gleichung 1 stellt Q₀ einen Durchsatz von Abgas durch das Abgasrohr 204 dar. Δp ist die Druckdifferenz zwischen dem Venturirohr 212 und dem Bereich des Abgasrohrs 204 stromaufwärts des Venturirohrs 121, wie von Drucksensor 286 geschätzt. Eine Dichte (ρ) wird für durch das Abgasrohr 204 strömendes Abgas beruhend auf aktuellen Motorbedingungen (z. B. Ansauglufttemperatur, Last, Druck, etc.) geschätzt. Eine Dichte (ρ) des Abgases kann beruhend auf einer Manipulation der allgemeinen Gasgleichung berechnet werden. Weiterhin kann unter den Einschränkungen der allgemeinen Gasgleichung die Dichte des Abgases als konstant angenommen werden (z. B. ein imkompressibles Gas). Die berechnete Dichte hängt von einem Druck und einer Temperatur des Abgases ab, wobei die Dichte steigt, wenn der Druck steigt, und die Dichte sinkt, wenn die Temperatur steigt. D_a und D_b stellen Querschnittflächen des Treibeinlasses bzw. des Halses des ersten Venturirohrs 212 dar, wie in 2 gezeigt ist. Der Drucksensor 286 ist von den Bereichen mit Querschnitten D_a bzw. D_b quer angeschlossen. C stellt eine Konstante dar, die beruhend auf der Geometrie des ersten Venturirohrs 212 berechnet wird. Die Konstante C, die von einer Venturirohr-Geometrie abhängt, ist für das Venturirohr charakteristisch, und dieser Wert kann bei verschiedenen Venturirohren variieren.
Das Berechnen des Durchsatzes, Q₁, durch das zweite Venturirohr 216 ist ähnlich, und daher kann eine Beschreibung der Berechnung des Durchsatzes durch das erste Venturirohr 212 auch auf das zweite Venturirohr 216 übertragen werden. Bei dem zweiten Venturirohr 216 werden jeweils die Querschnittflächen des Treibeinlasses und des Halses des ersten Venturirohrs 212, A_A und A_b, verwendet. Ferner wird die Druckdifferenz (Δp) zwischen dem Treibeinlass und dem Hals des ersten Venturirohrs des Venturirohrs 216, wie von dem Drucksensor 286 geschätzt, verwendet. Die Konstante C, die für das zweite Venturirohr zu verwenden ist, kann sich von der für das erste Venturirohr verwendeten Konstante abhängig von deren Geometrien unterscheiden.
Um den Durchsatz zu berechnen, werden die Druckdifferenz (Δp) und die Luftdichte (ρ) gemessen, während C, D_a (A_a) und D_b (A_b) bekannte Variablen sind, die auf festgelegten Geometrien beruhen. Wie aus Gleichung 1 ersichtlich ist, ist der Durchsatz proportional zu einem oder mehreren von p und ρ. Somit nimmt der Durchsatz durch ein Venturirohr zu, wenn die Druckdifferenz Δp zunimmt, und sinkt, wenn die Dichte ρ steigt. Das Verhältnis von Abgasdurchsätzen durch das erste Venturirohr 212 und das zweite Venturirohr 216 wird wie nachstehend dargestellt durch Gleichung 2 erhalten. CI = Q₀ / Q₁ (2)
In Gleichung 2 stellt CI ein Verhältnis zwischen Abgasdurchsatz Q₀ durch das erste Venturirohr 212 und dem Abgasdurchsatz Q₁ durch das zweite Venturirohr 216 dar. Bedingt durch die Geometrien des Abgasrohrs 204 und des Abgasbypasskanals 214 ist Q₁ immer niedriger als Q₀.
Stromabwärts des Venturirohrs 216 ist ein zweiter Metallpartikelfilter (MPF) 224 quer über den Bypasskanal 214 befestigt. Der Metallfilter zeigt senkrecht zur Richtung der Abgasströmung in den Bypasskanal 214, so dass das Abgas durch den Metallfilter 224 strömt. In einem Beispiel ist der zweite Filter 224 verglichen mit dem ersten Filter 201 kleiner und befindet sich außerhalb des Abgasrohrs 204, während der erste Filter 201 in dem Abgasrohr 204 aufgenommen ist. Der zweite Filter 224 ist an dem Bypasskanal 214 zwischen einem Treibauslass des zweiten Venturirohrs 216 und dem Auslassrohr 236 angeschlossen. Die Metallfilterfläche kann flach und/oder scheibenförmig sein, wobei sie Metallfasern umfasst. Der Metallfilter hält Ruß und Partikelmaterial effektiv in seinen Poren zurück, während Abgas durch den Bypasskanal 214 zu dem Auslassrohr 236 strömt. Der Teil des Abgases, der durch das Abgasrohr 204 tritt, ohne in das Einlassrohr 206 einzudringen, tritt ohne Strömen durch einen Filter durch.
Der Metallpartikelfilter 224 ist mit einem Schaltkreis 226, der einen Schalter 228 und eine Stromquelle 225 umfasst, elektrisch gekoppelt. In dem gezeigten Beispiel umfasst die Stromquelle 225 eine Batterie (oder einen Batteriepack). Der Schalter 228 kann zwischen einer offenen Stellung, die durch eine durchgehende Linie angedeutet ist, und einer geschlossenen Stellung 230, die durch eine Strichlinie angedeutet ist, umgeschaltet werden. Wird der Schalter 228 zu der geschlossenen Stellung 230 bewegt, etwa wenn die Regenerationsbedingungen des zweiten Metallfilters erfüllt sind, ist der Schaltkreis 226 geschlossen und ein elektrischer Strom (der von der Stromquelle 225 abgezogen wird) kann durch den Metallfilter 224 fließen, was an dem Filter einen Temperaturanstieg hervorruft. Die erzeugte Wärme kann genutzt werden, um den Metallfilter 224 durch Abbrennen von über einen Zeitraum an der Metallfilterfläche zurückgehaltenem Ruß zu regenerieren. Zu anderen Zeiten als während Regeneration des Metallfilters 224 kann der Schalter 28 in der offenen Stellung belassen werden.
Wenn sich in dem Metallfilter über einen Zeitraum Ruß sammelt, nimmt die Abgasrückströmung zu, was Q₁ senkt. Folglich nimmt das Abgasströmungsverhältnis zu, wenn Q₁ sinkt. Das Regenerieren des zweiten Metallfilters beruht auf dem Abgasströmungsverhältnis zwischen Abgasdurchsatz Q₀ durch das erste Venturirohr 212 und dem Abgasdurchsatz Q₁ durch das zweite Venturirohr 216. Im Einzelnen kann ein Steuergerät die Regeneration des zweiten Filters auslösen, wenn das Abgasströmungsverhältnis auf ein Verhältnis zwischen den zwei Abgasdurchsätzen, das höher als ein Schwellenverhältnis ist, hinweist, und kann die Regeneration des zweiten Filters beenden, wenn das Abgasströmungsverhältnis auf ein Verhältnis zwischen den zwei Abgasdurchsätzen hinweist, das niedriger als ein Schwellenverhältnis ist. Als Reaktion auf den Abgasdurchsatz Q₀ durch das erste Venturirohr 212 und den Abgasdurchsatz Q₁ durch das zweite Venturirohr 216 kann somit, insbesondere wenn das Abgasströmungsverhältnis einen vorbestimmten ersten (oberen) Schwellenwert erreicht, das Motorsteuergerät ein Signal senden, um den Schalter 228 des Stromkreises 226 zu der geschlossenen Stellung zu betätigen. Beim Schließen des Schalters 228 wird der Stromkreis geschlossen und Strom fließt durch den Metallfilter 224, was einen Temperaturanstieg hervorruft. Die erzeugte Wärme beginnt die Rußablagerung abzubrennen und den Metallfilter 224 zu regenerieren. Das Abgasströmungsverhältnis CI wird gleichzeitig aus dem Abgasdurchsatz Q₀ durch das erste Venturirohr 212 und dem Abgasdurchsatz Q₁ durch das zweite Venturirohr 216 geschätzt. Wenn die Rußablagerung abnimmt, beginnt das Abgasströmungsverhältnis CI zu sinken. Wenn das Abgasströmungsverhältnis einen vorbestimmten zweiten (unteren) Schwellenwert erreicht, kann gefolgert werden, dass der Metallfilter 224 ausreichend regeneriert wurde, und das Steuergerät sendet ein Signal, um den Schalter 228 des Schaltkreises 226 zu der offenen Stellung zu betätigen, was ein weiteres Fließen von Strom und Filtergeneration stoppt.
Wenn somit der DPF degradiert ist, bewegt sich mehr Ruß stromabwärts durch das Abgasrohr 204 zu der sekundären Rußsensorbaugruppe 200. Dadurch sammelt sich Ruß bei einer erhöhten Rate an dem Metallfilter 224 und eine Regeneration des Metallfilters 224 muss häufiger ausgeführt werden. Durch Überwachen eines Intervalls zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationen des Metallfilters kann somit Degradation oder Lecken des DPF ermittelt werden.
1 und zwei zeigen beispielhafte Konfigurationen der Rußerfassungsbaugruppe mit relativer Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn sie einander direkt kontaktierend oder direkt gekoppelt gezeigt sind, dann können solche Elemente zumindest in einem Beispiel als direkt kontaktierend oder direkt gekoppelt bezeichnet werden. Analog können Elemente, die durchgehend oder aneinander angrenzend gezeigt sind, mindestens in einem Beispiel jeweils durchgehend oder aneinander angrenzend sein. Zum Beispiel können Komponenten, die zueinander in flächigem Kontakt liegen, in flächigem Kontakt stehend bezeichnet werden. Als weiteres Beispiel können Elemente, die voneinander getrennt positioniert sind, wobei nur ein Raum und keine anderen Komponenten dazwischen liegen, in mindestens einem Beispiel als solche bezeichnet werden.
3 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 300 zum Diagnostizieren von Degradation eines Abgaspartikelfilters in einem Motorabgaskanal. Befehle zum Ausführen des Verfahrens 300 und des Rests der hierin umfassten Verfahren können von einem Steuergerät beruhend auf Befehlen, die in einem Speicher des Steuergeräts gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Motorsystems erhalten werden, etwa den vorstehend unter Verweis auf 1 und 2 beschriebenen Sensoren, ausgeführt werden. Das Steuergerät kann Motoraktoren des Motorsystems nutzen, um gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren Motorbetrieb anzupassen.
Bei 302 umfasst die Routine das Schätzen und/oder Messen von aktuellen Motorbetriebsparametern. Die beurteilten Parameter können zum Beispiel Motorlast, Motordrehzahl, Fahrzeuggeschwindigkeit, Krümmerunterdruck, Drosselstellung, Abgasdruck, Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, etc. umfassen.
Bei 304 ermittelt die Routine den Abgasdurchsatz durch das erste Venturirohr in dem Abgasrohr. Der Durchsatz wird beruhend auf der Geometrie des Systems und Druckabfall durch das Abgasrohr-Venturirohr geschätzt. Abgasdurchsatz durch das erste Venturirohr kann mithilfe von Gleichung 1 berechnet werden, wobei der Druckabfall unter Verwenden eines Drucksensors (etwa Drucksensor 286 in 2), der über dem Treibeinlass und dem Hals des ersten Venturirohrs angeschlossen ist, gemessen wird.
Bei 306 ermittelt die Routine den Abgasdurchsatz durch das zweite Venturirohr in dem Abgasbypass. Analog zu dem ersten Venturirohr wird der Durchsatz beruhend auf der Geometrie des Systems und dem Druckabfall durch das Abgasbypasskanal-Venturirohr geschätzt. Abgasdurchsatz durch das Abgasbypasskanal-Venturirohr kann mithilfe von Gleichung 1 berechnet werden, wobei der Druckabfall unter Verwenden eines Drucksensors (etwa Drucksensor 284 in 2), der über dem Treibeinlass und dem Hals des zweiten Venturirohrs angeschlossen ist, gemessen wird.
Bei 308 umfasst die Routine das Ermitteln eines Verhältnisses (CI) der Abgasdurchsätze zwischen den Abgasrohr- und Abgasbypasskanal-Venturirohren. Das Verhältnis (CI) kann mithilfe von Gleichung 2 geschätzt werden. Das erste Venturi ist größer als das zweite Venturi, und das Verhältnis von Durchsätzen durch das erste und das zweite Venturi beruht auf einem ersten Druck an einem Treibeinlass des ersten Venturis relativ zu einem zweiten Druck an dem Treibeinlass des zweiten Venturi. Bei Ablagern von Ruß an dem Metallfilter, der sich stromabwärts von dem zweiten Venturirohr an dem Abgasbypasskanal befindet, kann somit Abgasrückströmung zunehmen und ein Abgasströmungsverhältnis (CI) zwischen den zwei Venturirohren kann proportional steigen.
Bei 310 umfasst die Routine das Ermitteln, ob das Abgasströmungsverhältnis (CI) größer als ein vorbestimmter Schwellenwert ist. Hierin ist der Schwellenwert ein erster oberer Schwellenwert, oberhalb welchem der Metallfilter in dem Abgasbypasskanal eventuell regeneriert werden muss. Der obere Schwellenwert kann auf Motorbetriebsbedingungen beruhen, etwa Motorlast und/oder der Rußbeladung des ersten Filters. In einem Beispiel kann der obere Schwellenwert zum Regenerieren des zweiten Metallfilters eine Funktion eines oberen Schwellenwerts zum Regenerieren des ersten Filters sein. Alternativ kann der obere Schwellenwert ein fester Wert sein, der auf der spezifischen Konfiguration und den Maßen des Metallfilters beruht. Wenn CI niedriger als der obere Schwellenwert ist, rückt die Routine zu 312 vor, um den Schalter des Stromkreises in der offenen Stellung zu halten. Ferner fährt das Steuergerät fort, das Abgasverhältnis zwischen den zwei Venturirohren zu überwachen. Wenn sich der Schalter des mit dem zweiten Metallfilter in dem zweiten Weg gekoppelten Stromkreises in der offenen Stellung befindet, fließt kein Strom durch den Schaltkreis und eine Regeneration des Metallfilters wird nicht ausgelöst.
Wenn das Abgasströmungsverhältnis (CI) zwischen den zwei Venturirohren höher als der obere Schwellenwert ist, rückt die Routine zu 314 vor, wo das Steuergerät (etwa Steuergerät 12 von 1) ein Signal sendet, um den Schalter des mit dem Metallfilter gekoppelten Stromkreises zu einer geschlossenen Stellung zu betätigen, um den Schaltkreis zu schließen. Bei Schließen des Schaltkreises fließt Elektrizität (d. h. elektrischer Strom) durch den Metallfilter und eine Regeneration des Filters beginnt. Auf diese Weise wird die Regeneration des zweiten Filters als Reaktion auf ein Verhältnis von Abgasdurchsatz durch das erste Venturirohr relativ zu dem zweiten Venturirohr, das höher als ein oberer Schwellenwert ist, ausgeführt. Wie vorstehend beschrieben wird der Metallfilter durch Schließen des Schaltkreises elektrisch erwärmt, was auf dem Filter abgelagerten Ruß effektiv verbrennt. Das Regenerieren des zweiten Filters wird fortgesetzt, wobei der Schalter des Stromkreises geschlossen ist und indem Elektrizität (Strom) durch den zweiten Filter fließt, bis das Abgasströmungsverhältnis zwischen dem ersten und dem zweiten Venturirohr niedriger als ein unterer Schwellenwert ist. Der untere Schwellenwert kann eine Funktion des oberen Schwellenwerts sein und kann eine Bedingung wiedergeben, bei der der zweite Filter ausreichend sauber ist. Somit kann der Schalter in der geschlossenen Stellung bleiben, bis die Regeneration des zweiten Metallfilters abgeschlossen ist. Während des Regenerationsprozesses nimmt das Abgasströmungsverhältnis zwischen den Venturirohren (CI) proportional zur Reduzierung der Rußbeladung ab.
Bei 316 umfasst die Routine das Ermitteln, ob das Abgasströmungsverhältnis (beruhend auf dem Ausgang der Drucksensoren) kleiner als ein vorbestimmter zweiter (unterer) Schwellenwert ist. Der untere Schwellenwert kann wie der obere Schwellenwert beruhend auf Motorbetriebsbedingungen angepasst werden, etwa Rußbeladung des ersten Filters sowie Porosität des zweiten kleineren Metallfilters. Wenn das Abgasströmungsverhältnis höher als der Strömungsverhältniswert des zweiten Schwellenwerts ist, geht die Routine zu 318, wo das Steuergerät mit dem Regenerationsprozess fortfährt, indem es den Schalter und folglich den Schaltkreis geschlossen hält.
Bei Bestätigen, dass das Abgasströmungsverhältnis niedriger als der zweite Schwellenwert ist, kann bei 320 der Regenerationsprozess gestoppt werden. Dabei kann das Steuergerät ein Signal senden, um den Schalter des Stromkreises, der mit dem Metallfilter gekoppelt ist, zu einer offenen Stellung zu betätigen. Dadurch fließt kein Strom mehr durch den Schaltkreis, was die Regeneration beendet. Auf diese Weise umfasst das Regenerieren des zweiten Filters das Schließen eines Schalters des Stromkreises und das Fließen von Elektrizität durch den zweiten Filter, bis das Verhältnis von Durchsätzen durch das erste und das zweite Venturi niedriger als ein unterer Schwellenwert ist.
Bei 322 umfasst die Routine das Ermitteln einer verstrichenen Zeit seit der letzten Regeneration des Metallfilters. Somit entspricht dies einem Zeitintervall zwischen der letzten Regeneration und einer aktuellen Regeneration des Metallfilters. Alternativ kann dies als eine Zeit ermittelt werden, die seit einem letzten Öffnen des Schalters verstrichen ist. Das Intervall wird ab Auslösen eines ersten Regenerationsvorgangs des zweiten Filters bis zu Auslösen eines zweiten, unmittelbar folgenden Regenerationsvorgangs des zweiten Filters ohne Regenerationen dazwischen gemessen. In einem Beispiel kann ein Zeitmesser gestartet werden, wenn eine Regeneration des Filters beendet ist (etwa wenn der Schalter bei 320 geöffnet wird), wobei der Zeitmesser gestoppt wird, wenn eine folgende Regeneration des Filters beendet ist (etwa wenn der Schalter während einer folgenden Iteration des Verfahrens 300 geöffnet wird). Die Zeitintervalle zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationen können in dem Speicher des Steuergeräts gespeichert werden.
Bei 324 umfasst die Routine das Abrufen des Zeitintervalls für den vorherigen Zyklus. In einem anderen Beispiel kann eine mittlere Dauer zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationsvorgängen des Metallfilters über eine Dauer oder eine Strecke eines Fahrzeugbetriebs oder eine Schwellenanzahl von Motorzyklen ermittelt werden. Die Anzahl von vorherigen Zyklen, die zum Ermitteln des mittleren Zeitintervalls verwendet wird, kann variiert werden.
Bei 326 umfasst die Routine das Vergleichen des aktuellen Zeitintervalls (bei 322 ermittelt) mit einem Schwellenzeitintervall, wobei der Schwellenwert das Zeitintervall für den vorherigen Zyklus (oder das abgerufene mittlere Zeitintervall), das bei 324 ermittelt wurde, umfasst. Das Intervall wird ab Auslösen eines ersten Regenerationsvorgangs des zweiten Filters bis zu Auslösen eines zweiten, unmittelbar folgenden Regenerationsvorgangs des zweiten Filters gemessen. Während eines Standardmotorbetriebs und bei Arbeiten des DPF ohne Degradation kann die auf dem Metallfilter nach jedem Regenerationszyklus abgelagerte Rußmenge vergleichbar sein, was zu intermittierenden Regenerationen mit einer symmetrischen Periodizität führt. Bei Alters- und Haltbarkeitsproblemen kann aber bei Degradieren des DPF eine zunehmende Rußmenge ungefiltert aus dem DPF entweichen und sich durch das Abgasrohr stromabwärts bewegen. Diese vermehrte Rußbeladung kann sich teilweise auf dem Metallfilter sammeln, und infolge muss der Metallfilter eventuell häufiger regeneriert (gereinigt) werden.
Bei 328 ermittelt die Routine, ob das aktuelle Zeitintervall kleiner als der Schwellenwert ist. Wenn das Zeitintervall nicht kleiner als der Schwellenwert ist, kann bei 330 ermittelt werden, dass der DPF nicht degradiert ist. Bei 332 kann als Reaktion darauf, dass das Zeitintervall größer als ein Schwellenzeitintervall ist, eine Regeneration des Partikelfilters in der Motorabgasleitung mittels eines oder mehrerer von: einer Spätverstellung der Zündung und Verringern eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses eingeleitet werden, wenn die Regenerationsbedingungen des Partikelfilters erfüllt sind.
Wenn das Zeitintervall kleiner als der Schwellenwert ist, rückt die Routine zu 334 vor, um Degradation des DPF anzuzeigen. Zum Beispiel kann angezeigt werden, dass ein Leck, Loch, Riss oder anderer Schaden am DPF vorliegt. Das Anzeigen kann das Setzen eines Flags oder Diagnosecodes oder das Aktivieren einer Fehlfunktionswarnleuchte umfassen, um den Fahrer darauf hinzuweisen, dass der DPF degradiert ist und ausgetauscht werden muss. Auf diese Weise wird eine Degradation eines DPF als Reaktion darauf anzeigt, dass das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationen eines zweiten Filters, der sich stromabwärts des DPF befindet, kleiner als eine Schwellendauer ist.
Bei 336 kann als Reaktion auf das Anzeigen von Degradation das Steuergerät den Betrieb eines oder mehrerer Motoraktoren anpassen, um Motorbetrieb anzupassen. Zum Beispiel kann als Reaktion auf das Anzeigen von Degradation das Steuergerät eine Motordrehzahl oder -last begrenzen (z. B. durch Reduzieren eines Öffnens einer Einlassdrossel), eine Motordrehmomentausgangsleistung begrenzen und/oder Ladedruck reduzieren (z. B. durch Öffnen eines mit einer Abgasturbine gekoppelten Ladedruckregelventils oder eines mit einem Ansaugverdichter gekoppelten Bypassventils).
Auf diese Weise kann Motorbetrieb beruhend auf Degradation eines Partikelfilters, der in einer Motorabgasleitung stromaufwärts eines ersten Venturi positioniert ist, angepasst werden, wobei die Degradation beruhend auf einem Zeitintervall zwischen einer ersten Regeneration und einer zweiten Regeneration eines Metallfilters, der stromabwärts eines zweiten Venturis in einem Abgasbypass positioniert ist, ermittelt wird, wobei der Abgasbypass über dem ersten Venturi und außerhalb des Abgaskanals angeschlossen ist. Die erste und die zweite Regeneration beruhen auf einem Verhältnis von Durchsätzen über dem ersten und dem zweiten Venturi.
4 zeigt eine beispielhafte Betriebssequenz 400, die einen mit einer sekundären Rußsensorbaugruppe (z. B. etwa der in 2 gezeigten sekundären Rußsensorbaugruppe 200) arbeitenden Motor und Regenerieren eines Metallfilters der Strömungsbaugruppe zeigt. Das Verfahren zeigt das Regenerieren des Metallfilters beruhend auf Abgasströmungsverhältnis zwischen zwei Venturirohren der Baugruppe und das Anzeigen von Degradation eines stromaufwärts befindlichen Partikelmaterialfilters beruhend auf einem Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationen des Metallfilters. Die Horizontale (x-Achse) gibt die Zeit an, und die vertikalen Markierungen t1–t8 kennzeichnen wesentliche Zeiten im Betrieb der Rußsensorbaugruppe.
Die erste grafische Darstellung von oben zeigt Rußablagerung (Linie 402) an dem Metallpartikelfilter (MPF) über Zeit (hierin auch als die MPF-Beladung bezeichnet). Der obere und der untere Grenzwert sind durch Strichlinien 404 bzw. 406 markiert. Die zweite grafische Darstellung (Linie 408) zeigt die Änderung des Abgasströmungsverhältnisses (CI) zwischen dem ersten und dem zweiten Venturirohr, berechnet unter Verwenden von Messungen von Drucksensoren, die zwischen dem Treibeinlass und dem Hals der jeweiligen Venturirohre angeschlossen sind. Die Schwellenwerte Hoch und Niedrig des Abgasströmungsverhältnisses zwischen den Venturirohren sind durch die Strichlinien 410 bzw. 412 gezeigt. Die dritte grafische Darstellung (Linie 414) zeigt die Stellung eines Stromschalters eines mit dem Metallfilter gekoppelten Schaltkreises. Die vierte grafische Darstellung (Linie 416) zeigt Regeneration des MPF, und die untere grafische Darstellung (Linie 418) zeigt ein Flag, das anzeigt, ob der DPF degradiert ist oder nicht.
Vor Zeitpunkt t1 nimmt bei Umleiten eines Teils von Abgas von stromabwärts eines DPF in den Abgasbypasskanal eine Rußbeladung an dem Metallfilter in der stromabwärts befindlichen Rußsensorbaugruppe allmählich zu (Linie 402). Wenn die Rußbeladung an dem Metallfilter steigt, nimmt eine Abgasströmung durch das zweite Venturi in dem Bypass stromaufwärts des Metallfilters relativ zu Abgasströmung durch das erste Venturi in dem Abgaskanal ab. Wenn die Rußbeladung des Metallfilters zunimmt, wird folglich ein entsprechender Anstieg des Abgasströmungsverhältnisses zwischen den zwei Venturirohren (Linie 408) beobachtet. D. h. der Anstieg des Abgasströmungsverhältnisses ist proportional zu dem Anstieg der Rußbeladung an dem Metallfilter. Somit liegt vor t1 die Rußbeladung unter dem Grenzwert 404, während das Abgasströmungsverhältnis unter dem oberen Schwellenwert 410 liegt. Während dieser Zeit wird ein Schalter des Stromkreises der Rußbaugruppe offen gehalten und der Metallfilter regeneriert nicht. Wenn sich der Schalter in dem offenen Zustand befindet, ist der Schaltkreis offen und es fließt kein Strom dadurch. Wenn sich zum Vergleich der Schalter in dem geschlossenen Zustand befindet, ist der mit dem Metallfilter gekoppelte Stromkreis geschlossen und es fließt Strom durch diesen. Bei t1 wird als Reaktion darauf, dass das Abgasströmungsverhältnis den oberen Schwellenwert 410 erreicht, der Schalter geschlossen, elektrischer Strom beginnt durch den Schaltkreis zu fließen und es wird eine Regeneration des Metallfilters ausgelöst. Ferner wird bei Auslösen des Regenerationsvorgangs ein Zeitmesser gestartet.
Zwischen t1 und t2 liegt eine Abnahme des Abgasströmungsverhältnisses vor, woraus gefolgert werden kann, dass die MPF-Beladung abnimmt. Bei t2 kann als Reaktion darauf, dass das Abgasströmungsverhältnis den unteren Schwellenwert 412 erreicht, gefolgert werden, dass die Rußbeladung des Metallfilters ausreichend reduziert wurde, und eine Regeneration des Filters wird durch Betätigen des Schalters des Stromkreises zu der offenen Stellung beendet. Auf diese Weise beruht eine Regeneration des zweiten Filters auf dem Verhältnis von Durchsätzen durch das erste und das zweite Venturirohr und umfasst das Auslösen von Regeneration des zweiten Filters, wenn das Verhältnis höher als ein oberer Schwellenwert ist, und das Beenden der Regeneration des zweiten Filters, wenn das Verhältnis niedriger als ein unterer Schwellenwert ist.
Nach t2 und vor t3 steigt das Abgasströmungsverhältnis, was einen Anstieg der Metallfilter-Rußbeladung anzeigt. Während dieser Zeit bleibt die Regeneration mit dem Schalter in der offenen Stellung deaktiviert und das DPF-Degradations-Flag ist nicht gesetzt. Bei t3 wird ähnlich zu t1 als Reaktion darauf, dass das Abgasströmungsverhältnis den oberen Schwellenwert 410 erreicht, der Schalter geschlossen, elektrischer Strom fließt durch den Schaltkreis und es wird eine Regeneration des Metallfilters ausgelöst. An diesem Punkt wird der Zeitmesser gestoppt und das Steuergerät zeichnet das Zeitintervall auf, das zwischen dem Einsetzen der aktuellen MF-Regeneration (bei t3) und dem Einsetzen der vorherigen Metallfilterregeneration (bei t1) verstrichen ist. Das Zeitintervall t1–t3 wird mit I1 bezeichnet.
Wenn das Zeitintervall I1 kleiner als ein Schwellenzeitintervall ist, dann kann der DPF degradiert sein. Insbesondere kann ermittelt werden, dass aus dem DPF Ruß auf den Metallfilter entweicht, was ein häufigeres Regenerieren des Metallfilters erfordert. Das Schwellenzeitintervall kann auf einem mittleren Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationsvorgängen für eine vorab festgelegte Anzahl von Regenerationsvorgängen und/oder für eine vorab festgelegte Dauer oder Strecke einer Fahrzeugfortbewegung/eines Motorbetriebs und/oder eine vorab festgelegte Anzahl von Motorzyklen beruhen. Zum Beispiel kann das Schwellenzeitintervall auf einer Zeit beruhen, die zwischen Beenden eines Regenerationsvorgangs unmittelbar vor einer ersten Regeneration (etwa der ersten Regeneration bei t1) und Beenden der ersten Regeneration verstrichen ist, und das Zeitintervall zwischen der ersten Regeneration und einer zweiten Regeneration (etwa der zweiten Regeneration bei t3) des Metallfilters umfasst eine Zeit, die zwischen Beenden der ersten Regeneration und Beenden der zweiten Regeneration verstrichen ist. In dem aktuellen Beispiel ist I1 größer als der Schwellenwert und das Degradations-Flag für den DPF wird in dem Zustand AUS gehalten. Der Zeitmesser wird bei Auslösen des nächsten Regenerationsvorgangs bei t3 erneut gestartet. Ferner kann aufgrund des fehlenden Hinweises auf Degradation eine Regeneration des DPF aktiviert werden, wenn Bedingungen erfüllt sind, etwa wenn eine Rußbeladung des DPF als ausreichend hoch ermittelt wird.
Zwischen t3 und t4 liegt eine Abnahme des Abgasströmungsverhältnisses vor, was anzeigt, dass die MPF-Beladung während dieses Intervalls proportional abnimmt. Bei t4 kann, wenn der Abgasströmungsverhältniswert den unteren Schwellenwert 412 erreicht, gefolgert werden, dass die Rußbeladung des MPF ausreichend reduziert wurde. An diesem Punkt ist die Regeneration des MPF abgeschlossen und wird durch Betätigen des Schalters des Stromkreises zu der offenen Stellung beendet. Der Zeitmesser zeichnet die verstrichene Zeit weiter auf.
Nach t4 und vor t5 steigt das Abgasströmungsverhältnis, bis es bei t5 den oberen Schwellenwert 410 erreicht, was Regeneration auslöst. Es kann gefolgert werden, dass während dieses Zeitraums die Rußbeladung, die sich auf dem MPF ablagert, ebenfalls zunimmt. Bei t5 wird durch Betätigen des Schalters zu der geschlossenen Stellung eine Regeneration ausgelöst. An diesem Punkt zeichnet der Zeitmesser das Zeitintervall zwischen dem Einsetzen der aktuellen Regeneration des Metallfilters (bei t5) und dem der vorherigen MPF-Regeneration (bei t3) auf. Das Zeitintervall t3–t5 ist durch I2 gekennzeichnet. Das Zeitintervall I2 wird mit I1 und/oder einem Schwellenwert verglichen. Wenn dieses Zeitintervall kleiner als das Schwellenzeitintervall ist, dann kann der DPF degradiert sein. In dem aktuellen Beispiel ist I2 größer als I1 und das Degradations-Flag wird in dem Zustand AUS gehalten. Mit dem Einsetzen des Regenerationsvorgangs bei t5 wird der Zeitmesser neu gestartet.
Zwischen t5 und t6 setzt sich die Regeneration des MPF fort und der Abgasströmungsverhältniswert nimmt ab, bis er den unteren Schwellenwert 412 erreicht, wo gefolgert werden kann, dass der Rußwert an dem Metallfilter auf den unteren Grenzwert gesunken ist. Bei t6 ist die Regeneration abgeschlossen und der Schalter für den Stromkreis wird geöffnet. Während dieser Zeit zeichnet der Zeitmesser die verstrichene Zeit weiter auf.
Mit offenem Schaltkreis wird die MPF-Regeneration unterbrochen, und, wie bei vorherigen Zeitzyklen zu sehen war, sieht man das Abgasströmungsverhältnis als Reaktion auf die Rußansammlung an dem MPF zwischen t6 und t7 steigen. Bei t7 erreicht das Abgasströmungsverhältnis den oberen Schwellenwert 410, und als Reaktion wird der Schalter zu einer geschlossenen Stellung betätigt, was den Regenerationsprozess startet. Das Zeitintervall zwischen der aktuellen und der vorherigen Regeneration I3 wird durch den Zeitmesser als Zeitdifferenz zwischen t5 und t7 festgehalten. Die verstrichene Zeit wird mit dem Zeitintervall für den letzten Regenerationszyklus I2 verglichen. In dem dargestellten Beispiel wird das aktuelle Zeitintervall I3 kürzer als I2 sowie I1 und/oder ein Schwellenwert (beruhend auf mindestens I2) ermittelt. Als Reaktion darauf, dass das Zeitintervall für den aktuellen Regenerationszyklus kleiner als das Zeitintervall für einen vorherigen Regenerationszyklus (oder eine Schwellendauer) ist, kann daher angezeigt werden, dass der DPF degradiert ist, indem bei t7 ein Flag gesetzt wird (wie bei der grafischen Darstellung 418 gezeigt). Dann kann das Steuergerät Motoraktoren des Motorsystems nutzen, um als Reaktion auf die Degradation des DPF einen Motordrehmomentausgang zu reduzieren oder zu begrenzen. Als Reaktion auf das Anzeigen von Degradation kann zum Beispiel eine Regeneration des DPF deaktiviert werden und Motorbetrieb kann durch Spätverstellen des Zündzeitpunkts und/oder fettes Auslegen des Abgases angepasst werden. Die Regeneration des Metallfilters kann jedoch weiter ablaufen.
Bei t7 und vor t8 fährt der MPF-Regenerationsprozess mit geschlossenem Stromkreis fort. Es liegt eine Reduzierung des Abgasströmungsverhältnisses vor, was ein Abbrennen von auf dem Metallfilter abgelagertem Ruß anzeigt. In dieser Phase wird aber der DPF weiter degradiert und die DPF-Regeneration bleibt weiter ausgesetzt. Bei t8 ist die Metallfilterregeneration abgeschlossen, wenn das Abgasströmungsverhältnis den unteren Schwellenwert 412 erreicht. Nach t8 lagert sich jedoch Ruß weiter an dem MPF ab, der Rußwert kann aufgrund von Anpassungen, die von dem Steuergerät im Motor vorgenommen werden, relativ niedrig bleiben, um den Ausstoß von Abgasruß insgesamt zu verringern. Auf diese Weise wird beruhend auf der Regenerationszeit eines Metallfilters, der stromabwärts des DPF angeschlossen ist, DPF-Degeneration diagnostiziert.
Die in 2 gezeigte Rußsensorbaugruppe 200 weist Venturi entlang des Abgasrohrs und des Bypasskanals auf. Das erste Venturi und das zweite Venturi der Rußsensorbaugruppe 200 sind jeweils mit Drucksensoren gekoppelt, um zum Ermitteln von Filterdegradation ein Durchsatzverhältnis zwischen den zwei Venturis zu beurteilen. 5 zeigt eine schematische Ansicht einer anderen Ausführungsform einer sekundären Rußsensorbaugruppe 500, die auf Druckdifferenz zwischen zwei Stellen entlang eines Abgasrohrs beruht, um Filterdegradation zu beurteilen. Im Gegensatz zur Rußsensorbaugruppe 200 weist die in 5 gezeigte Rußsensorbaugruppe 500 ein Abgasrohr gleichmäßigen Durchmessers stromabwärts eines DPF und einen Kanal gleichmäßigen Durchmessers außerhalb des Abgasrohrs auf. Direkt mit dem Abgasrohr und dem Kanal außerhalb des Abgasrohrs gekoppelte Drucksensoren können Druck messen und ein auf Druckdifferenz beruhendes System zum Diagnostizieren von Filterdegradation vorsehen. Durch Vertrauen auf die Druckdifferenz an den zwei Stellen statt auf das Abgasströmungsverhältnis, um Filterdegradation zu ermitteln, kann die Herstellung der Rußsensorbaugruppe weniger komplex sein, da auf die Venturis in dem System verzichtet werden kann. Ferner kann die nachstehend beschriebene Ermittlung der Differenz des statischen Drucks rechnerisch weniger aufwändig sein und kann unter bestimmten Bedingungen, etwa Bedingungen geringer Abgasströmung, genauer sein.
In einem Beispiel kann die Rußsensorbaugruppe 500 eine Ausführungsform der Rußsensorbaugruppe 90 von 1 sein und kann daher gemeinsame Merkmale und/oder Konfigurationen, wie sie bereits für die Rußsensorbaugruppe 90 beschrieben wurden, aufweisen. Die sekundäre Rußsensorbaugruppe 500 kann mit einem Abgasrohr 504 fluidisch gekoppelt werden. Das Abgasrohr 504 kann einen ersten Filter 501 umfassen. In einem Beispiel kann der erste Filter 501 ein großer Diesel- oder Benzin-Partikelmaterialfilter mit einer hohen Rußkapazität sein. Die sekundäre Rußsensorbaugruppe 500 kann stromabwärts des ersten Filters 501 mit dem Abgasrohr 504 gekoppelt werden. Zum Beispiel können der erste Filter 501 und das Abgasrohr 504 Beispiele für den Partikelfilter 72 und das Abgasrohr 48 von 1 sein.
Von dem Motor strömendes Abgas tritt durch den ersten Filter 501 und erreicht die sekundäre Rußsensorbaugruppe 500, die sich entlang des Abgasrohrs 504 weiter stromabwärts befindet. Pfeile durchgehender Linie zeigen eine Richtung der Abgasströmung in dem Abgasrohr 504 an dem ersten Filter 501 vorbei an.
Mindestens ein Teil des durch das Abgasrohr 504 strömenden Abgases kann mittels eines Einlassrohrs 506 in die sekundäre Rußsensorbaugruppe 500 umgeleitet werden. Das Einlassrohr führt zu einem Abgasbypasskanal 514 außerhalb des Abgasrohrs 504. Der Bypasskanal 514 endet in einem Auslassrohr 536 außerhalb des Abgasrohrs 504. Das Auslassrohr 536 leitet die Abgasströmung stromabwärts des Einlassrohrs 506 zurück zu dem Abgasrohr 504. Der Bypasskanal 514 zwischen dem Einlassrohr 506 und dem Auslassrohr 536 kann gerade und von gleichmäßigem Durchmesser sein.
Ein Abschnitt sowohl des Einlassrohrs 506 als auch des Auslassrohrs 536 ist innen mit dem Abgasrohr 504 gekoppelt, und ein verbleibender Abschnitt sowohl des Einlassrohrs 506 als auch des Auslassrohrs 536 ist außen mit dem Abgasrohr 504 gekoppelt. Das Einlassrohr 506 erstreckt sich durch die Außenwand des Abgasrohrs 504 und ins Innere des Abgasrohrs 504. In einem Beispiel ist jeweils der Abschnitt des Einlassrohrs 506 und des Auslassrohrs 536 innen im Abgasrohr 504 kleiner als der verbleibende Abschnitt des Einlassrohrs 506 und des Auslassrohrs 536 außerhalb des Abgasrohrs 504. In dem dargestellten Beispiel weist das Auslassrohr 536 relativ zu dem Einlassrohr 506 eine kürzere Länge auf. Ferner ist der Abschnitt des Auslassrohrs 536, der innen in das Abgasrohr 504 taucht, kleiner als der Abschnitt des Einlassrohrs 506, der innen in das Abgasrohr 504 taucht.
Das Einlassrohr 506 umfasst an einer Seite des Einlassrohrs in dem Abgasrohr 504 und nahe dem ersten Filter 501 mehrere Perforationen 508. Die Perforationen 508 weisen zum ersten Filter 501 und in die Richtung der eintreffenden Abgasströmung. An der gegenüberliegenden Seite (Wand) des Einlassrohrs 506 finden sich keine Perforationen. Infolge dieser Konfiguration können aggregierte Partikel und Wassertropfen in dem Abgas auf die Innenfläche des Einlassrohrs prallen und in das Abgasrohr freigesetzt werden, ohne ein Ansprechvermögen der Rußerfassungsbaugruppe zu beeinträchtigen.
Die Mittellinie des Einlassrohrs 506 ist senkrecht zur Mittellinie des Abgasrohrs 504, und die Perforationen 508 befinden sich vollständig in dem Abgasrohr 504.
Verglichen mit dem Auslassrohr 536 können mehr Perforationen auf dem Einlassrohr 506 ausgebildet sein. In einem Beispiel können an dem Auslassrohr 536 wie dargestellt keine Perforationen vorhanden sein. Eine Perforation 510 befindet sich am Boden des Einlassrohrs 506 in dem Abgasrohr 504. Die Perforation 510 ist senkrecht zu den Perforationen 508 an dem Einlassrohr 506 angeordnet. Ein Durchmesser der Perforationen an der Seitenwand des Einlassrohrs kann eingestellt werden, um zusammengeballte Partikel und Wassertropfen in dem Abgas auf eine Seite des Einlassrohrs in dem Abgasrohr und zu dem ersten Filter 501 auftreffen zu lassen, wobei die zusammengeballten Partikel von dem Einlassrohr mittels einer Perforation 510 an einem Boden des Einlassrohrs in das Abgasrohr freigesetzt werden. Auf diese Weise können die zusammengeballten Partikel und Wassertropfen dann mittels einer Perforation 510 an einem Boden des Einlassrohrs von dem Einlassrohr 506 in das Abgasrohr freigesetzt werden, was eine Kontamination des Abgasbypasskanals 514 reduziert, wodurch die Genauigkeit der sekundären Rußsensorbaugruppe 500 verbessert wird.
Ein Teil des Abgases kann von dem Abgasrohr 504 in das Einlassrohr 506 (durch einen einzelnen ausgefüllten Pfeil, der nach oben weist, gezeigt) und von dem Einlassrohr 506 in den Abgasbypasskanal 514 strömen. Die Abgasströmungsrichtung durch das Einlassrohr 506 und das Auslassrohr 536 ist im Wesentlichen senkrecht zu einer Richtung von Abgasströmung durch das Abgasrohr 504. Der Abschnitt des Einlassrohrs 506, der sich außerhalb des Abgasrohres 504 befindet, weist gegenüber dem Teil des Einlassrohrs 506, der sich in dem Abgasrohr 504 befindet, eine niedrigere Temperatur auf. Der Temperaturabfall kann ein Kondensieren des Wasserdampfes in dem Abgas an den Oberflächen des Einlassrohrs 506 hervorrufen. Das Kondensat kann durch die Perforation 510 zurück in das Abgasrohr 504 fallen, wodurch das Eindringen von Wassertropfen in die sekundäre Rußsensorbaugruppe 500 reduziert wird.
Mit dem Abgasrohr 504 kann ein erster Drucksensor 586 gekoppelt sein. In einem Beispiel kann sich der erste Drucksensor 586 an einer ersten Stelle 588 stromabwärts des ersten Filters 501, stromabwärts des Einlassrohrs 506, das an das Auslassrohr 504 koppelt, in der Nähe des Auslassrohrs 536, das an das Abgasrohr 504 koppelt, befinden. Zum Beispiel kann sich die erste Stelle 588 entlang einer Mittelachse des Auslassrohrs 536 befinden. Der erste Drucksensor 586 kann an der ersten Stelle 588 statischen Abgasdruck schätzen. Die erste Stelle 588 und die Mitte des Ausgangs des Bypassströmungsauslassrohrs 536 befinden sich in der gleichen Querschnittsebene des Abgasrohrs 504, so dass das Auslassrohr 536 mit dem Abgasrohr fluidisch gekoppelt und positioniert ist, um an der ersten Stelle Abgas auszustoßen. Durch Auslegen, dass sich das Auslassrohr 536 nahe der ersten Stelle fluidisch öffnet, kann Abgasbypassströmung an der ersten Stelle zurück in das Abgasrohr geleitet werden, was an der ersten Stelle mehr Druck als an anderen Stellen entlang des Abgasrohrs, etwa vor dem Koppeln des Auslassrohrs an das Abgasrohr, erzeugt. Der erste Drucksensor 586 kann den statischen Druck an der ersten Stelle 588, stromabwärts des ersten Filters 501 und stromabwärts des Koppelns des Einlasses 506 an das Abgasrohr 504 messen.
Entlang des geraden Abschnitts des Bypasskanals 514 kann, wie in 5 gezeigt, ein Metallpartikelfilter (MPF) 554 eingebaut werden. Der MPF 554 kann von geringerer Porosität als der erste Filter 501 sein, wobei er die Rußpartikel zurückhält, die durch den ersten Filter 501 treten können. Der Metallpartikelfilter (MPF) 554 ist über den geraden Abschnitt des Bypasskanals 514 stromaufwärts eines zweiten Drucksensors 584 befestigt. Der MPF 554 zeigt senkrecht zur Richtung der Abgasströmung in den Bypasskanal 514, so dass das Abgas durch den MPF 554 strömt. In einem Beispiel ist der MPF 554 verglichen mit dem ersten Filter 501 kleiner und befindet sich außerhalb des Abgasrohrs 504, während der erste Filter 501 in dem Abgasrohr 504 aufgenommen ist. Die Fläche des MPF 554 kann flach und/oder scheibenförmig sein, wobei sie Metallfasern umfasst. Der Metallfilter hält Ruß und Partikelmaterial effektiv in seinen Poren zurück, während Abgas von dem Einlassrohr 506 durch den Bypasskanal 514 zu dem Auslassrohr 536 strömt. Der Teil des Abgases, der aus dem ersten Filter 501 austritt und durch das Abgasrohr 504 tritt, ohne in das Einlassrohr 506 einzudringen, passiert das Abgasrohr 504, ohne durch zusätzliche Filter zu strömen, zumindest bis das Abgas den ersten Drucksensor 586 passiert.
Stromabwärts des MPF 554 kann entlang des geraden Abschnitts des Bypasskanals 514 der zweite Drucksensor 584 eingebaut sein, um an einer zweiten Stelle 590 den statischen Druck zu messen. Die zweite Stelle 590 entlang des Bypasskanals 514 kann näher an dem Auslassrohr 536 als an dem Einlassrohr 506 sein. Der zweite Drucksensor 584 kann den statischen Druck aufgrund von Abgasströmung entlang des Bypasskanals 514 stromabwärts des Metallfilters 554 an der zweiten Stelle 590 messen.
Der MPF 554 kann mit einem Schaltkreis 556, der einen Schalter 558 und eine Stromquelle 555 umfasst, elektrisch gekoppelt sein. In dem gezeigten Beispiel umfasst die Stromquelle 555 eine Batterie (oder einen Batteriepack). Der Schalter 558 kann zwischen einer offenen Stellung, die durch eine durchgehende Linie angedeutet ist, und einer geschlossenen Stellung, die durch eine Strichlinie angedeutet ist, umgeschaltet werden. Wenn der Schalter 558 zu der geschlossenen Stellung bewegt wird, etwa wenn die Regenerationsbedingungen des MPF 554 erfüllt sind (zum Beispiel wenn die Druckdifferenz unter den Schwellenwert fällt, was anzeigt, dass Partikelmaterialbeladung an dem MPF über dem Schwellenwert liegt), wird der Schaltkreis 556 geschlossen und es kann ein elektrischer Strom (von der Stromquelle 555 bezogen) durch den Metallfilter 554 fließen, was an dem Filter einen Temperaturanstieg hervorruft. Die erzeugte Wärme kann genutzt werden, um den Metallfilter 554 durch Abbrennen von über einen Zeitraum an der Metallfilterfläche zurückgehaltenem Ruß zu regenerieren. Zu anderen Zeiten als während Regeneration des Metallfilters 554 kann der Schalter 558 in der offenen Stellung belassen werden.
Eine Druckdifferenz zwischen dem Druck der Abgasströmung, der von dem zweiten Drucksensor 584 erfasst wird, und dem Druck der Abgasströmung, der von dem ersten Drucksensor 586 erfasst wird, kann mittels der nachstehend dargestellten Gleichung 3 berechnet werden.
In Gleichung 3 stellt ΔP eine Druckdifferenz zwischen Druck P₀, der von dem zweiten Drucksensor 584 erfasst wird, und Druck
der von dem ersten Drucksensor 586 erfasst wird, dar.
Solange der MPF nicht vollständig verstopft ist, kann Abgas entlang des Bypasskanals 514 stromabwärts des MPF 554 hin zu dem zweiten Drucksensor 584 strömen. Der Druck P₀ an der zweiten Stelle 590 ist allgemein höher als der Druck an der ersten Stelle 588 in dem Abgasrohr 504. Der Druck ist an jeder vorgegebenen Stelle umgekehrt proportional zur Fläche der Stelle. Da die Fläche des Abgasrohrs an der ersten Stelle größer als die Fläche des Kanals an der zweiten Stelle sein kann, ist Druck P₀ allgemein größer als Druck
sofern der MPF 554 nicht blockiert ist. Somit ist die Druckdifferenz ΔP zwischen dem Druck P₀ an der zweiten Stelle 590 und dem Druck
an der ersten Stelle 588, die mithilfe der Gleichung 3 berechnet wird, eine positive Zahl. Wenn die Rußbeladung andauert, kann der MPF 554 in einer Weise verstopft werden, dass durch den Metallfilter hin zu dem stromabwärts befindlichen zweiten Drucksensor 584 an der zweiten Stelle 590 minimal Abgas strömt, was in dem Bypasskanal stromabwärts des Metallfilters eine Unterdruckwirkung erzeugt. Dadurch kann der statische Druck P₀ an der zweiten Stelle 590 niedriger als der Druck
an der ersten Stelle 588 sein und die auf Gleichung 3 beruhende Druckdifferenz kann null oder negativ sein.
Wenn sich über einen Zeitraum in dem Metallfilter Ruß sammelt, nimmt Abgasrückströmung zu, was den Druck P₀ an der zweiten Stelle 590 senkt. Folglich sinkt die Druckdifferenz ΔP. Wenn die Druckdifferenz ΔP zwischen der zweiten Stelle 590 und der ersten Stelle 588 entlang des Abgasrohrs einen ersten (unteren) Schwellenwert erreicht, kann der MPF 554 durch Schließen des Schalters in 558 in dem Schaltkreis 556 regeneriert werden. Im Einzelnen kann ein Steuergerät die Regeneration des MPF 554 auslösen, wenn die Druckdifferenz ΔP gleich null oder negativ ist, was auf einen blockierten MPF 554 hinweisen kann, und das Steuergerät kann die Regeneration des MPF 554 beenden, wenn die Druckdifferenz ΔP ein positiver Zahlenwert ist, was an der zweiten Stelle 590 auf einen höheren Druck verglichen mit dem Druck an der ersten Stelle 588 hinweist.
Als Reaktion auf die Druckdifferenz zwischen dem Druck an der zweiten Stelle 590 und bei dem Druck an der ersten Stelle 588 kann das Motorsteuergerät somit ein Signal senden, um Schalter 558 des Stromkreises 556 zu der geschlossenen Stellung zu betätigen. Beim Schließen des Schalters 558 wird der Stromkreis geschlossen und Strom fließt durch den Metallfilter 554, was einen Temperaturanstieg hervorruft. Die erzeugte Wärme beginnt die Rußablagerung abzubrennen und den Metallfilter 554 zu regenerieren. Wenn die Rußablagerung abnimmt, beginnt Abgas durch den Metallfilter hin zu dem stromabwärts befindlichen zweiten Drucksensor 584 zu strömen, was den Druck P₀ an der zweiten Stelle 590 anhebt. Die Druckdifferenz ΔP beginnt zuzunehmen, wobei sie sich einem positiven Wert nähert. Wenn die Druckdifferenz ΔP bei einem vorbestimmten zweiten (oberer) Schwellenwert liegt, kann gefolgert werden, dass der Metallfilter 554 ausreichend regeneriert wurde, und das Steuergerät sendet ein Signal, um den Schalter 558 des Schaltkreises 556 zu der offenen Stellung zu betätigen, was ein weiteres Fließen von Strom und Filtergeneration stoppt.
Wenn der DPF degradiert ist, kann sich mehr Ruß stromabwärts durch das Abgasrohr 504 zu der sekundären Rußsensorbaugruppe 500 hinbewegen. Dadurch sammelt sich Ruß bei einer erhöhten Rate an dem Metallfilter 554 und eine Regeneration des Metallfilters 554 muss häufiger ausgeführt werden. Durch Überwachen eines Intervalls zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationen des Metallfilters kann somit Degradation oder Lecken des DPF ermittelt werden.
In einer Ausführungsform kann die in 2 gezeigte Rußsensorbaugruppe 200 kombiniert mit der in 5 gezeigten Rußsensorbaugruppe 500 vorliegen. Die Rußsensorbaugruppe 200 mit dem mit dem Drucksensor 284 gekoppelten ersten Venturi 212 kann zusätzlich einen Drucksensor, etwa den in 5 gezeigten ersten Drucksensor 586, stromabwärts des ersten Venturi 212 in dem Abgasrohr umfassen. Der Kanal außerhalb des Abgasrohrs mit dem mit dem Drucksensor 286 gekoppelten zweiten Venturi 216 kann einen zusätzlichen Drucksensor (zum Beispiel den in 5 gezeigten Drucksensor 584) stromabwärts des zweiten Venturi 216 und stromabwärts des MPF 224 entlang des geraden Abschnitts des Kanals außerhalb des Abgasrohrs umfassen. Wie bereits unter Verweis auf 2–4 beschrieben wurde, kann das Durchsatzverhältnis zwischen dem ersten Venturi und dem zweiten Venturi genutzt werden, um Filterdegradation zu bewerten und Filterregeneration zu regeln. Zusätzlich kann ein Druckdifferenzsystem, das auf der Differenz des Drucks, der von dem Drucksensor stromabwärts des ersten Venturi in dem Abgasrohr gemessen wird, und des Drucks, der von dem Drucksensor stromabwärts des zweiten Venturi und stromabwärts des MPF in dem Abgasbypasskanal gemessen wird, beruht, zum Beurteilen von MPF- und DPF-Degradation verwendet werden, wie anhand von 6 und 7 erläutert wird. In einem Beispiel kann das Druckdifferenzsystem als primäres System zum Bewerten von MPF- und DPF-Degradation dienen, und das Durchsatzverhältnis zwischen dem Durchsatz an dem ersten Venturi und dem zweiten Venturi kann als sekundäres System zum Schätzen von Filterdegradation oder umgekehrt dienen. Bei einem Drucksensorausfall an einer Stelle kann das Backup-System Filterdegradation beurteilen, um rechtzeitig Filterregeneration sicherzustellen. Zusätzlich kann in manchen Beispielen die anhand von 5 beschriebene Abgasdruckdifferenzermittlung während einer bestimmten Bedingung genauer als die bezüglich 2 beschriebene Abgasströmungsverhältnisermittlung sein, etwa während Bedingungen geringer Abgasströmung (z. B. Motorleerlaufbetrieb). Somit kann das Steuergerät während mancher Bedingungen Rußbeladung des MPF mithilfe der Druckdifferenzermittlung folgern, während es während anderer Bedingungen Rußbeladung des MPF mithilfe der Abgasströmungsverhältnisermittlung folgert. Zusätzlich oder alternativ kann das Steuergerät einen ersten Wert der Rußbeladung aus der Druckdifferenzermittlung folgern und einen zweiten Wert der Rußbeladung aus der Abgasströmungsverhältnisermittlung folgern und durch Mitteln des ersten und zweiten Werts der Rußbeladung eine Gesamtrußbeladung ermitteln.
5 zeigt beispielhafte Konfigurationen der Rußerfassungsbaugruppe mit relativer Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn sie einander direkt kontaktierend oder direkt gekoppelt gezeigt sind, dann können solche Elemente zumindest in einem Beispiel als direkt kontaktierend oder direkt gekoppelt bezeichnet werden. Analog können Elemente, die durchgehend oder aneinander angrenzend gezeigt sind, mindestens in einem Beispiel jeweils durchgehend oder aneinander angrenzend sein. Zum Beispiel können Komponenten, die zueinander in flächigem Kontakt liegen, in flächigem Kontakt stehend bezeichnet werden. Als weiteres Beispiel können Elemente, die voneinander getrennt positioniert sind, wobei nur ein Raum und keine anderen Komponenten dazwischen liegen, in mindestens einem Beispiel als solche bezeichnet werden.
6 zeigt ein beispielhaftes Verfahren 600 zum Diagnostizieren von Degradation eines Abgaspartikelfilters in einem Motorabgaskanal. In einem Beispiel kann das Verfahren 600 zum Diagnostizieren der Degradation des ersten Filters 501 entlang des Abgasrohrs 504 beruhend auf einer Regenerationshäufigkeit des zweiten Filters MPF 554, der in dem Bypasskanal 514 positioniert ist, verwendet werden, wie vorstehend anhand von 5 beschrieben ist. Befehle zum Ausführen des Verfahrens 600 und des Rests der hierin umfassten Verfahren können von einem Steuergerät beruhend auf Befehlen, die in einem Speicher des Steuergeräts gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Motorsystems erhalten werden, etwa dem vorstehend unter Verweis auf 5 beschriebenen ersten Drucksensor 586 und zweiten Drucksensor 584, ausgeführt werden. Das Steuergerät kann gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren Motoraktoren des Motorsystems nutzen, um Motorbetrieb anzupassen, etwa den Aktor zum Reduzieren von Motordrehmomentausgang.
Bei 602 umfasst die Routine das Schätzen und/oder Messen von aktuellen Motorbetriebsparametern. Die beurteilten Parameter können zum Beispiel Motorlast, Motordrehzahl, Fahrzeuggeschwindigkeit, Krümmerunterdruck, Drosselstellung, Abgasdruck, Luft/Kraftstoff-Verhältnis des Abgases, etc. umfassen. Die bewerteten Parameter können auch Partikelmaterialbeladung stromabwärts eines DPF, Dauer (oder Strecke) die seit einer letzten Regeneration des DPF verstrichen ist, etc. umfassen.
Bei 604 ermittelt die Routine den Druck an einer ersten Stelle entlang eines Abgasrohrs. Der Druck kann durch einen Drucksensor, der mit dem Abgasrohr an der ersten Stelle gekoppelt ist, geschätzt werden. In einem Beispiel kann der Druck an der ersten Stelle 588 entlang des Abgasrohrs 504 durch den Drucksensor 586 ermittelt werden, wie vorstehend anhand von 5 beschrieben wurde.
Bei 606 ermittelt die Routine den Druck an einer zweiten Stelle stromabwärts eines Filters entlang eines Bypasskanals eines Abgasrohrs. In einem Beispiel kann der Druck durch den zweiten Drucksensor 584 an der zweiten Stelle 590 stromabwärts des MPF 554 ermittelt werden, wie in 5 gezeigt ist.
Bei 608 umfasst die Routine das Ermitteln einer Druckdifferenz ΔP zwischen dem Druck an der zweiten Stelle und dem Druck an der ersten Stelle. Die Druckdifferenz kann mithilfe von Gleichung 3 geschätzt werden, wie vorstehend anhand von 5 beschrieben ist. Wenn sich an dem Metallfilter, der sich an dem Abgasbypasskanal befindet, Ruß ablagert, kann eine Abgasströmung durch den MPF hin zu dem stromabwärts befindlichen Drucksensor in dem Bypasskanal abnehmen, und somit kann die Druckdifferenz zwischen der zweiten Stelle und der ersten Stelle abnehmen, wobei sie sich null oder negativen Werten nähert.
Bei 610 umfasst die Routine das Ermitteln, ob die Druckdifferenz ΔP größer oder gleich einem vorbestimmten unteren Schwellenwert ist, wobei der untere Schwellenwert null oder eine negative Zahl sein kann. Hierin ist der untere Schwellenwert ein Schwellenwert, der anzeigt, dass der Metallfilter eine Rußbeladungskapazität erreicht hat, unterhalb welcher der Metallfilter in dem Abgasbypasskanal eventuell regeneriert werden muss. Der untere Schwellenwert kann auf Motorbetriebsbedingungen beruhen, etwa Motorlast und/oder der Rußbeladung des ersten Filters. Wenn die Druckdifferenz ΔP höher als der untere Schwellenwert ist, rückt die Routine zu 612 vor, um den Schalter des Stromkreises in der offenen Stellung zu halten, und die Routine macht eine Schleife zurück zu 610, um das Überwachen der Druckdifferenz zwischen den zwei Stellen fortzusetzen.
Wenn sich der Schalter des mit dem zweiten Metallfilter in dem Bypasskanal gekoppelten Stromkreises in der offenen Stellung befindet, fließt kein Strom durch den Schaltkreis und eine Regeneration des Metallfilters wird nicht ausgelöst.
Wenn die Druckdifferenz ΔP zwischen der zweiten Stelle und der ersten Stelle nicht größer als der untere Schwellenwert ist, rückt die Routine zu 614 vor, wo das Steuergerät (etwa Steuergerät 12 von 1) ein Signal sendet, um den Schalter des mit dem Metallfilter gekoppelten Stromkreises zu einer geschlossenen Stellung zu betätigen, um den Schaltkreis zu schließen. Bei Schließen des Schaltkreises fließt Elektrizität (d. h. elektrischer Strom) durch den Metallfilter und eine Regeneration des Filters beginnt. Auf diese Weise wird eine Regeneration des zweiten Metallfilters als Reaktion darauf, dass entlang des Abgasrohrs Druck an der zweiten Stelle kleiner als Druck an der ersten Stelle ist, ausgeführt. Wie vorstehend beschrieben wird der Metallfilter durch Schließen des Schaltkreises elektrisch erwärmt, was auf dem Filter abgelagerten Ruß effektiv verbrennt. Das Regenerieren des Metallfilters wird fortgesetzt, wobei der Schalter des Stromkreises geschlossen ist, und durch Fließen von Elektrizität (Strom) durch den Metallfilter, bis die Druckdifferenz zwischen der zweiten Stelle und der ersten Stelle höher als der höhere Schwellenwert ist. Somit kann der Schalter in der geschlossenen Stellung bleiben, bis die Regeneration des zweiten Metallfilters abgeschlossen ist.
Bei 616 umfasst die Routine das Ermitteln, ob die Druckdifferenz ΔP zwischen dem Druck an der zweiten Stelle und dem Druck an der ersten Stelle größer oder gleich einem vorbestimmten oberen Schwellenwert ist. Der obere Schwellenwert kann wie der untere Schwellenwert beruhend auf Motorbetriebsbedingungen angepasst werden, etwa Rußbeladung des ersten Filters sowie Porosität des zweiten kleineren Metallfilters. Wenn die Druckdifferenz ΔP geringer als der obere Schwellenwert ist, geht die Routine zu 618, wo das Steuergerät mit dem Regenerationsprozess fortfährt, indem es den Schalter und folglich den Schaltkreis geschlossen hält.
Bei Bestätigen bei 620, dass die Druckdifferenz größer oder gleich dem oberen Schwellenwert ist, kann der Regenerationsprozess gestoppt werden. Dabei kann das Steuergerät ein Signal senden, um den Schalter des Stromkreises, der mit dem Metallfilter gekoppelt ist, zu einer offenen Stellung zu betätigen. Dadurch fließt kein Strom mehr durch den Schaltkreis, was die Regeneration beendet. Auf diese Weise umfasst das Regenerieren des Metallfilters das Schließen eines Schalters des Stromkreises und das Fließen von Elektrizität durch den Metallfilter, bis die Druckdifferenz zwischen der zweiten Stelle und der zweiten Stelle über dem unteren Schwellenwert liegt.
Bei 622 umfasst die Routine das Ermitteln einer verstrichenen Zeit seit einer vorherigen Regeneration des Metallfilters. Somit entspricht dies einem Zeitintervall zwischen der vorherigen Regeneration und einer aktuellen Regeneration des Metallfilters. Alternativ kann dies als eine Zeit ermittelt werden, die seit einem letzten Öffnen des Schalters verstrichen ist. Das Intervall wird ab Auslösen eines ersten Regenerationsvorgangs des Metallfilters bis zu Auslösen eines zweiten, unmittelbar folgenden Regenerationsvorgangs des Metallfilters ohne Regenerationen dazwischen gemessen. In einem Beispiel kann ein Zeitmesser gestartet werden, wenn eine Regeneration des Filters beendet ist (etwa wenn der Schalter bei 620 geöffnet wird), und der Zeitmesser kann gestoppt werden, wenn eine folgende Regeneration des Filters beendet ist (etwa wenn der Schalter während einer folgenden Iteration des Verfahrens 600 geöffnet wird). Die Zeitintervalle zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationen können in dem Speicher des Steuergeräts gespeichert werden.
Bei 624 umfasst die Routine das Abrufen des Zeitintervalls für den vorherigen Zyklus. In einem anderen Beispiel kann eine mittlere Dauer zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationsvorgängen des Metallfilters über eine Dauer oder eine Strecke eines Fahrzeugbetriebs oder eine Schwellenanzahl von Motorzyklen ermittelt werden. Die Anzahl von vorherigen Zyklen, die zum Ermitteln des mittleren Zeitintervalls verwendet wird, kann variiert werden.
Bei 626 umfasst die Routine das Vergleichen des aktuellen Zeitintervalls (bei 622 ermittelt) mit einem Schwellenzeitintervall, wobei der Schwellenwert das Zeitintervall für den vorherigen Zyklus (oder das abgerufene mittlere Zeitintervall), das bei 624 ermittelt wurde, umfasst. Das Intervall wird ab Auslösen eines ersten Regenerationsvorgangs des Metallfilters bis zu Auslösen eines zweiten, unmittelbar folgenden Regenerationsvorgangs des Metallfilters gemessen. Während eines Standardmotorbetriebs und bei Arbeiten des DPF ohne Degradation kann die auf dem Metallfilter nach jedem Regenerationszyklus abgelagerte Rußmenge vergleichbar sein, was zu intermittierenden Regenerationen mit einer symmetrischen Periodizität führt. Bei Alters- und Haltbarkeitsproblemen kann aber bei Degradieren des DPF eine zunehmende Rußmenge ungefiltert aus dem DPF entweichen und sich durch das Abgasrohr stromabwärts bewegen. Diese vermehrte Rußbeladung kann sich teilweise auf dem Metallfilter sammeln, und infolge muss der Metallfilter eventuell häufiger regeneriert (gereinigt) werden.
Bei 628 ermittelt die Routine, ob das aktuelle Zeitintervall kleiner als der Schwellenwert ist. Wenn das Zeitintervall nicht kleiner als der Schwellenwert ist, kann bei 660 angezeigt werden, dass der DPF nicht degradiert ist. Bei 662 kann als Reaktion darauf, dass das Zeitintervall größer als das Schwellenzeitintervall ist, eine Regeneration des Partikelfilters in der Motorabgasleitung ausgelöst werden, wenn die Bedingungen für Partikelfilterregeneration erfüllt sind. Die Regenerationsbedingungen können umfassen, dass die Partikelmaterialbeladung an dem Partikelfilter der Hauptmotorabgasleitung über einem Schwellenwert (der beruhend auf einer Anzahl von MPF-Regenerationen, die seit einer vorherigen Partikelfilterregeneration durchgeführt wurden, ermittelt werden kann), einer Dauer (oder Strecke), die seit einer letzten Regeneration des Filters verstrichen ist, etc. liegt. Die Regeneration wird mittels eines oder mehrerer von: einem Spätverstellen der Zündung und einem Senken eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses ausgelöst.
Wenn das Zeitintervall kleiner als der Schwellenwert ist, rückt die Routine zu 664 vor, um Degradation des DPF anzuzeigen. Zum Beispiel kann angezeigt werden, dass ein Leck, Loch, Riss oder anderer Schaden am DPF vorliegt. Das Anzeigen kann das Setzen eines Flags oder Diagnosecodes oder das Aktivieren einer Fehlfunktionswarnleuchte umfassen, um den Fahrer darauf hinzuweisen, dass der DPF degradiert ist. Auf diese Weise wird eine Degradation eines DPF als Reaktion darauf anzeigt, dass das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationen eines Metallfilters, der sich stromabwärts des DPF befindet, kleiner als eine Schwellendauer ist.
Bei 666 kann als Reaktion auf das Anzeigen von Degradation das Steuergerät den Betrieb eines oder mehrerer Motoraktoren anpassen, um Motorbetrieb anzupassen. Zum Beispiel kann als Reaktion auf das Anzeigen von Degradation das Steuergerät eine Motordrehzahl oder -last begrenzen (z. B. durch Reduzieren eines Öffnens einer Einlassdrossel), einen Motordrehmomentausgang begrenzen und/oder Ladedruck reduzieren (z. B. Öffnen eines mit einer Abgasturbine gekoppelten Ladedruckregelventils oder eines mit einem Ansaugverdichter gekoppelten Bypassventils).
Auf diese Weise kann Motorbetrieb beruhend auf Degradation eines Partikelfilters, der in einer Motorabgasleitung positioniert ist, angepasst werden, wobei die Degradation beruhend auf einem Zeitintervall zwischen einer ersten Regeneration und einer zweiten Regeneration eines Metallfilters, der in einem Abgasbypass positioniert ist, ermittelt wird, wobei der Abgasbypass außerhalb des Abgaskanals ist. Die erste und die zweite Regeneration beruhen auf Druckdifferenz zwischen dem Druck an der zweiten Stelle und dem Druck an der ersten Stelle.
7 zeigt eine beispielhafte Betriebssequenz 700, die einen Motor veranschaulicht, der mit einer druckdifferenzbasierten sekundären Rußsensorbaugruppe arbeitet und einen Metallpartikelfilter (MPF) der sekundären Rußsensorbaugruppe regeneriert und einen Dieselpartikelfilter (DPF) diagnostiziert (zum Beispiel die sekundäre Rußsensorbaugruppe 500 mit dem ersten Filter 501 und dem zweiten Metallfilter 554, die in 5 gezeigt ist). Die Betriebssequenz zeigt das Regenerieren des Metallfilters beruhend auf einer Druckdifferenz zwischen zwei Stellen entlang eines Abgasrohrs und das Anzeigen von Degradation eines stromaufwärts befindlichen Dieselpartikelfilters (DPF) beruhend auf einem Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationen des Metallfilters. Die Horizontale (x-Achse) gibt die Zeit an, und die vertikalen Markierungen t1–t8 kennzeichnen wesentliche Zeiten im Betrieb der Rußsensorbaugruppe.
Die erste grafische Darstellung von oben zeigt Rußablagerung (Linie 702) an dem Metallpartikelfilter (MPF) über Zeit (hierin auch als die MPF-Beladung bezeichnet). Der obere Schwellenwert der MPF-Beladung und der untere Schwellenwert der MPF-Beladung markiert durch Strichlinien 704 bzw. 706. Die zweite grafische Darstellung (Linie 708) zeigt die Druckdifferenz (ΔP) zwischen der zweiten Stelle und der ersten Stelle, berechnet mithilfe von Messungen von Drucksensoren, die mit dem Bypasskanal stromabwärts des MPF bzw. dem Abgasrohr gekoppelt sind. Der obere und der untere Schwellenwert der Druckdifferenz ist durch die Strichlinien 710 bzw. 712 gezeigt. Die dritte grafische Darstellung (Linie 714) zeigt die Stellung eines Stromschalters eines mit dem Metallfilter gekoppelten Schaltkreises. Die vierte grafische Darstellung (Linie 716) zeigt Regeneration des MPF, und die untere grafische Darstellung (Linie 718) zeigt ein Flag, das anzeigt, ob der DPF degradiert ist.
Vor Zeitpunkt t1 nimmt bei Umleiten eines Teils von Abgas von stromabwärts eines DPF in den Abgasbypasskanal eine Rußbeladung an dem Metallfilter in der stromabwärts befindlichen Rußsensorbaugruppe allmählich zu (Linie 702). Wenn die Rußbeladung an dem Metallfilter zunimmt, sinkt ein Druck, der von dem Drucksensor stromabwärts des MPF, der mit dem Bypasskanal des Abgasströmungsrohrs gekoppelt ist, relativ zu dem Druck, der von dem Drucksensor an der ersten Stelle entlang des Abgasrohrs gemessen wird. Wenn die Rußbeladung des Metallfilters zunimmt, wird folglich eine entsprechende Abnahme der Druckdifferenz ΔP zwischen den Drücken an den zwei Stellen beobachtet. Die Abnahme der Druckdifferenz ΔP ist proportional zur Zunahme der Rußbeladung an dem Metallfilter.
Während somit vor t1 die Druckdifferenz ΔP über dem unteren Schwellenwert 712 liegt, liegt die Rußbeladung unter dem oberen Schwellenwert 704 der MPF-Beladung. Während dieser Zeit wird ein Schalter des Stromkreises der Rußbaugruppe offen gehalten und der Metallfilter regeneriert nicht. Wenn sich der Schalter in dem offenen Zustand befindet, ist der Schaltkreis offen und es fließt kein Strom dadurch. Wenn sich zum Vergleich der Schalter in dem geschlossenen Zustand befindet, ist der mit dem Metallfilter gekoppelte Stromkreis geschlossen und es fließt Strom durch diesen. Bei t1 wird als Reaktion darauf, dass die Druckdifferenz ΔP den unteren Schwellenwert 712 erreicht, der Schalter geschlossen, elektrischer Strom beginnt durch den Schaltkreis zu fließen und es wird eine Regeneration des Metallfilters ausgelöst. Ferner wird bei Einleiten des Regenerationsvorgangs ein Zeitmesser gestartet.
Zwischen t1 und 62 liegt eine Zunahme der Druckdifferenz ΔP vor, woraus gefolgert werden kann, dass die MPF-Beladung abnimmt. Bei t2 kann als Reaktion darauf, dass die Druckdifferenz ΔP den oberen Schwellenwert 710 erreicht, gefolgert werden, dass die Rußbeladung des Metallfilters ausreichend reduziert wurde, und eine Regeneration des Filters wird durch Betätigen des Schalters des Stromkreises zu der offenen Stellung beendet. Auf diese Weise beruht die Regeneration des MPF auf der Druckdifferenz zwischen der zweiten Stelle und der ersten Stelle entlang des Abgasrohrs und umfasst das Auslösen von Regeneration des Metallfilters, wenn die Druckdifferenz kleiner oder gleich dem unteren Schwellenwert 712 ist, und das Beenden von Regeneration des MPF, wenn die Druckdifferenz ΔP bei dem oberen Schwellenwert 710 liegt.
Nach t2 und vor t3 sinkt die Druckdifferenz ΔP, was einen Anstieg der Metallfilter-Rußbeladung anzeigt. Während dieser Zeit bleibt die Regeneration mit dem Schalter in der offenen Stellung deaktiviert und das DPF-Degradations-Flag ist nicht gesetzt. Bei t3 wird ähnlich zu t1 als Reaktion darauf, dass die Abgasdruckdifferenz den oberen Schwellenwert 710 erreicht, der Schalter geschlossen, elektrischer Strom fließt durch den Schaltkreis und es wird eine Regeneration des Metallfilters ausgelöst. An diesem Punkt wird der Zeitmesser gestoppt und das Steuergerät zeichnet das Zeitintervall auf, das zwischen dem Einsetzen der aktuellen MPF-Regeneration (bei t3) und dem Einsetzen der vorherigen Metallfilterregeneration (bei t1) verstrichen ist. Das Zeitintervall t1–t3 wird mit I1 bezeichnet.
Wenn das Zeitintervall I1 kleiner als ein Schwellenzeitintervall ist, dann kann der DPF degradiert sein. Insbesondere kann ermittelt werden, dass aus dem DPF Ruß auf den Metallfilter entweicht, was ein häufigeres Regenerieren des Metallfilters erfordert. Das Schwellenzeitintervall kann auf einem mittleren Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationsvorgängen für eine vorab festgelegte Anzahl von Regenerationsvorgängen und/oder für eine vorab festgelegte Dauer oder Strecke einer Fahrzeugfortbewegung/eines Motorbetriebs und/oder eine vorab festgelegte Anzahl von Motorzyklen beruhen. Zum Beispiel kann das Schwellenzeitintervall auf einer Zeit beruhen, die zwischen Beenden eines Regenerationsvorgangs unmittelbar vor einer ersten Regeneration (etwa der ersten Regeneration bei t1) und Beenden der ersten Regeneration verstrichen ist, und das Zeitintervall zwischen der ersten Regeneration und einer zweiten Regeneration (etwa der zweiten Regeneration bei t3) des Metallfilters umfasst eine Zeit, die zwischen Beenden der ersten Regeneration und Beenden der zweiten Regeneration verstrichen ist. In dem aktuellen Beispiel ist I1 größer als der Schwellenwert und das Degradations-Flag für den DPF wird in dem Zustand AUS gehalten. Der Zeitmesser wird bei Einleiten des nächsten Regenerationsvorgangs bei t3 erneut gestartet. Ferner kann aufgrund des fehlenden Hinweises auf Degradation eine Regeneration des DPF aktiviert werden, wenn Bedingungen erfüllt sind, etwa wenn eine Rußbeladung des DPF als ausreichend hoch ermittelt wird.
Zwischen t3 und t4 liegt ein Anstieg der Druckdifferenz ΔP vor, was anzeigt, dass die MPF-Beladung während dieses Intervalls proportional abnimmt. Bei t4 kann, wenn die Druckdifferenz ΔP den oberen Schwellenwert 710 erreicht, gefolgert werden, dass die Rußbeladung des MPF ausreichend reduziert wurde. An diesem Punkt ist die Regeneration des MPF abgeschlossen und wird durch Betätigen des Schalters des Stromkreises zu der offenen Stellung beendet. Der Zeitmesser zeichnet die verstrichene Zeit weiter auf.
Nach t4 und vor t5 sinkt die Druckdifferenz ΔP, bis sie bei t5 den unteren Schwellenwert 712 erreicht, was Regeneration auslöst. Es kann gefolgert werden, dass während dieses Zeitraums die Rußbeladung, die sich auf dem MPF ablagert, ebenfalls zunimmt. Bei t5 wird durch Betätigen des Schalters zu der geschlossenen Stellung eine Regeneration ausgelöst. An diesem Punkt zeichnet der Zeitmesser das Zeitintervall zwischen dem Einsetzen der aktuellen Regeneration des Metallfilters (bei t5) und dem der vorherigen MPF-Regeneration (bei t3) auf. Das Zeitintervall t3–t5 ist durch I2 gekennzeichnet. Das Zeitintervall I2 wird mit I1 und/oder einem Schwellenwert verglichen. Wenn dieses Zeitintervall kleiner als das Schwellenzeitintervall ist, dann kann der DPF degradiert sein. In dem aktuellen Beispiel ist I2 größer als der Schwellenwert und das Degradations-Flag wird in dem Zustand AUS gehalten. Mit dem Einsetzen des Regenerationsvorgangs bei t5 wird der Zeitmesser neu gestartet.
Zwischen t5 und t6 setzt sich die Regeneration des MPF fort und die Druckdifferenz ΔP steigt, bis sie den oberen Schwellenwert 710 erreicht, wo gefolgert werden kann, dass der Rußwert an dem Metallfilter auf den unteren Schwellenwert der MPF-Beladung gesunken ist. Bei t6 ist die Regeneration abgeschlossen und der Schalter für den Stromkreis wird geöffnet. Während dieser Zeit zeichnet der Zeitmesser die verstrichene Zeit weiter auf.
Mit offenem Schaltkreis wird die MPF-Regeneration unterbrochen, und, wie für vorherige Zeitzyklen ersichtlich ist, sieht man das Abgasströmungsverhältnis als Reaktion auf die Rußansammlung an dem MPF zwischen t6 und t7 steigen. Bei t7 erreicht die Druckdifferenz ΔP den unteren Schwellenwert 712, und als Reaktion wird der Schalter zu einer geschlossenen Stellung betätigt, was den Regenerationsprozess beginnt. Das Zeitintervall zwischen der aktuellen und der vorherigen Regeneration I3 wird durch den Zeitmesser als Zeitdifferenz zwischen t5 und t7 festgehalten. Die verstrichene Zeit wird mit dem Zeitintervall für den letzten Regenerationszyklus I2 verglichen. In dem dargestellten Beispiel wird das aktuelle Zeitintervall I3 kürzer als I2 sowie I1 und/oder ein Schwellenwert (beruhend auf mindestens I2) ermittelt. Als Reaktion darauf, dass das Zeitintervall für den aktuellen Regenerationszyklus kleiner als das Zeitintervall für einen vorherigen Regenerationszyklus (oder eine Schwellendauer) ist, kann daher angezeigt werden, dass der DPF degradiert ist, indem bei t7 ein Flag gesetzt wird (wie bei der grafischen Darstellung 718 gezeigt). Dann kann das Steuergerät Motoraktoren des Motorsystems nutzen, um als Reaktion auf die Degradation des DPF einen Motordrehmomentausgang zu reduzieren oder zu begrenzen. Als Reaktion auf das Anzeigen von Degradation kann zum Beispiel eine Regeneration des DPF deaktiviert werden und Motorbetrieb kann durch Spätverstellen des Zündzeitpunkts und/oder Anreichern des Abgases angepasst werden. Die Regeneration des Metallfilters kann jedoch weiter ablaufen.
Bei t7 und vor t8 fährt der MPF-Regenerationsprozess mit geschlossenem Stromkreis fort. Es liegt ein Anstieg der Druckdifferenz ΔP vor, was ein Abbrennen von auf dem Metallfilter abgelagertem Ruß anzeigt. In dieser Phase wird aber der DPF weiter degradiert und die DPF-Regeneration bleibt weiter ausgesetzt. Bei t8 ist die Metallfilterregeneration abgeschlossen, wenn die Druckdifferenz ΔP den oberen Schwellenwert 710 erreicht. Nach t8 lagert sich jedoch Ruß weiter an dem MPF ab, der Rußwert kann aufgrund Anpassungen, die von dem Steuergerät im Motor vorgenommen werden, relativ niedrig bleiben, um den Ausstoß von Abgasruß insgesamt zu verringern. Auf diese Weise wird beruhend auf der Regenerationszeit eines Metallfilters, der stromabwärts des DPF angeschlossen ist, DPF-Degeneration diagnostiziert.
Ein beispielhaftes Verfahren für die Detektion von DPF-Lecken umfasst das Strömen von Abgas von stromabwärts eines ersten Filters in jeweils ein erstes Venturi, das in einem Abgasrohr angeschlossen ist, und ein zweites Venturi, das in einem Kanal außerhalb des Abgasrohrs angeschlossen ist, wobei der Kanal einen mit einem Stromkreis gekoppelten zweiten Filter umfasst; und beruhend auf einem Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationen des zweiten Filters das Anzeigen einer Degradation des ersten Filters. Das vorhergehende Beispiel umfasst ferner als Reaktion auf die Anzeige das Begrenzen einer Motordrehzahl oder -last. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele wird zusätzlich oder optional das Intervall ab Auslösen eines ersten Regenerationsvorgangs des zweiten Filters bis zum Auslösen eines zweiten, unmittelbar folgenden Regenerationsvorgangs des zweiten Filters gemessen. Beliebige oder alle der vorhergehenden Beispiele umfassen zusätzlich oder optional das Regenerieren des zweiten Filters als Reaktion darauf, dass ein Verhältnis von Durchsätzen durch das erste und das zweite Venturi höher als ein oberer Schwellenwert ist. In beliebigen oder allen der vorherigen Beispiele ist zusätzlich oder optional das erste Venturi größer als das zweite Venturi, und wobei das Verhältnis von Durchsätzen durch das erste und das zweite Venturi auf einem ersten Druck an einem Treibeinlass des ersten Venturis relativ zu einem zweiten Druck an dem Treibeinlass des zweiten Venturi beruht. In beliebigen oder allen der vorhergehenden Beispiele wird der erste Druck zusätzlich oder optional durch einen ersten Drucksensor, der mit dem Treibeinlass des ersten Venturi gekoppelt ist, geschätzt, und der zweite Druck wird durch einen zweiten Drucksensor, der mit dem Treibeinlass des zweiten Venturi gekoppelt ist, geschätzt. In beliebigen oder allen der vorherigen Beispiele umfasst das Regenerieren des zweiten Filters das Schließen eines Schalters des Stromkreises und das Fließen von Elektrizität durch den zweiten Filter, bis das Verhältnis von Durchsätzen durch das erste und das zweite Venturi niedriger als ein unterer Schwellenwert ist. In beliebigen oder allen der vorherigen Beispiele ist der erste Filter zusätzlich oder optional ein größerer Diesel- oder Benzin-Partikelmaterialfilter mit einer höheren Rußkapazität, und der zweite Filter ist ein kleinerer Metallfilter mit einer kleineren Rußkapazität, und wobei das Anzeigen das Anzeigen umfasst, dass der erste Filter leckt, indem ein Diagnosecode gesetzt wird. In beliebigen der allen der vorherigen Beispiele ist der zweite Filter zusätzlich oder optional stromabwärts des zweiten Venturi angeschlossen, und das Strömen von Abgas in das zweite Venturi umfasst das Strömen von Abgas von dem Abgasrohr in ein Einlassrohr und von dem Einlassrohr in den Kanal, wobei das Einlassrohr an einer Stelle außerhalb des Abgasrohrs mit dem Kanal zuläuft, und von dem Kanal mittels eines Auslassrohrs in das Abgasrohr, wobei der Kanal an einer Stelle stromabwärts des zweiten Filters und außerhalb des Abgasrohrs in das Auslassrohr zuläuft. In beliebigen oder allen der vorherigen Beispiele ist zusätzlich oder optional eine Richtung des Strömens von Abgas durch das Einlassrohr und das Auslassrohr im Wesentlichen senkrecht zu einer Richtung von Abgasströmung durch jeweils das Abgasrohr und das erste und das zweite Venturi.
In einem anderen Beispiel umfasst eine Motorabgasanlage: ein Abgasrohr mit einem ersten Venturirohr, das stromabwärts eines ersten Partikelfilters angeschlossen ist; ein Rußdetektionssystem mit einem Einlassrohr und einem Auslassrohr, die an dem Abgasrohr stromabwärts des ersten Partikelfilters angeschlossen sind, wobei das Einlassrohr außerhalb des Abgasrohrs in ein zweites Venturirohr übergeht, wobei das Auslassrohr außerhalb des Abgasrohrs aus dem zweiten Venturirohr hervorgeht; einen zweiten Partikelfilter, der zwischen einem Treibauslass des zweiten Venturirohrs und dem Auslassrohr angeschlossen ist, wobei der zweite Partikelfilter mittels eines Schalters mit einer Stromquelle gekoppelt ist; ein oder mehrere Sensoren zum Schätzen eines Durchsatzes durch das erste bzw. das zweite Venturirohr; und ein Steuergerät. Das Steuergerät kann mit maschinell lesbaren Befehlen ausgelegt sein, die auf einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert sind, zum: Strömen eines ersten Teils von Abgas von stromabwärts des ersten Filters durch das erste Venturirohr; Strömen eines verbleibenden Teils von Abgas durch das zweite Venturirohr; Regenerieren des zweiten Filters beruhend auf einem Verhältnis von Durchsätzen durch das erste und das zweite Venturirohr; und Anpassen von Motorbetrieb beruhend auf einer Zeit, die zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationen des zweiten Filters verstrichen ist. In der vorherigen beispielhaften Anlage umfasst zusätzlich oder optional das Einlassrohr mehrere Perforationen an einer Seite des Einlassrohrs in dem Abgasrohr und nahe dem ersten Filter, wobei ein Durchmesser der Perforationen angepasst ist, um zusammengeballte Partikel auf eine Seite des Einlassrohrs in dem Abgasrohr und distal zu dem ersten Filter aufprallen zu lassen, wobei die zusammengeballten Partikel mittels einer Perforation an einem Boden des Einlassrohrs von dem Einlassrohr in das Abgasrohr freigesetzt werden. In beliebigen oder allen der vorherigen Beispiele umfassen der eine oder die mehreren Sensoren zusätzlich oder optional einen ersten Drucksensor, der zwischen einem Treibeinlass und Hals des ersten Venturirohrs angeschlossen ist, zum Schätzen des Durchsatzes durch das erste Venturirohr und einen zweiten Drucksensor, der zwischen dem Treibeinlass und Hals des zweiten Venturirohrs angeschlossen ist, zum Schätzen des Durchsatzes durch das zweite Venturirohr. In beliebigen oder allen der vorherigen Beispiele ist zusätzlich oder optional das erste Venturirohr ein größeres Venturirohr mit einem höheren Durchsatz, und das zweite Venturirohr ist ein kleineres Venturirohr mit einem niedrigeren Durchsatz. In beliebigen oder allen der vorherigen Beispiele umfasst zusätzlich oder optional das Regenerieren des zweiten Filters beruhend auf dem Verhältnis von Durchsätzen durch das erste und das zweite Venturirohr das Einleiten von Regeneration des zweiten Filters, wenn das Verhältnis höher als ein oberer Schwellenwert ist, und das Beenden der Regeneration des zweiten Filters, wenn das Verhältnis niedriger als ein unterer Schwellenwert ist. In beliebigen oder allen der vorherigen Beispiele umfasst zusätzlich oder optional das Anpassen von Motorbetrieb beruhend auf einer zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationen des zweiten Filters verstrichenen Zeit das Regenerieren des ersten Filters, wenn die verstrichene Zeit höher als ein Schwellenintervall ist, durch Spätverstellen von Zündung oder fettes Auslegen des Abgases sowie das Anzeigen von Degradation des ersten Filters, wenn die verstrichene Zeit geringer als das Schwellenintervall ist, wobei die Regeneration des ersten Filters als Reaktion auf die Anzeige von Degradation ausgesetzt wird.
Ein anderes beispielhaftes Verfahren für ein Motorabgas umfasst das Anpasse von Motorbetrieb beruhend auf Degradation eines Partikelfilters, der in einer Motorabgasleitung stromaufwärts eines ersten Venturis positioniert ist, wobei die Degradation beruhend auf einem Zeitintervall zwischen einer ersten Regeneration und einer zweiten Regeneration eines Metallfilters, der stromabwärts eines zweiten Venturi in einem Abgasbypass positioniert ist, ermittelt wird, wobei der Abgasbypass über dem ersten Venturi und außerhalb des Abgaskanals angeschlossen ist, wobei die erste und die zweite Regeneration auf einem Verhältnis von Durchsätzen über dem ersten und dem zweiten Venturi beruht. Das vorherige Beispiele umfasst ferner zusätzlich oder optional: während einer ersten Bedingung als Reaktion darauf, dass das Zeitintervall größer als ein Schwellenzeitintervall ist, das Regenerieren des Partikelfilters in der Motorabgasleitung mittels eines oder mehrerer von: einer Spätverstellung der Zündung und Verringern eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, wenn die Regenerationsbedingungen des Partikelfilters erfüllt sind; und während einer zweiten Bedingung als Reaktion darauf, dass das Zeitintervall kleiner als das Schwellenzeitintervall ist, gegenüber einem Fahrer das Anzeigen von Degradation des Partikelfilters und das Anpasse eines Motoraktors, um Motordrehmomentausgangsleistung zu reduzieren. In beliebigen oder allen der vorherigen Beispiele kann das Schwellenzeitintervall zusätzlich oder optional auf einer verstrichenen Zeit zwischen Beenden eines Regenerationsvorgangs unmittelbar vor der ersten Regeneration und Beenden der ersten Regeneration beruhen, wobei das Zeitintervall zwischen der ersten Regeneration und der zweiten Regeneration eines Metallfilters eine verstrichene Zeit zwischen Beenden der ersten Regeneration und Beenden der zweiten Regeneration umfasst. In beliebigen oder allen der vorherigen Beispiele umfasst zusätzlich oder optional die erste und die zweite Regeneration beruhend auf dem Verhältnis das Regenerieren des zweiten Filters, wenn das Verhältnis des Durchsatzes durch das erste Venturi relativ zu dem Durchsatz durch das zweite Venturi höher als ein oberer Schwellenwert ist, wobei der Durchsatz durch das erste Venturi auf einem geschätzten Druck stromaufwärts eines Halses des ersten Venturis beruht, wobei der Durchsatz durch das zweite Venturi auf einem geschätzten Druck stromaufwärts des Halses des zweiten Venturis beruht, und das Aufrechterhalten des Regenerierens, bis das Verhältnis niedriger als ein unterer Schwellenwert ist.
Auf diese Weise kann durch Umleiten eines Teils von Abgas von einem Abgasrohr zu einer sekundären Rußsensorbaugruppe mit einem Metallfilter, die sich stromabwärts eines Dieselpartikelfilters befindet, Degradation eines Partikelfilters präzis detektiert werden. Durch Strömen von Abgas sowohl durch ein Venturirohr in dem primären Abgasrohr als auch ein Venturirohr in einem Abgasbypass mit dem Metallfilter können die Durchsätze durch die Venturis vorteilhafterweise wirksam eingesetzt werden, um einen stromaufwärts befindlichen Partikelfilter zu diagnostizieren. Durch Setzen auf ein Abgasströmungsverhältnis zwischen den zwei Venturirohren zum Schätzen der Beladung des Metallfilters wird die Notwendigkeit mehrerer Druck- oder Strömungssensoren reduziert, ohne eine Präzision der Rußdiagnose zu reduzieren. Durch Zurückhalten von aggregierten Partikeln und Wassertropfen in einem Einlassrohr der Rußsensorbaugruppe und Umleiten derselben zu dem Abgasendrohr wird eine Korruption von Sensorergebnissen aufgrund des Aufprallens von Aggregaten und Wassertropfen reduziert. Da der Rußsensor präziser und zuverlässiger ausgelegt wird, wird das Einhalten von Emissionsgrenzwerten verbessert.
Ein anderes beispielhaftes Verfahren umfasst das Strömen von Abgas von stromabwärts eines ersten Filters hin zu jeweils einem ersten Drucksensor, der an einer ersten Stelle in einem Abgasrohr angeschlossen ist, und einem zweiten Drucksensor, der an einer zweiten Stelle in einem Kanal außerhalb des Abgasrohrs angeschlossen ist, wobei der Kanal einen zweiten Filter umfasst, der mit einem Stromkreis gekoppelt ist; und beruhend auf einem Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationen des zweiten Filters das Anzeigen einer Degradation des ersten Filters. In einem ersten Beispiel des Verfahrens ferner umfassend das Messen eines ersten Drucks an der ersten Stelle durch den ersten Drucksensor, der mit dem Abgasrohr gekoppelt ist, und das Messen eines zweiten Drucks an der zweiten Stelle durch den zweiten Drucksensor, der stromabwärts des zweiten Filters in dem Kanal außerhalb des Abgasrohrs angeschlossen ist. Ein zweites Beispiel des Verfahrens umfasst optional das erste Beispiel und umfasst ferner das Regenerieren des zweiten Filters als Reaktion darauf, dass eine Druckdifferenz zwischen dem zweiten Druck und dem ersten Druck niedriger als ein unterer Schwellenwert ist. Ein drittes Beispiel des Verfahrens umfasst optional ein oder mehrere von erstem und zweitem Beispiel und umfasst ferner das Regenerieren des zweiten Filters durch Schließen eines Schalters des Stromkreises und Fließen von Strom durch den zweiten Filter, bis die Druckdifferenz zwischen dem zweiten Druck und dem ersten Druck höher als ein oberer Schwellenwert ist. Ein viertes Beispiel des Verfahrens umfasst optional ein oder mehrere der ersten bis dritten Beispiele und umfasst ferner als Reaktion auf die Anzeige das Begrenzen einer Motordrehzahl oder -last. Ein fünftes Beispiel des Verfahrens umfasst optional ein oder mehrere der ersten bis vierten Beispiele und umfasst ferner, wobei das Anzeigen das Anzeigen von Degradation als Reaktion darauf, dass das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationen des zweiten Filters kleiner als während einer Schwellendauer ist. Ein sechstes Beispiel des Verfahrens umfasst optional ein oder mehrere der ersten bis fünften Beispiele und umfasst ferner, wobei das Intervall ab Auslösen eines ersten Regenerationsvorgangs des zweiten Filters bis zu Auslösen eines zweiten, unmittelbar folgenden Regenerationsvorgangs des zweiten Filters gemessen wird. Ein siebtes Beispiel des Verfahrens umfasst optional ein oder mehrere der ersten bis sechsten Beispiele und umfasst ferner, wobei der erste Filter ein Diesel- oder Benzin-Partikelfilter mit einer ersten, höheren Rußkapazität ist und wobei der zweite Filter ein Metallfilter mit einer zweiten, niedrigeren Rußkapazität ist und wobei das Anzeigen das Anzeigen umfasst, dass der erste Filter leckt, indem ein Diagnosecode gesetzt wird. Ein achtes Beispiel des Verfahrens umfasst optional ein oder mehrere der ersten bis siebten Beispiele und umfasst ferner, wobei der zweite Filter stromaufwärts des zweiten Drucksensors angeschlossen ist und wobei das Strömen von Abgas hin zu dem zweiten Drucksensor das Strömen von Abgas von dem Abgasrohr in ein Einlassrohr, von dem Einlassrohr in den Kanal, wobei das Einlassrohr an einer Stelle außerhalb des Abgasrohrs mit dem Kanal zuläuft, und von dem Kanal mittels eines Auslassrohrs in das Abgasrohr, wobei der Kanal an einer Stelle stromabwärts des zweiten Drucksensors und außerhalb des Abgasrohrs in das Auslassrohr zuläuft. Ein neuntes Beispiel des Verfahrens umfasst optional ein oder mehrere von den ersten bis achten Beispielen und umfasst ferner, wobei eine Richtung des Strömens von Abgas durch das Einlassrohr und das Auslassrohr im Wesentlichen senkrecht zu einer Richtung der Abgasströmung durch sowohl das Abgasrohr als auch den Kanal ist.
Eine beispielhafte Motorabgasanlage, umfassend ein Abgasrohr mit einem ersten Partikelfilter, ein Rußdetektionssystem mit einem Einlassrohr und einem Auslassrohr, die mit dem Abgasrohr gekoppelt sind, stromabwärts des ersten Partikelfilters, wobei das Einlassrohr in einen Kanal außerhalb des Abgasrohrs übergeht, wobei das Auslassrohr aus dem Kanal außerhalb des Abgasrohrs hervorgeht, einen zweiten Partikelfilter, der zwischen dem Einlassrohr und dem Auslassrohr mit dem Kanal gekoppelt ist, wobei der zweite Partikelfilter mittels eines Schalters mit einer Stromquelle gekoppelt ist, einen ersten Drucksensor an einer ersten Stelle in dem Abgasrohr, einen zweiten Drucksensor an einer zweiten Stelle in dem Kanal außerhalb des Abgasrohrs und ein Steuergerät mit maschinell lesbaren Befehlen, die auf einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert sind, zum Strömen eines ersten Teils von Abgas von stromabwärts des ersten Filters hin zu dem ersten Drucksensor, zum Strömen eines verbleibenden Teils von Abgas hin zu dem zweiten Drucksensor, zum Regenerieren des zweiten Filters beruhend auf Ausgabe von dem ersten und dem zweiten Drucksensor; und Anpassen von Motorbetrieb beruhend auf einer Zeit, die zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationen des zweiten Filters verstrichen ist. Ein erstes Beispiel der Anlage umfasst, wobei das Einlassrohr mehrere Perforationen an einer Seite des Einlassrohrs in dem Abgasrohr und nahe dem ersten Filter umfasst, wobei ein Durchmesser der Perforationen bemessen ist, um zusammengeballte Partikel auf eine Seite des Einlassrohrs in dem Abgasrohr und distal zu dem ersten Filter aufprallen zu lassen, wobei die zusammengeballten Partikel mittels einer Perforation an einem Boden des Einlassrohrs von dem Einlassrohr in das Abgasrohr freigesetzt werden. Ein zweites Beispiel der Anlage umfasst optional das erste Beispiel und umfasst ferner, wobei sich die erste Stelle in dem Abgasrohr stromabwärts des ersten Filters befindet und sich die zweite Stelle stromabwärts des zweiten Filters in dem Kanal außerhalb des Abgasrohrs befindet. Ein drittes Beispiel der Anlage umfasst optional die ersten bis zweiten Beispiele und umfasst ferner, wobei das Regenerieren des zweiten Filters beruhend auf der Druckdifferenz zwischen der ersten Stelle und der zweiten Stelle das Auslösen von Regeneration des zweiten Filters, wenn die Druckdifferenz niedriger als ein unterer Schwellenwert ist, und das Beenden von Regeneration des zweiten Filters, wenn die Druckdifferenz höher als ein oberer Schwellenwert ist, umfasst. Ein viertes Beispiel der Anlage umfasst optional die ersten bis dritten Beispiele und umfasst ferner, wobei das Anpassen von Motorbetrieb beruhend auf einer zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationen des zweiten Filters verstrichenen Zeit das Regenerieren des ersten Filters, wenn die verstrichene Zeit höher als ein Schwellenintervall ist, durch Spätverstellen von Zündung oder fettes Auslegen des Abgases sowie das Anzeigen von Degradation des ersten Filters, wenn die verstrichene Zeit geringer als das Schwellenintervall ist, umfasst, wobei es ferner das Aussetzen von Regeneration des ersten Filters als Reaktion auf die Anzeige von Degradation umfasst.
Ein anderes beispielhaftes Verfahren umfasst das Anpassen von Motorbetrieb beruhend auf Degradation eines Partikelfilters, der in einer Motorabgasleitung stromabwärts eines ersten Drucksensors positioniert ist, wobei die Degradation beruhend auf einem Zeitintervall zwischen einer ersten Regeneration und einer zweiten Regeneration eines Metallfilters, der stromaufwärts eines zweiten Drucksensors in einem Abgasbypass positioniert ist, ermittelt wird, wobei sich der Abgasbypass außerhalb des Abgaskanals befindet, wobei die erste Regeneration und die zweite Regeneration jeweils beruhend auf einer Druckdifferenz zwischen einem von dem zweiten Drucksensor gemessenen Druck und einem von dem ersten Drucksensor gemessenen Druck durchgeführt werden. Ein erstes Beispiel des Verfahrens umfasst optional als Reaktion darauf, dass das Zeitintervall größer als ein Schwellenzeitintervall ist, das Regenerieren des Partikelfilters in der Motorabgasleitung, wenn Regenerationsbedingungen des Partikelfilters erfüllt sind, mittels eines oder mehreren von: einem Spätverstellen von Zündung und einem Verringern eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, und als Reaktion darauf, dass das Zeitintervall kleiner als das Schwellenzeitintervall ist, gegenüber einem Fahrer das Anzeigen von Degradation des Partikelfilters und das Anpassen eines Motoraktors, um Motordrehmomentausgangsleistung zu reduzieren, wobei das Schwellenzeitintervall auf einer verstrichenen Zeit zwischen Beenden eines Regenerationsvorgangs unmittelbar vor der ersten Regeneration und Beenden der ersten Regeneration beruht und wobei das Zeitintervall zwischen der ersten Regeneration und der zweiten Regeneration des Metallfilters eine verstrichene Zeit zwischen Beenden der ersten Regeneration und Beenden der zweiten Regeneration umfasst. Ein zweites Beispiel des Verfahrens umfasst optional das erste Beispiel und umfasst ferner, wobei das Durchführen sowohl der ersten Regeneration als auch der zweiten Regeneration beruhend auf der Druckdifferenz das Regenerieren des zweiten Filters, wenn die Druckdifferenz zwischen der zweiten Stelle und der ersten Stelle kleiner als ein unterer Schwellenwert ist, und das Beibehalten des Regenerierens, bis die Druckdifferenz höher als ein oberer Schwellenwert ist, umfasst.
Zu beachten ist, dass die hierin enthaltenen beispielhaften Steuerungs- und Schätzroutinen mit verschiedenen Brennkraftmaschinen- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen genutzt werden können. Zu beachten ist, dass die hierin offenbarten Steuerverfahren und -routinen als ausführbare Befehle in einem nicht flüchtigen Speicher gespeichert und von dem Steuersystem, das das Steuergerät kombiniert mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und anderer Motorhardware umfasst, ausgeführt werden können. Die hierin beschriebenen bestimmten Routinen können ein oder mehrere einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien wie ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen darstellen. Somit können verschiedene Schritte, Operationen und/oder Funktionen in der gezeigten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in manchen Fällen übergangen werden. Analog ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht unbedingt erforderlich, um die hierin beschriebenen Merkmale und Vorteile der beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, wird aber für einfache Darstellung und Beschreibung vorgesehen. Abhängig von der verwendeten bestimmten Strategie können ein oder mehrere der gezeigten Maßnahmen, Schritte und/oder Funktionen wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Maßnahmen, Arbeitsschritte und/oder Funktionen einen Code graphisch darstellen, der in einen nicht flüchtigen Speicher des maschinell lesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Maßnahmen durch Ausführen der Befehle in einem System ausgeführt werden, das die verschiedenen Motorhardware-Komponenten kombiniert mit dem elektronischen Steuergerät umfasst.
Es versteht sich, dass die hierin offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und dass diese spezifischen Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinne gesehen werden sollen, da zahlreiche Abänderungen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technologie bei V-6-, I-4-, I-6-, V-12-, 4-Zylinder-Boxer- und anderen Motortypen zum Einsatz kommen. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung umfasst alle neuartigen und nicht nahe liegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Auslegungen sowie andere Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hierin offenbart werden.
Die folgenden Ansprüche zeigen insbesondere bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen auf, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können auf ”ein” Element oder ”ein erstes” Element oder dessen Entsprechung hinweisen. Solche Ansprüche sind so zu verstehen, dass sie das Enthalten eines oder mehrerer solcher Elemente umfassen, wobei zwei oder mehr dieser Elemente weder gefordert noch ausgeschlossen werden. Es können andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften durch Abänderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Solche Ansprüche, seien sie nun breiter, enger, gleich oder von anderem Schutzumfang als die ursprünglichen Ansprüche gefasst, werden ebenfalls im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung enthalten betrachtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8310249 [0004]
US 8209962 [0004]

Claims

Verfahren, umfassend: Strömen von Abgas von stromabwärts eines ersten Filters hin zu jeweils einem ersten Drucksensor, der an einer ersten Stelle in einem Abgasrohr angeschlossen ist, und einem zweiten Drucksensor, der an einer zweiten Stelle in einem Kanal außerhalb des Abgasrohrs angeschlossen ist, wobei der Kanal einen zweiten Filter umfasst, der mit einem Stromkreis gekoppelt ist; und beruhend auf einem Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationen des zweiten Filters das Anzeigen von Degradation des ersten Filters.
Verfahren nach Anspruch 1, weiterhin umfassend das Messen eines ersten Drucks an der ersten Stelle durch den ersten Drucksensor, der mit dem Abgasrohr gekoppelt ist, und das Messen eines zweiten Drucks an der zweiten Stelle durch den zweiten Drucksensor, der stromabwärts des zweiten Filters in dem Kanal außerhalb des Abgasrohrs angeschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 2, weiterhin umfassend das Regenerieren des zweiten Filters als Reaktion darauf, dass eine Druckdifferenz zwischen dem zweiten Druck und dem ersten Druck kleiner als ein unterer Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 3, weiterhin umfassend das Regenerieren des zweiten Filters durch Schließen eines Schalters des Stromkreises und Fließen von Strom durch den zweiten Filter, bis die Druckdifferenz zwischen dem zweiten Druck und dem ersten Druck höher als ein oberer Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, welches weiterhin als Reaktion auf die Anzeige das Begrenzen einer Motordrehzahl oder -last umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Anzeigen das Anzeigen von Degradation als Reaktion darauf, dass das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationen des zweiten Filters kleiner als eine Schwellendauer ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Intervall ab Auslösen eines ersten Regenerationsvorgangs des zweiten Filters bis zu Auslösen eines zweiten, unmittelbar folgenden Regenerationsvorgangs des zweiten Filters gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Filter ein Diesel- oder Benzin-Partikelfilter mit einer ersten, höheren Rußkapazität ist und wobei der zweite Filter ein Metallfilter mit einer zweiten, niedrigeren Rußkapazität ist und wobei das Anzeigen das Anzeigen, dass der erste Filter leckt, durch Setzen eines Diagnosecodes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zweite Filter stromaufwärts des zweiten Drucksensors angeschlossen ist und wobei das Strömen von Abgas hin zu dem zweiten Drucksensor umfasst: Strömen von Abgas von dem Abgasrohr in ein Einlassrohr, von dem Einlassrohr in den Kanal, wobei das Einlassrohr mit dem Kanal an einer Stelle außerhalb des Abgasrohrs zusammenläuft, und von dem Kanal mittels eines Auslassrohrs in das Abgasrohr, wobei der Kanal an einer Stelle stromabwärts des zweiten Drucksensors und außerhalb des Abgasrohrs in das Auslassrohr übergeht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei eine Richtung eines Strömens von Abgas durch das Einlassrohr und das Auslassrohr im Wesentlichen senkrecht zu einer Richtung von Abgasströmung durch jeweils das Abgasrohr und den Kanal ist.
Motorabgasanlage, umfassend: ein Abgasrohr mit einem ersten Partikelfilter; ein Rußdetektionssystem mit einem Einlassrohr und einem Auslassrohr, die mit dem Abgasrohr gekoppelt sind, stromabwärts des ersten Partikelfilters, wobei das Einlassrohr außerhalb des Abgasrohrs in einen Kanal übergeht, wobei das Auslassrohr außerhalb des Abgasrohrs aus dem Kanal hervorgeht; einem zweiten Partikelfilter, der zwischen dem Einlassrohr und dem Auslassrohr mit dem Kanal gekoppelt ist, wobei der zweite Partikelfilter mittels eines Schalters mit einer Stromquelle gekoppelt wird; einen ersten Drucksensor an einer ersten Stelle in dem Abgasrohr; einen zweiten Drucksensor an einer zweiten Stelle in dem Kanal außerhalb des Abgasrohrs; und ein Steuergerät mit maschinell lesbaren Befehlen, die auf einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, zum: Strömen eines ersten Teils von Abgas von stromabwärts des ersten Filters hin zu dem ersten Drucksensor; Strömen eines verbleibenden Teils von Abgas hin zu dem zweiten Drucksensor; Regenerieren des zweiten Filters beruhend auf Ausgabe von dem ersten und dem zweiten Drucksensor; und Anpassen von Motorbetrieb beruhend auf einer Zeit, die zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationen des zweiten Filters verstrichen ist.
Anlage nach Anspruch 11, wobei das Einlassrohr mehrere Perforationen an einer Seite des Einlassrohrs in dem Abgasrohr und nahe dem ersten Filter umfasst, wobei ein Durchmesser der Perforationen bemessen ist, um zusamengeballte Partikel auf eine Seite des Einlassrohrs in dem Abgasrohr und distal zu dem ersten Filter aufprallen zu lassen, wobei die zusammengeballten Partikel mittels einer Perforation an einem Boden des Einlassrohrs von dem Einlassrohr in das Abgasrohr freigesetzt werden.
Anlage nach Anspruch 11, wobei sich die erste Stelle stromabwärts des ersten Filters in dem Abgasrohr befindet und sich die zweite Stelle stromabwärts des zweiten Filters in dem Kanal außerhalb des Abgasrohrs befindet.
Anlage nach Anspruch 11, wobei das Regenerieren des zweiten Filters beruhend auf der Druckdifferenz zwischen der ersten Stelle und der zweiten Stelle das Auslösen von Regeneration des zweiten Filters, wenn die Druckdifferenz kleiner als ein unterer Schwellenwert ist, und das Beenden von Regeneration des zweiten Filters, wenn die Druckdifferenz höher als ein oberer Schwellenwert ist, umfasst.
Anlage nach Anspruch 14, wobei das Anpassen von Motorbetrieb beruhend auf einer verstrichenen Zeit zwischen aufeinanderfolgenden Regenerationen des zweiten Filters das Regenerieren des ersten Filters, wenn die verstrichene Zeit größer als ein Schwellenintervall ist, durch Spätverstellen des Zündzeitpunkts oder fettes Auslegen des Abgases und das Anzeigen von Degradation des ersten Filters, wenn die verstrichene Zeit kleiner als das Schwellenintervall ist, umfasst.
Anlage nach Anspruch 15, welche weiterhin das Aussetzen von Regeneration des ersten Filters als Reaktion auf die Anzeige von Degradation umfasst.
Verfahren, umfassend: Anpassen von Motorbetrieb beruhend auf Degradation eines Partikelfilters, der in einer Motorabgasleitung stromabwärts eines ersten Drucksensors positioniert ist, wobei die Degradation beruhend auf einem Zeitintervall zwischen einer ersten Regeneration und einer zweiten Regeneration eines Metallfilters, der stromaufwärts eines zweiten Drucksensors in einem Abgasbypass positioniert ist, ermittelt wird, wobei sich der Abgasbypass außerhalb des Abgaskanals befindet, wobei die erste Regeneration und die zweite Regeneration jeweils beruhend auf einer Druckdifferenz zwischen einem von dem zweiten Drucksensor gemessenen Druck und einem von dem ersten Drucksensor gemessenen Druck durchgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Anpassen umfasst: als Reaktion darauf, dass das Zeitintervall größer als ein Schwellenzeitintervall ist, Regenerieren des Partikelfilters in der Motorabgasleitung mittels eines oder mehrerer von: einem Spätverstellen von Zündung und einem Verringern eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, wenn die Regenerationsbedingungen des Partikelfilters erfüllt sind; und als Reaktion darauf, dass das Zeitintervall kleiner als das Schwellenzeitintervall ist, gegenüber einem Fahrer das Anzeigen von Degradation des Partikelfilters und das Anpassen eines Motoraktors, um Motordrehmomentausgangsleistung zu reduzieren, wobei das Schwellenzeitintervall auf einer Zeit beruht, die zwischen Beenden eines Regenerationsvorgangs unmittelbar vor der ersten Regeneration und Beenden der ersten Regeneration verstrichen ist, und wobei das Zeitintervall zwischen der ersten Regeneration und der zweiten Regeneration des Metallfilters eine Zeit umfasst, die zwischen Beenden der ersten Regeneration und Beenden der zweiten Regeneration verstrichen ist.
Verfahren nach Anspruch 17, wobei das Durchführen sowohl der ersten Regeneration als auch der zweiten Regeneration beruhend auf der Druckdifferenz das Regenerieren des zweiten Filters, wenn die Druckdifferenz zwischen der zweiten Stelle und der ersten Stelle kleiner als ein unterer Schwellenwert ist, und das Beibehalten des Regenerierens, bis die Druckdifferenz höher als ein oberer Schwellenwert ist, umfasst.