DE102017102411A1

DE102017102411A1 - Verfahren und systeme zur vorhersage der sensoransprechzeit

Info

Publication number: DE102017102411A1
Application number: DE102017102411.5A
Authority: DE
Inventors: David Charles Weber; Garry Anthony Zawacki; Vidhushekhar Vasant Zambare; Evangelos P. Skoures; Zaid Alnaqash
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2016-02-12
Filing date: 2017-02-08
Publication date: 2017-08-17
Also published as: RU2017102771A3; RU2017102771A; CN107084034B; US10488315B2; CN107084034A; US20170234786A1

Abstract

Es werden Verfahren und Systeme bereitgestellt, um die Ansprechzeit eines Partikelmaterial(PM)-Filters vorherzusagen und den PM-Sensor nach dem Abschluss der Vorhersage der Ansprechzeit unabhängig von der tatsächlichen oder vorhergesagten Rußbeladung auf dem PM-Sensor zurückzusetzen. Rußansammlungsdaten, die während eines stabilen Fahrzeugbetriebs gesammelt wurden, können eine Anpassung an eine zeitbasierte polynomiale Funktion erfahren, und der Sensorausgang und der Regenerationsplan können aus der Kurvenanpassung geschätzt werden, selbst wenn das gesamte Signal rauschbehaftet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Beschreibung betrifft allgemein Verfahren und Systeme zur Vorhersage der Ansprechzeit eines Partikel(PM)-Sensors.
Allgemeiner Stand der Technik/Kurzdarstellung
Die Motorverbrennung kann Partikelmaterial (particulate matter, PM) und Schadstoffe wie etwa Ruß und Aerosole erzeugen, die in die Atmosphäre ausgestoßen werden können. Es wurden verschiedene Technologien entwickelt, um diese PMs auszufiltern, bevor das Abgas in die Atmosphäre abgegeben wird. Als ein Beispiel können zur Verbesserung der Einhaltung der Emissionsgrenzwerte Partikelfilter (PFs) in das Motorabgassystem aufgenommen sein. Ein oder mehrere PM-Sensoren (auch als Rußsensoren bekannt) können sich stromaufwärts und/oder stromabwärts von einem Partikelfilter (PF) befinden und können verwendet werden, um die PM-Beladung des Filters zu erfassen, die Regeneration des Filters zeitlich zu planen und/oder die Funktionalität des Filters zu diagnostizieren.
Wenn sie aufgenommen sind, können PM-Sensoren verwendet werden, um die Konzentration und/oder den Fluss des PM, das in dem Abgas mitgeführt wird, auf Basis einer Korrelation zwischen einer gemessenen Veränderung eines elektrischen Stroms und/oder einer Leitfähigkeit an einem Sensorelement und der Menge des PM, das auf dem Element (etwa zwischen einem Paar von Messelektroden) abgelagert ist, zu erfassen. An sich müssen PM-Sensoren periodisch regeneriert und zurückgesetzt werden, sobald die Stärke des Rußansammlungssignals einen Schwellenwert erreicht. Die Zeit, die nötig ist, damit ein Sensorsignal den Schwellenwert erreicht, wonach der Sensor regeneriert und zurückgesetzt wird, ist als die Ansprechzeit des Sensors bekannt. Diese Ansprechzeit ist umgekehrt proportional zu der PM-Konzentration in dem Abgas. Um die Emissionsvorschriften zu erfüllen, müssen PM-Sensoren in Abständen regeneriert und zurückgesetzt werden (z.B. wenigstens ein Mal innerhalb jedes Emissionsprüfzyklus). Zudem kann es zur Erfüllung vom Emissionsstandards erwünscht sein, dass eine Motorsteuereinheit pro Fahrzyklus eine maximale Anzahl von Sensoransprechzeitsignalen (z.B. bei einem Bundes-Prüfvorgangszyklus wenigstens 4 pro 18 min) gesammelt hat.
Ein beispielhafter Ansatz, der von Min Sun in US 9,032,719 gezeigt ist, offenbart ein Verfahren, um einen PM-Sensor auf Basis der Rußansammlung zurückzusetzen. Dabei kann ein PM-Sensor-Strom mit der Ablagerung von Ruß auf dem Sensor zunehmen. Nach einem Zeitraum (als die Ansprechzeit für den Sensor bekannt) kann der PM-Sensor-Strom einen Schwellenwert erreichen, der mit dem Erreichen eines Schwellenwerts durch die Rußbeladung auf dem Sensor korreliert. Zu dieser Zeit wird der PM-Sensor regeneriert und zurückgesetzt.
Doch die Erfinder haben erkannt, dass PM-Sensoren für eine Verschmutzung durch das Auftreffen größerer Partikel, die in den Abgasen vorhanden sind, und/oder Wassertröpfchen anfällig sind, was die Empfindlichkeit des PM-Sensors beeinflusst und zu Fehlern bei der Messung des elektrischen Stroms und der Regeneration des PM-Sensors führt. Es kann sein, dass solche fehlerhaften Daten die tatsächliche Rußkonzentration in dem Abgas nicht widerspiegeln, weshalb sie nicht für die Bestimmung der Sensoransprechzeit und der Partikelfilterungseffizienz benutzt werden sollten. Aufgrund eines wiederholten Auftretens von Rauschen kann eine große Menge an Daten nicht für den PM-Sensor-Betrieb verwendet werden und muss verworfen werden. Bei Fehlen einer tatsächlichen Ansprechzeit kann es sein, dass die Berechnung der Rußkonzentration aus einer durchschnittlichen Ansprechzeit eine verringerte Genauigkeit aufweist. Bei kurzen Fahrten kann es sein, dass aufgrund der fehlenden Zeit bei dem gegebenen Fahrzyklus nicht genügend Messungen der Rußkonzentration vorliegen. Dies, als solches, verringert die Genauigkeit des Rußüberwachungssystems. Wenn zum Beispiel bei einem stromabwärts von dem Partikelfilter befindlichen Rußsensor die durchschnittliche Ansprechzeit höher als die tatsächliche Ansprechzeit ist, wird der Ruß unterschätzt werden und dadurch die Detektion eines Rußaustritts an einem defekten Filter vorbei in den Abgasstrom möglicherweise scheitern und die Emissionsqualität nachteilig beeinflusst werden. Außerdem kann es sein, dass eine Verschlechterung des Filters (z.B. durch einen hohen Rußaustritt) möglicherweise nicht detektiert wird. Zudem kann es durch das Verwerfen einer großen Menge an Daten schwierig werden, die Anforderung des Abschlusses einer On-Board-Diagnose und der Erfüllung einer Zielabschlussrate innerhalb eines gegebenen Fahrzyklus zu erfüllen.
Die Erfinder hier haben einen Ansatz identifiziert, wodurch die oben beschriebenen Probleme wenigstens teilweise angesprochen werden können. Ein beispielhaftes Verfahren beinhaltet das Sammeln von Abgasrußsensordaten während des Motorbetriebs, während das Sensorrauschen geringer als ein Schwellenwert ist; das Anpassen einer zeitbasierten Kurve an die gesammelten Daten; das Vorhersagen einer Sensoransprechzeit auf Basis der Kurvenanpassung; und das von einer Rußbeladung des Sensors unabhängige Regenerieren des Rußsensors als Reaktion auf den Umstand, dass die Kurvenanpassung höher als ein Schwellenwert ist. Auf diese Weise kann eine Abschlussrate der PM-Sensor-Diagnostik verbessert werden. Außerdem kann durch Verwenden eines vorhergesagten Sensorausgangs die Rußkonzentration und/oder der Rußfluss in dem Abgas geschätzt werden.
Als ein Beispiel werden elektrische Stromsignale, die der Rußansammlung auf einem Partikelmaterial(PM)-Sensor entsprechen, über einen Zeitraum gesammelt. Im Fall von Stromsignalen eines rauschbehafteten PM-Sensors (das heißt bei Auftreten einer über einen Schwellenwert hinausgehenden Veränderung der Signalstärke) werden die angesammelten Daten nicht zur Bestimmung einer tatsächlichen Rußansprechzeit verwendet. Die Ansprechzeit für die Regeneration des PM-Sensors (wenn der auf dem Sensor angesammelte Ruß einen Schwellenwert erreicht) kann aus wenigstens einem Teil des angesammelten Signals vorhergesagt werden. Die tatsächliche Ansprechzeit kann einer Zeitdauer, die zwischen dem Ende eines Regenerationsereignisses und dem Beginn eines unmittelbar nachfolgenden Regenerationsereignisses des PM-Sensors (ohne ein anderes dazwischenliegendes Regenerationsereignis) vergangen ist, entsprechen. An sich kann das PM-Sensorsignal während stabiler Fahrtbedingungen weniger rauschbehaftet sein, und die Neigung zu einem Sensorrauschen während Fahrzeugtransienten höher sein. Daher kann wenigstens ein Teil des gesamten Signals, das während stabiler Bedingungen angesammelt wurde, für die Vorhersage einer Ansprechzeit des Sensors verwendet werden. An sich kann die Vorhersage sogar durchgeführt werden, bevor das angesammelte Signal einen vorherbestimmen Regenerationsschwellenwert erreicht, und können die Sensorkonzentrationsmessungen früh vorgenommen werden. Eine polynomiale (quadratische) Gleichung kann zur Anpassung an eine Darstellung, die aus den Daten, welche während der stabilen Bedingungen angesammelt wurden, erzeugt wurde, verwendet werden. Die Ansprechzeit kann durch Extrapolieren der Kurve, die an die Ansammlungsdarstellung angepasst wurde, vorhergesagt werden, noch bevor das tatsächliche Signal den Schwellenwert erreicht. Zudem kann der lineare Term der quadratischen Anpassung verwendet werden, um die Rußkonzentration auf dem PM-Sensor zu schätzen, was ebenfalls verwendet wird, um die Zeit, die der Rußpegel benötigt, um den Schwellenwert zu erreichen, (die Ansprechzeit) vorherzusagen. Die Qualität der quadratischen Anpassung kann durch Vergleichen des Determinationskoeffizienten (R²) der Darstellung mit einem Schwellenwert geschätzt werden, und wenn der Wert von R² höher als der Schwellenwert ist (das heißt, die Anpassung ausreichend verlässlich ist), kann die Sensoransprechzeit durch Extrapolieren der quadratischen Anpassung an die Ansammlungsdarstellung vorhergesagt und gespeichert werden. Die vorhergesagte Ansprechzeit kann verwendet werden, um die durchschnittliche Ansprechzeit des PM-Sensors zu aktualisieren. Sobald genügend Daten angesammelt wurden, um eine verlässliche Vorhersage der Ansprechzeit zu ermöglichen, kann der PM-Sensor sofort regeneriert werden und erneut eine Sammlung eines neuen Datensatzes begonnen werden. Insbesondere kann der Sensor unabhängig von der tatsächlichen und/oder vorhergesagten Ansprechzeit regeneriert werden. Wenn der Wert von R² niedriger als der Schwellenwert ist (d.h., die Anpassung unverlässlich ist), und wenn die Ansprechzeit sehr lang oder sehr kurz ist, kann der Datensatz verworfen werden. Der PM-Sensor kann dann regeneriert und zurückgesetzt werden, um zu einer vorherbestimmten Ansprechzeit eine andere Ansammlungsrunde zu beginnen. Die vorhergesagte Ansprechzeit kann auf der durchschnittlichen Ansprechzeit beruhen, oder auf einer vergangenen Zeitdauer seit einer letzten Regeneration des Sensors beruhen.
Auf diese Weise ist es durch das Vertrauen auf ein Signal, das während Bedingungen, unter denen das Sensorrauschen geringer ist, wie etwa während stabiler Bedingungen, angesammelt wurde, selbst dann möglich, die PM-Sensor-Rußkonzentration zu berechnen und die Regeneration zu planen, wenn das gesamte Sensorsignal (z.B. über einen Fahrzyklus hinweg) rauschbehaftet ist. Durch das Vorhersagen der Ansprechzeit eines PM-Sensors durch Anwenden einer quadratischen Anpassung an eine Darstellung, die aus Rußsensordaten, welche während stabiler Bedingungen angesammelt wurden, erzeugt wurde, kann die Genauigkeit der Ansprechzeit, die für PM-Sensor-Messungen verwendet wird, verbessert werden. Durch Verwenden eines größeren Teils des angesammelten Signals für die Vorhersage der Ansprechzeit (und Verwerfen eines kleineren Teils) kann die Diagnostik innerhalb eines Fahrzyklus abgeschlossen werden, ohne eine Genauigkeit bei der Schätzung der Ansprechzeit zu verringern. Durch das Vorhersagen der Ansprechzeit und das Regenerieren des PM-Sensors, sobald ausreichend Daten zur Ermöglichung einer verlässlichen Vorhersage angesammelt wurden, kann eine neue Datensammlung begonnen werden, ohne dass auf die tatsächliche und/oder vorhergesagte Ansprechzeit gewartet werden muss. Als Ergebnis kann pro Fahrzyklus eine größere Anzahl von Sensoransprechzeitsignalen gesammelt werden, wodurch das Abschlussverhältnis für den Sensor verbessert wird. Die technische Wirkung der Verwendung einer quadratischen Anpassung an die Ansammlungsdarstellung ist, dass die Rußansammlung auch aus dem linearen Term der angepassten Daten geschätzt werden kann. Durch das Schätzen der Rußbeladung auf einem Sensor aus der Anpassung an die Rußansammlungsdarstellung unter Verwendung beider Techniken (das heißt, durch Extrapolieren der quadratischen Anpassung an die Ansammlungsdarstellung und durch Verwenden des linearen Terms der gleichen Anpassung) kann es möglich sein, die Genauigkeit des durchschnittlichen Signals zu verbessern, und kann daher die Genauigkeit der Rußkonzentrationsmessung verbessert werden. Zum Beispiel kann die über den ersten Ansatz erfahrene Ansprechzeit unter Verwendung der Ansprechzeit, die über den zweiten Ansatz erfahren wurde, bestätigt werden. Außerdem kann für die Sensorrußkonzentrationsmessung anstelle einer tatsächlichen Ansprechzeit, die für den gegebenen Fahrzyklus möglicherweise nicht genau ist, eine genauere vorhergesagte Ansprechzeit verwendet werden. Durch Verwenden eines größeren Anteils des angesammelten Signals für die Vorhersage der Ansprechzeit wird die Wahrscheinlichkeit für einen wenigstens einmaligen Abschluss der Messung der PM-Konzentration innerhalb eines Emissionsprüfzyklus (wie etwa eines Bundes-Prüfvorgangszyklus) erhöht, wodurch die Einhaltung der Motoremissionsgrenzwerte verbessert wird. Man wird verstehen, dass das Verfahren zur Vorhersage einer Sensoransprechzeit unter Verwendung einer quadratischen Anpassung auf einen Teil eines Signals, das an dem Sensor angesammelt wurde, gleichermaßen für mehrere unterschiedliche Sensoren, die in dem Fahrzeug vorhanden sind, benutzt werden kann.
Es sollte sich verstehen, dass die obige Kurzdarstellung bereitgestellt wurde, um eine Auswahl von Konzepten, die in der ausführlichen Beschreibung näher beschrieben sind, in vereinfachter Form vorzustellen. Sie soll keine Schlüssel- oder wesentlichen Merkmale des beanspruchten Gegenstands identifizieren, dessen Umfang einzig durch die Ansprüche, die auf die ausführliche Beschreibung folgen, definiert wird. Darüber hinaus ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Ausführungsformen beschränkt, die jegliche oben oder in irgendeinem Teil dieser Offenbarung angegebene Nachteile lösen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein schematisches Diagramm eines Motors und eines zugehörigen Partikelmaterial(PM)-Sensors, der in einem Abgasstrom positioniert ist.
2 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform des PM-Sensors von 1.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren veranschaulicht, welches zur Vorhersage einer Ansprechzeit des PM-Sensors ausgeführt werden kann.
4 zeigt eine beispielhafte Anpassung einer quadratischen Kurve an PM-Sensorsignale, die während des stabilen Motorbetriebs angesammelt wurden.
5 zeigt eine beispielhafte Regeneration eines PM-Sensors auf Basis gemessener und vorhergesagter Ansprechzeiten.
Ausführliche Beschreibung
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zur Vorhersage der Ansprechzeit eines Partikelmaterial(PM)-Sensors und zum Zurücksetzen des PM-Sensors. Bei diesem Beispiel ist der PM-Sensor mit einem Motorsystem wie etwa dem in 1 gezeigten Motorsystem gekoppelt. Ein PM-Sensor kann stromaufwärts und/oder stromabwärts von einem Partikelfilter mit einem Abgasdurchgang gekoppelt sein. Der PM-Sensor wird aufgrund der Gefahr des Einatmens von PM in der Luft verwendet, um die Konzentration und/oder den Fluss von leitenden Rußpartikeln in jeglichem Verbrennungsabgas zu messen. Eine ausführliche Beschreibung des PM-Sensors, der mit dem Abgasdurchgang gekoppelt ist, ist in 2 gezeigt. Ein Beispiel für die Verwendung des PM-Sensors in der Kraftfahrzeugindustrie ist, die Emission der geregelten PM-Emission durch das Kraftfahrzeug zu steuern oder zu diagnostizieren. Eine Motorsteuereinheit ist dazu ausgelegt, ein Steuerprogramm wie etwa das beispielhafte Programm von 3 auszuführen, um auf Basis eines Rußansammlungssignals, das während stabiler Fahrtbedingungen erhalten wurde, eine Ansprechzeit für den PM-Sensor vorherzusagen. Wie in 4 veranschaulicht kann eine quadratische Kurve an angesammelte PM-Sensorsignale angepasst werden und für die Vorhersage der Ansprechzeit verwendet werden. Ein Beispiel für die PM-Sensor-Regeneration auf Basis des Abschlusses der Vorhersage der Ansprechzeit ist in 4 gezeigt. Auf diese Weise kann das PM-Sensorsignal, das während des stabilen Fahrzeugbetriebs gesammelt wurde, verwendet werden, um die Ansprechzeit für den Sensor vorherzusagen, und kann die durchschnittliche Ansprechzeit aktualisiert werden, und kann pro Fahrzyklus eine maximale Anzahl von Sensoransprechzeitsignalen gesammelt werden, um Bundesstandards zu erfüllen.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugsystems 6. Das Fahrzeugsystem 6 weist ein Motorsystem 8 und einen möglichen Fall für einen Partikelmaterial(PM)-Sensor und ein -System auf. Das Motorsystem 8 kann einen Motor 10 mit mehreren Zylindern 30 aufweisen. Der Motor 10 weist einen Motoransaugtrakt 23 und einen Motorausstoßtrakt 25 auf. Der Motoransaugtrakt 23 kann optional eine Drossel 62 aufweisen, die über einen Ansaugdurchgang 42 fluidisch mit einem Motoransaugkrümmer 44 gekoppelt ist. Der Motorausstoßtrakt 25 weist einen Abgaskrümmer 48 auf, der schließlich zu einem Abgasdurchgang 35 führt, welcher Abgas in die Atmosphäre leitet. Der Motorausstoßtrakt 25 kann eine oder mehrere Emissionssteuervorrichtungen 70 aufweisen, die in einer dicht gekoppelten Weise in dem Abgas angebracht sein können. Eine oder mehrere Emissionssteuervorrichtungen können einen Dreiwegekatalysator, eine Stickoxidfalle, einen SCR-Katalysator usw. aufweisen. Der Motorausstoßtrakt 25 kann auch ein Partikelfilter (PF) 102 aufweisen, der PM von eingehenden Gasen vorübergehend ausfiltert und stromaufwärts und/oder stromabwärts von der Emissionssteuervorrichtung 70 positioniert ist. Das PF 102 kann einen Aufbau aufweisen, der zum Beispiel aus porösem Cordierit oder porösem Siliziumkarbid mit mehreren Kanälen im Inneren, um Partikelmaterial aus Dieselabgas auszufiltern, besteht.
Das Auspuffabgas, aus dem im Anschluss an den Durchgang durch das PF 102 PM gefiltert wurde, kann in einem PM-Sensor 106 gemessen werden und in einer Emissionssteuervorrichtung 70 weiterbehandelt werden und über den Abgasdurchgang 35 ausgestoßen werden. Zusätzlich zu dem PM-Sensor 106 kann stromaufwärts von dem PF 102 ein anderer PM-Sensor 105 mit dem Motorabgas 25 gekoppelt sein. Bei dem dargestellten Beispiel sind die PM-Sensoren 105 und 106 Widerstandssensoren, die die Filterungseffizienz des PF 102 auf Basis der Leitfähigkeit, die über die Sensorelemente des PM-Sensors gemessen wird, schätzen. Die gemessene Leitfähigkeit wird verwendet, um die Auspuff-PM-Emission und die Effizienz des PF 102 zu berechnen. Der PM-Sensor 105 kann verwendet werden, um die Rußkonzentration stromaufwärts von dem PF 102 zu messen und die Berechnung der PF-Effizienz zu verbessern und/oder die PF-Rußbeladung zu messen, um die PF-Regeneration zu planen. Alternativ kann der PM-Sensor 105 ausschließlich zur Berechnung der PM-Auspuffemissionen verwendet werden. Eine schematische Ansicht des PM-Sensors (der PM-Sensoren) 105 und/oder 106 ist in der nachstehend näher beschriebenen 2 gezeigt.
Die Rußbeladung, die dem PF 102 infolge der Ineffizienz der Filterung der Partikel entkommt, kann auf den Elektroden des PM-Sensors 106 abgelagert werden. PM-Sensoren müssen als Reaktion auf den Umstand, dass die Stärke des Rußansammlungssignals einen vordefinierten Schwellenwert erreicht, regeneriert und zurückgesetzt werden. Die Zeit, die nötig ist, damit das PM-Sensorsignal den Schwellenwert erreicht, ist als die Ansprechzeit des PM-Sensors definiert. Bei einem Beispiel kann das Rußansammlungssignal während transienter Motorbetriebe und/oder aufgrund des Auftreffens von großen Rußpartikeln oder Wassertröpfchen auf Sensorelemente rauschbehaftet (z.B. mit intermittierenden Spitzen und/oder Absenkungen in dem Signal) sein, was zu einer fehlerhaften Schätzung der Ansprechzeit des PM-Sensors führt. Während solcher Umstände kann ein Teil des Rußansammlungssignals, der von Rauschen frei ist (wie etwa das Signal, das während des stabilen Betriebs des Fahrzeugs angesammelt wurde), verwendet werden, um die Ansprechzeit des PM-Sensors vorherzusagen. Die Rußsensordaten, die während des stabilen Betriebs gesammelt werden, werden in einem gemeinsamen (gleichen) Fahrzyklus als transienter Motorbetrieb gesammelt. Daher braucht bei Vorhandensein irgendeines rauschbehafteten Signals nicht der gesamte Satz der Daten, die innerhalb eines Fahrzyklus gesammelt werden, verworfen zu werden. Sobald ausreichend verlässliche Daten angesammelt wurden und die Vorhersage der Ansprechzeit abgeschlossen ist, kann der PM-Sensor noch vor dem Erreichen der tatsächlichen und/oder vorhergesagten Ansprechzeit regeneriert und zurückgesetzt werden und kann die Ansammlung eines neuen Datensatzes beginnen. Ein beispielhaftes Verfahren, das die Vorhersage der PM-Sensor-Ansprechzeit unter Verwendung der Daten, die während des stabilen Betriebs angesammelt wurden, beschreibt, wird in Bezug auf 3 besprochen.
Das Fahrzeugsystem 6 kann ferner ein Steuersystem 14 aufweisen. Das Steuersystem 14 ist mit einer Steuereinheit 12 gezeigt, die Informationen von mehreren Sensoren 16 (wofür hier verschiedene Beispiele beschrieben sind) erhält, wobei die Steuereinheit 12 Steuersignale an mehrere Aktuatoren 81 (wofür hier verschiedene Bespiele beschrieben sind) sendet. Als ein Beispiel können die Sensoren 16 einen Durchflusssensor 126, Abgassensoren (die sich in dem Abgaskrümmer 48 befinden, einschließlich eines Temperatursensors 128, eines Drucksensors 129, eines Sauerstoffsensors, eines NOx-Sensors, eines NH₃-Sensors), und PM-Sensoren 105 und 106 beinhalten. Andere Sensoren wie etwa zusätzliche Druck-, Temperatur-, Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Abgasdurchfluss- und Zusammensetzungssensoren können mit verschiedenen Stellen in dem Fahrzeugsystem 6 gekoppelt sein. Als anderes Beispiel können die Aktuatoren Kraftstoffeinspritzdüsen 66, eine Drossel 62, Auslassventile und PM-Sensor-Steuerungen, die die Filterregeneration (nicht gezeigt) des PF bzw. des PM-Sensors steuern, beinhalten. Das Steuersystem 14 kann eine Steuereinheit 12 aufweisen. Die Steuereinheit 12 kann mit computerlesbaren Befehlen, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, ausgeführt sein. Die Steuereinheit 12 erhält Signale von den verschiedenen Sensoren von 1, verarbeitet die Signale, und setzt die verschiedenen Aktuatoren von 1 ein, um den Motorbetrieb auf Basis der erhaltenen Signale und der Befehle, die in einem Speicher der Steuereinheit gespeichert sind, einzustellen. Ein beispielhaftes Programm ist hier unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 gilt für jede beliebige Steuerung eines PM-Sensors, ungeachtet dessen, ob der Ruß von Motorabgas oder von irgendeiner anderen Quelle stammt.
2 zeigt eine schematische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Partikelmaterial(PM)-Sensors 200. Bei einem Beispiel kann der PM-Sensor 200 einer der PM-Sensoren 105 und 106 in 1 sein. Der PM-Sensor 200 kann dazu ausgelegt sein, die PM-Masse, den PM-Fluss und/oder die Konzentration in dem Abgas zu messen, und kann somit stromaufwärts und/oder stromabwärts eines Partikel-Filters (wie etwa des in 1 gezeigten PF 102) mit einem Abgasdurchgang (z.B. etwa dem in 1 gezeigten Abgasdurchgang 35) gekoppelt sein.
Wie in 2 gezeigt ist der PM-Sensor 200 im Inneren des Abgasdurchgangs 235 angeordnet, wobei Abgase von stromabwärts eines Dieselpartikelfilters zu einem Abgasauspuff strömen, wie durch Pfeile 246 angegeben ist. Bei einem anderen Beispiel kann der PM-Sensor 200 im Inneren des Abgasdurchgangs 235 stromaufwärts des Partikelfilters angeordnet sein. Der PM-Sensor 200 weist ein Schutzrohr 250 auf, das dazu dienen kann, ein PM-Sensorelement 254 des PM-Sensors 200, welches im Inneren aufgenommen ist, zu schützen, und zusätzlich dazu dienen kann, den Abgasstrom wie nachstehend erklärt über das PM-Sensorelement 254 umzuleiten.
Das PM-Sensorelement 254 weist ein Paar von verschränkten Elektroden 220 auf, die einen "Kamm"aufbau bilden. Diese Elektroden können typischerweise aus Metallen oder leitenden Keramiken wie etwa Platin, Gold, Osmium, Rhodium, Iridium, Ruthenium, Aluminium, Titan, Zirconium und dergleichen, wie auch Oxiden, Zementen, Legierungen und Kombinationen, die wenigstens eines der obigen Metalle oder leitenden Keramiken umfassen, hergestellt sein. Die Elektroden 220 sind auf einem Substrat 216 gebildet, das typischerweise aus stark elektrisch isolierenden Materialien hergestellt ist. Mögliche elektrisch isolierende Materialien können Oxide wie Aluminiumoxid, Zirconiumoxid, Yttriumoxid, Lanthanoxid, Siliziumoxid und Kombinationen, die wenigstens eines der obigen umfassen, oder jedes beliebige ähnliche Material, das in der Lage ist, eine elektrische Kommunikation zu unterbinden und dem Paar von verschränkten Elektroden einen physischen Schutz zu bieten, beinhalten. Die Beabstandung zwischen den Kamm"zähnen" der beiden Elektroden kann typischerweise in dem Bereich von 10 Mikrometer bis 100 Mikrometer liegen, wobei die Linienbreite jedes einzelnen "Zahns" ungefähr den gleichen Wert beträgt, obwohl letzteres nicht notwendig ist. Wie in 2 (in einer Seitenansicht) gezeigt erstrecken sich die verschränkten Elektroden 220 entlang eines Teils des Substrats 216 und decken diesen ab.
Eine positive Elektrode des Paars von verschränkten Elektroden 220 ist durch Verbindungsdrähte 224 an eine positive Klemme einer Spannungsquelle 228 eines ersten elektrischen Kreises 258 angeschlossen. Eine negative Elektrode des Paars von verschränkten Elektroden 220 ist über einen Verbindungsdraht 222 an eine Messvorrichtung 226 angeschlossen, und ist ferner an eine negative Klemme der Spannungsquelle 228 des ersten Kreises 258 angeschlossen. Die Verbindungsdrähte 222 und 224, die Spannungsquelle 228 und die Messvorrichtung 226 sind ein Teil des ersten Kreises 258 und sind außerhalb des Abgasdurchgangs 35 (als ein Beispiel < 1 Meter entfernt) untergebracht. Ferner können die Spannungsquelle 228 und die Messvorrichtung des Kreises 258 durch eine Steuereinheit wie etwa die Steuereinheit 12 von 1 gesteuert werden. Bei einem Beispiel kann anstelle der Steuereinheit 12 eine nahe gelegene zweckbestimmte Steuereinheit, die durch eine geeignete Verdrahtung an den PM-Sensor 200 angeschlossen ist, verwendet werden, um den PM-Sensor 200 zu steuern, um jegliche Streuleitfähigkeit zu vermeiden. Alternativ kann die zweckbestimmte Steuereinheit als Steuermodul innerhalb der Steuereinheit 12 ausgeführt sein. Die Messvorrichtung 226 an sich kann jede beliebige Vorrichtung sein, die in der Lage ist, die Veränderung eines elektrischen Stroms über die Elektroden zu messen, wie etwa ein Mikrostrommesser. Bei einer anderen Ausführungsform kann die Vorrichtung 226 ein Spannungsmesser sein, der auch in der Lage ist, eine Veränderung des Widerstands über die Elektroden zu schätzen. Mit der Ablagerung einer PM- oder einer Rußbeladung zwischen den Elektroden 220 kann der Widerstand zwischen dem Elektrodenpaar abzunehmen beginnen, was durch eine Zunahme des durch die Messvorrichtung 226 gemessenen Stroms angezeigt wird. Die Steuereinheit 12 kann in der Lage sein, den Strom zu bestimmen und eine entsprechende PM- oder Rußbeladung auf den flachen Elektroden 220 des PM-Sensors 200 abzuleiten. Durch Überwachen der Beladung auf den PM-Sensor-Elektroden 220 (auf dem Element 254) kann die Abgasrußbeladung (Konzentration des PM in dem strömenden Abgas 246) bestimmt werden, und dadurch verwendet werden, um die Gesundheit und das Funktionieren des PF zu diagnostizieren und zu überwachen. Ferner kann die Flussrate in Masse pro Sekunde, Partikeln pro Sekunde, Masse pro Volumen pro Sekunde usw. gemessen werden.
Das Schutzrohr 250 kann ein hohles zylinderförmiges Rohr mit einer stromaufwärts befindlichen Rohrwand 208 (z.B. einer stromaufwärts gewandten Wand), einer stromabwärts befindlichen Rohrwand 206 (z.B. einer stromabwärts gewandten Wand), und einer oberen Fläche 212 sein. Die stromaufwärts befindliche Rohrwand 208 kann näher als die stromabwärts befindliche Rohrwand 206 an einem PF liegen, wenn sie in einem Abgasdurchgang 235 positioniert ist, in dem das PF stromaufwärts von dem PM-Sensor (wie etwa dem PM-Sensor 106 in 1) positioniert ist. Ferner können Abgase, die durch den Abgasdurchgang 135 fließen, zuerst mit der stromaufwärts befindlichen Rohrwand 208 des PM-Sensors in Kontakt treten. Die obere Fläche 212 kann ferner einen Einsatzabschnitt 252 umfassen, durch den das PM-Sensorelement 254 und seine zugehörigen elektrischen Anschlüsse in das Schutzrohr 250 eingesetzt werden können und mechanisch an ihrer Stelle gehalten werden können, und ist ferner abgedichtet, um das PM-Sensorelement 254, das in dem PM-Sensor 200 untergebracht ist, zu schützen. Das Schutzrohr 250 kann über eine Sensornabe 202 und 204 so an dem Abgasdurchgang 235 (dem Abgasdurchgang 35 in 1) angebracht sein, dass die Mittelachse des Schutzrohrs 250 entlang der Y-Achse verläuft, und auch so, dass die Mittelachse des Schutzrohrs 250 im Allgemeinen senkrecht zu dem Abgasdurchgang 35 und dem Abgasstrom durch den Abgasdurchgang verläuft. Wie in 2 gezeigt erstreckt sich das Schutzrohr 250 in einen Abschnitt des Abgasdurchgangs 235. Die Tiefe, bis zu der sich das Schutzrohr in den Abgasdurchgang erstreckt, kann von dem Durchmesser des Abgasdurchgangs abhängen. Bei einigen Beispielen kann sich das Schutzrohr bis zu etwa einem Drittel bis zwei Drittel des Durchmessers des Abgasdurchgangs erstrecken. Die Unterseite des Schutzrohrs 250 (bei 210) kann eine gerade Linie sein oder kann in einem Winkel abgeschnitten sein, wodurch ein Einlass gebildet wird, der den Abgasstrom in den PM-Sensor 200 einbringt. Der PM-Sensor 200 weist auch einen Auslass 214 auf, der in einer Entfernung von dem Einlass des PM-Sensors 200 positioniert ist. Der Auslass 214 kann eine einzelne Öffnung oder mehrere Öffnungen, die entlang eines oder mehrerer aus einer Rückwand und einer Vorderwand des Schutzrohrs 250 (nicht gezeigt) positioniert sind, umfassen, oder es kann ein anderes Mittel vorhanden sein, um den Strom aus dem Schutzrohr 250 zu lenken. Die Vorderwand und die Rückwand des Schutzrohrs 250 an sich können Flächen des hohlen zylinderförmigen Schutzrohrs 250 sein, die sich von der stromaufwärts befindlichen Rohrwand 208 und der stromabwärts befindlichen Rohrwand 206 unterscheiden. Obwohl der Auslass 214 in 2 als elliptische Öffnung gezeigt ist, können auch andere Formen und Größen des Auslasses 214 verwendet werden, ohne von dem Umfang dieser Offenbarung abzuweichen.
Der eingehende Abgasstrom 246 (auch als eingehender Ausstoß oder eingehendes Abgas bezeichnet) bezieht sich auf das stromaufwärts des PM-Sensors 200 befindliche Abgas, das in den Einlass 210 des PM-Sensors 200 gelangt. Bei einem Beispiel kann der Abgasstrom 246 der Abgasstrom, der das PF verlässt, sein (im Fall des PM-Sensors 106 in 1). Bei einem anderen Beispiel kann der Abgasstrom 246 der Strom, der das PF speist, sein (im Fall des PM-Sensors 105 in 1). Der Abgasstrom 247, der in die Einlassöffnung 210 fließt, fließt in das Schutzrohr 250 des PM-Sensors 200. Der Abgasstrom 247 kann einen Teil oder eine repräsentative Probe (d.h., einen gut gemischten Anteil) des eingehenden Abgasstroms 246 enthalten. Ein Satz von Partikeln 244, die in dem Abgasstrom 247 vorhanden sind, kann anschließend auf dem PM-Sensorelement 254 abgelagert werden und an den Elektroden 220 und der Spaltfläche anhaften. Der Abgasstrom 251 kann ein Teil des eingehenden Abgases 246 sein, der die PM-Sensorelektrode über den Auslass 214 verlässt.
Wenn der Satz von Partikeln 244 auf dem PM-Sensorelement 254, insbesondere an den Rändern der Elektrode 220 und an dem Spalt des nichtleitenden Sensorsubstrats 216, abgelagert ist, nimmt der Strom, der in dem ersten elektrischen Kreis 258 durch die Messvorrichtung 226 gemessen wird, aufgrund des leitenden PM, das den Elektrodenspalt überbrückt, zu. Die Steuereinheit 12 kann auf Basis des durch die Messvorrichtung 226 gemessenen Stroms eine Rußbeladung auf den PM-Sensorelektroden 220 berechnen. Wenn der Strom einen Schwellenwertstrom erreicht, kann abgeleitet werden, dass die Rußbeladung eine Schwellenwert-Rußbeladung erreicht hat. Die Zeit bis zu dem Erreichen dieser Beladung und dieses Stroms wird zumeist umgekehrt proportional zu entweder der Rußkonzentration oder dem Rußfluss des Abgases 246 und 247 sein. Zu dieser Zeit würde die Steuereinheit (die Steuereinheit 12 in 1) das Zeitsignal speichern und den PM-Wert unter Verwendung anderer Sensoren (wie etwa der Sensoren 16 in 1) berechnen. Und zu dieser Zeit müssen das Substrat 216 und die Elektroden 220 gereinigt werden, um die PM-Ansammlung erneut zu beginnen. Daher können die PM-Sensorelektroden 220 regeneriert werden, um die Elektrodenoberfläche von jeglichen darauf abgelagerten Partikeln zu reinigen. Infolge der Emissionsvorschriften müssen PM-Sensoren gewöhnlich zumindest ein Mal innerhalb irgendeines Prüfzyklus (wie etwa eines Bundes-Prüfvorgangszyklus, des World Harmonized Transient Cycle, des Neuen Europäischen Fahrzyklus, usw.) eine anfängliche Reinigung und eine Ansprechzeitmessung erhalten. Der Zyklus unterscheidet sich weltweit auf Basis der jeweiligen Bestimmungen eines Staates und/oder der Aufsichtsbehörde. Daher ist es wichtig, die PM-Sensor-Ansprechzeit genau zu messen, damit die Sensorregeneration genau stattfinden kann.
Das PM-Sensorelement 254 weist auch ein Heizelement 218 auf, das so in das Sensorsubstrat 216 aufgenommen ist, dass die Wärme leicht zu den Elektroden 220 geleitet wird. Das Heizelement 218 kann mit dem zweiten elektrischen Kreis 259 gekoppelt sein und kann einen Temperatursensor und eine Heizeinrichtung umfassen. Mögliche Materialien für die Heizeinrichtung und den Temperatursensor, der das Heizelement 218 bildet, können Platin, Gold, Palladium und dergleichen; und leitende Keramiken, Legierungen, Oxide und Kombinationen, die mit Platin/Aluminiumoxid, Platin/Palladium, Platin und Palladium wenigstens eines der obigen Materialien umfassen, enthalten. Das Heizelement 218 kann zum Regenerieren des PM-Sensorelements 254 (d.h., zum Wegbrennen der Rußpartikel) verwendet werden. Insbesondere kann unter Bedingungen, bei denen die Partikelbeladung 244 oder die Rußbeladung des PM-Sensorelements 254 höher als ein Schwellenwert ist, ein elektrischer Strom durch das Heizelement 218 geführt werden, wodurch Wärme erzeugt wird, die verwendet werden kann, um die angesammelten Rußpartikel 244 von der Elektrodenoberfläche des Sensorelements 254 wegzubrennen. Während der PM-Sensor-Regeneration kann die Steuereinheit 12 unter Verwendung einer externen Spannungsquelle 230, die mit einem zweiten elektrischen Kreis 259 gekoppelt ist, einen Strom bereitstellen, der zum Betreiben des Widerstandsheizelements 218 (dessen Widerstand R beträgt), benötigt wird. Das Verfahren beinhaltet das Erhitzen der Oberfläche der Elektrode 220 auf eine Temperatur, die hoch genug ist, um die Rußpartikel unter Verwendung des Sauerstoffs in dem Abgas zu verbrennen. Besonders die Oberfläche des Substrats 216 muss sorgfältig gereinigt werden. Zudem kann die Steuereinheit 12 den Schalter 232 (der mit dem zweiten elektrischen Kreis 259 gekoppelt ist) für eine vorherbestimmte Zeit schließen (oder Impulsmodulationstechniken verwenden), um den zweiten Kreis 259 zu vervollständigen und den Strom (I) über die Spannungsquelle 230 an das Heizelement 218 anzulegen, um die Temperatur des Heizelements 218 zu erhöhen (die gelieferte Leistung ist I²R). Alternativ kann die Abnahme der Rußbeladung auf dem Sensorelement beim Durchgang des Stroms durch das Heizelement 218 durch Überwachen einer Veränderung des elektrischen Stroms (des Sensors 226) geschätzt werden, und kann der Schalter 223 als Reaktion auf den Umstand, dass der Wert des elektrischen Stroms einen Schwellenwert erreicht, in die offene Stellung betätigt werden, was den Abschluss der Sensorregeneration anzeigt. Bei einem Beispiel kann die Temperatur der Oberfläche der Elektrode 220 durch einen Sensor gemessen werden, der an einen zusätzlichen elektrischen Kreis, welcher den Kreisen 258 und 259 ähnlich ist, gekoppelt ist. Der zusätzliche elektrische Kreis kann für die Steuerung der Heizeinrichtung 218 und die Messung der Rußleitfähigkeit der Elektrode 220 von Vorteil sein. Der Widerstand der Heizeinrichtung 218 kann unter Verwendung eines Stromsensors in dem Kreis 259 gemessen werden.
Durch Regenerieren und Zurücksetzen des PM-Sensors 200 kann dieser in einen Zustand (z.B. einen nicht beladenen oder nur teilweise beladenen Zustand) zurückgeführt werden, der zum Sammeln des Abgasrußes geeigneter ist, da die Anfangsbeladung mit PM null sein wird oder ein bekanntes Ausmaß sein wird. Die Zeit, die zwischen dem Ende einer Sensorregeneration und dem Beginn einer anderen Sensorregeneration vergeht, kann als die Sensoransprechzeit definiert werden. Die Ansprechzeit kann möglicherweise kein fester Zeitraum sein, sondern auf Basis der Fahrzeugbetriebsbedingungen (z.B. der Motorbelastung, der Geschwindigkeit), der Gastemperatur und der Kraftstoffqualität usw., die den Rußpegel, die Rußleitfähigkeit usw. in dem Abgas beeinflussen, schwanken. Der Unterschied in der Ansprechzeit kann teilweise oder gänzlich durch die Steuereinheit 12 ausgeglichen werden.
Bei einem Beispiel kann das Rußansammlungssignal aufgrund des Auftreffens von großen Rußpartikeln und/oder Wassertröpfchen auf die Elektroden 220 rauschbehaftet sein, z.B. große Rußflocken, Staubpartikel usw. aufweisen. Zum Beispiel können in dem Signal plötzliche Absenkungen und Spitzen (d.h. Veränderungen in den Daten, die größer als ein Schwellenwert sind) vorhanden sein. Dies kann zu einer fehlerhaften Schätzung der Ansprechzeit des PM-Sensors 200 führen. Während derartiger Bedingungen kann die tatsächliche Ansprechzeit unbeachtet gelassen werden und statt dessen eine vorhergesagte Ansprechzeit verwendet werden, um eine durchschnittliche Ansprechzeit zu aktualisieren und die Rußkonzentration in dem Abgas zu bestimmen. Insbesondere kann ein Teil des Rußansammlungssignals (des Stroms, der durch die Vorrichtung 226 aufgezeichnet wird), der von Rauschen frei ist (wie etwa das Signal, das während des stabilen Betriebs des Fahrzeugs angesammelt wurde), verwendet werden, um die Ansprechzeit des PM-Sensors 200 vorherzusagen, noch bevor die Rußbeladung des PM-Sensorelements 254 den Schwellenwert erreicht. Eine quadratische Gleichung kann an die Rußansammlungsdarstellung (den elektrischen Strom), die während des stabilen Betriebs erhalten wurde, angepasst werden, und die Ansprechzeit kann durch Extrapolieren der Kurvenanpassung vorhergesagt werden, noch bevor das tatsächliche Signal den Schwellenwert erreicht. Alternativ kann auch der lineare Term der quadratischen Anpassung verwendet werden, um die Rußansammlungsrate des Sensors und dadurch die PM-Konzentration des Abgases zu schätzen. Die Schätzungen der Rußbeladung und der PM-Sensor-Ansprechzeit, die aus der Extrapolation der an die Ansammlungsdarstellung angepassten Kurve und dem linearen Term der Anpassung erhalten wurden, können gemittelt werden, um eine genauere Schätzung der Rußkonzentration in dem Abgas zu erhalten. Während eines ersten Zustands kann die Rußsensorregeneration als Reaktion auf den Umstand, dass die Kurvenanpassung höher als ein Schwellenwert (Wert des Determinationskoeffizienten, R²) ist, zu einer ersten Zeit begonnen werden; und während eines zweiten Zustands kann die Rußsensorregeneration als Reaktion auf den Umstand, dass die Kurvenanpassung niedriger als der Schwellenwert ist, zu einer zweiten Zeit, die später als die erste Zeit eintritt, begonnen werden. Die erste Zeit kann eine Zeit sein, zu der die Kurvenanpassung den Schwellenwert übersteigt, und die zweite Zeit enthält eine Schwellenwertzeitdauer, die seit dem Abschluss einer unmittelbar vorhergehenden Regeneration des Sensors vergangen ist. Bei Abschluss der Vorhersage der Ansprechzeit kann die Ansprechzeit gespeichert werden und der PM-Sensor regeneriert und zurückgesetzt werden, anstatt auf den Schwellenwert zu warten.
Auf diese Weise kann es durch Überwachen der Ablagerungsrate und/oder der Ansprechzeit des PM-Sensors, der sich stromabwärts von dem Partikelfilter befindet, auch dann möglich sein, Lecks in dem Partikelfilter, der sich stromaufwärts von dem PM-Sensor befindet, zu diagnostizieren, selbst wenn die Sensordaten rauschbehaftet sind. Gleichermaßen ist es durch Überwachen des PM-Sensors, der sich stromaufwärts von dem Partikelfilter befindet, möglich, die Rate der PM-Ablagerung auf dem PF zu bestimmen.
1 und 2 zeigen beispielhafte Konfigurationen mit einer relativen Positionierung der verschiedenen Komponenten. Wenn sie direkt miteinander in Kontakt stehend oder direkt gekoppelt gezeigt sind, können derartige Elemente zumindest bei einem Beispiel als direkt in Kontakt stehend bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. Gleichermaßen können Elemente, die benachbart oder nebeneinander gezeigt sind, bei zumindest einem Beispiel benachbart oder nebeneinander sein. Als ein Beispiel können Komponenten, die in einem Kontakt mit gemeinsam genutzten Flächen stehen, als in einem Kontakt mit gemeinsam genutzten Flächen stehend bezeichnet werden. Als anderes Beispiel können Elemente, die nur über einen Zwischenraum und ohne andere Komponenten dazwischen voneinander getrennt positioniert sind, bei zumindest einem Beispiel so bezeichnet werden.
3 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren 300 zur Vorhersage einer Ansprechzeit des Partikelmaterial(PM)-Sensors, der stromabwärts von einem Partikelfilter mit einem Motorabgasdurchgang gekoppelt ist, auf Basis des Rußansammlungssignals, das während des stabilen Fahrzeugbetriebs gesammelt wurde. Befehle zur Ausführung des Verfahrens 300 und der restlichen hier enthaltenen Verfahren können durch eine Steuereinheit (oder Steuereinheiten) auf Basis von Befehlen, die in einem Speicher der Steuereinheit gespeichert sind, und in Verbindung mit Signalen, die von Sensoren des Motorsystems wie etwa den oben unter Bezugnahme auf 1 und 2 beschriebenen Sensoren erhalten werden, ausgeführt werden. Die Steuereinheit kann gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren Motoraktuatoren des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb einzustellen. Vor dem Beginn des Verfahrens können eine Sensorregeneration, ein Sensorschutzbetrieb, diagnostische Überprüfungen und eine Kalibrierung stattfinden.
Bei 302 beinhaltet das Programm die Bestimmung, ob eine Partikelmaterialregeneration abgeschlossen wurde. Während der PM-Sensor-Regeneration wird an einen Kreis (wie etwa den zweiten elektrischen Kreis 259 in 2), der thermisch mit dem Sensorelement gekoppelt ist, eine Spannung von einer mit dem Kreis gekoppelten Spannungsquelle angelegt. Die Steuereinheit kann einen Schalter (wie etwa den Schalter 232 in 2), der mit dem Kreis gekoppelt ist, in eine geschlossene Position betätigen und den Kreis dadurch vervollständigen. Beim Schließen des Schalters wird der Kreis vervollständigt und elektrischer Strom durch den Kreis geführt, wodurch ein Heizelement (wie etwa das Heizelement 218 in 2), das mit dem Sensorelement gekoppelt ist, erhitzt wird. Typischerweise ist eine Temperatur von mehr als 600 °C nötig, um eine nichtkatalytische Oberfläche zu regenerieren. Die Wärme von dem Heizelement reinigt das Sensorelement, insbesondere die Elektroden, durch Wegbrennen des darauf angesammelten Rußes. Anschließend, wenn die Sensorelektroden ausreichend sauber sind (wie etwa, wenn der durch den Sensor ausgegebene elektrische Strom abgefallen ist), kann die Steuereinheit den Schalter öffnen, um das Erhitzen des Heizelements zu beenden. Bei einem Beispiel kann der Schalter für ein vorherbestimmtes Zeitausmaß, das nötig ist, um eine angesammelte Rußbeladung, die der Stärke des Schwellenwert-Rußansammlungssignals entspricht, wegzubrennen, in der geschlossenen Position behalten werden. Bei einem anderen Beispiel kann die Abnahme der Rußbeladung auf dem Sensorelement durch Überwachen einer Veränderung (eines Abfalls) des elektrischen Stroms geschätzt werden, und kann der Schalter als Reaktion auf den Umstand, dass der Wert des elektrischen Stroms einen unteren Schwellenwert erreicht, in die offene Position betätigt werden. Durch das Regenerieren des PM-Sensors kann dieser in einen Zustand (z.B. einen vollständig unbeladenen oder teilweise beladenen Zustand) zurückgebracht werden, der für die weitere Sammlung von Abgasruß geeigneter ist. Man wird verstehen, dass dann, wenn sich der Sensor regeneriert, keine Sensordaten gesammelt werden. Wenn die Regeneration nicht abgeschlossen ist, beinhaltet das Programm bei 303 das Fortsetzen, um die Sensorregeneration abzuschließen, indem der Kreis geschlossen gehalten wird (oder eine Impulsbreitenmodulation beibehalten wird).
Wenn die Sensorregeneration abgeschlossen ist, kann abgeleitet werden, dass der Sensor für eine Ruß- und Datensammlung bereit ist. Entsprechend kann die Steuereinheit bei 304 die Sammlung von Rußansammlungsdaten von dem PM-Sensor beginnen. Dies beinhaltet das Ansammeln von Messungen des elektrischen Stroms in dem PM-Sensor. Die Messungen des elektrischen Stroms können durch eine Vorrichtung (wie etwa die Vorrichtung 226 in 2) durchgeführt werden, die Teil eines elektrischen Kreises (wie etwa des ersten elektrischen Kreises 258 in 2) des Partikelmaterial(PM)-Sensors ist. Aufgrund der Ansammlung von Rußpartikeln auf einem PM-Sensorelement (wie etwa dem Sensorelement 254 in 2) kann ein Anstieg des Signals des elektrischen Stroms, der durch einen mit dem Sensorelement gekoppelten Kreis (wie etwa den Kreis 258 in 2) verläuft, beobachtet werden. Die Stärke des Rußansammlungssignals ist direkt proportional zu der Rußbeladung der PM-Partikel, die an dem Sensorelement anhaften, und die Signalstärke kann fortlaufend zunehmen, während die Rußbeladung auf dem PM-Sensorelement zunimmt. Die Stärke des Rußansammlungsbeladungssignals ist das elektrische Signal, das durch einen Mikrostrommesser (wie etwa den Mikrostrommesser 226 in 2) gemessen wird. Das elektrische Signal ist ein Pegelanstieg, der von einem Schutzrohr (wie etwa dem Schutzrohr 250 in 2), der Elektrodengestaltung des PM-Sensors, der Spannung, dem verbliebenen Ruß, der bei der vorhergehenden Regeneration nicht verbrannt wurde, dem Fluss, der Temperatur und anderen Faktoren abhängt. Die Veränderungsrate des Stroms ist auch eine Funktion der Rate der Rußansammlung.
Bei 306 kann gleichzeitig mit dem Beginn der Signalsammlung ein Timer gestartet werden, um der Steuereinheit zu ermöglichen, eine Zeit, die seit dem Beginn des Sammelns des Rußansammlungssignals an dem PM-Sensor (als T₀ bezeichnet) vergangen ist, aufzuzeichnen. Dies kann eine Zeit sein, die unmittelbar auf die vorhergehende Sensorregeneration folgt. PM-Sensor-Daten, die unmittelbar im Anschluss an ein Zurücksetzen des Sensors gesammelt werden, können zur Kalibrierung oder Selbstdiagnose des Sensors verwendet werden. Es gibt einen Zeitraum, in dem der Strom nahe an Null liegt oder Null beträgt, wenn sich noch keine Rußpartikel an den Elektroden angesammelt haben, und diese Zeit kann als die Totzeit des Sensors bezeichnet werden. Bei einem Beispiel kann die Zeit, die nötig ist, um einen Schwellenwert einer Signalstärke von 1 µA zu erreichen, die Totzeit des PM-Sensors sein. Beginnend mit dem Ende der Sensorregeneration und nach dem Ablauf einer ausreichend langen Zeit für eine Abkühlung der Elektroden (von T₀) ist die Zeit, die nötig ist (T_ref), um den Schwellenwert der Rußbeladung zu erreichen, bei der eine PM-Sensor-Regeneration erforderlich sein kann, die Ansprechzeit des Sensors. Alternativ kann die Totzeit ein Zeitausmaß sein, das nicht zur Berechnung der Ansprechzeit verwendet wird. Die Ansprechzeit kann für einen bestimmten Sensor möglicherweise kein fester Zeitraum sein, sondern auf Basis der Fahrzeugbetriebsbedingungen (z.B. der Motorbelastung, der Geschwindigkeit), der Kraftstoffqualität und der PF-Effizienz, die den Rußpegel in dem Abgas beeinflussen, schwanken. Aufgrund von Emissionsvorschriften müssen PM-Sensoren die PM-Emission messen und die PF-Effizienz wenigstens ein Mal innerhalb eines Emissionsprüfzyklus (wie etwa eines Bundes-Prüfvorgangszyklus, des WHTC, des NEFZ usw.) kalibrieren. Außerdem erfordern Vorschriften eine PM-Messung in einem bestimmten Teil des Fahrzeugfahrzyklus; daher wird eine raschere Messung das Abschlussverhältnis erhöhen.
Bei 308 kann das Rußansammlungssignal abgerufen werden. Zum Beispiel kann die Steuereinheit im Lauf der Zeit einen Anstieg der Signalstärke mit einem Anstieg der Rußansammlung auf dem Sensorelement aufzeichnen. Sobald das Rußansammlungssignal bestimmt wurde, kann eine Darstellung des Signals in Bezug auf die Zeit aufgezeichnet werden. Bei 310 beinhaltet das Programm das Bestimmen, ob das Signal-Rausch-Verhältnis in dem gesammelten Signal höher als ein Schwellenwert ist. Ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis entspricht einer glatten Datensammlung wie etwa während eines stabilen Betriebszustands des Fahrzeugs. Solche Daten mit geringem Rauschen können verwendet werden, um die Ansprechzeit des PM-Sensors verlässlich vorherzusagen. Bei Abschluss der Vorhersage kann der Sensor regeneriert und zurückgesetzt werden, ohne dass es nötig ist, auf die gemessene und/oder vorhergesagte Ansprechzeit zu warten. Bei Abschluss eines Regenerationsereignisses kann die Datensammlung für den nächsten Datensatz beginnen, wodurch ermöglicht wird, eine höhere Anzahl von Sensoransprechzeitmessungen pro Fahrzyklus aufzunehmen. Ein niedriges Signal-Rausch-Verhältnis entspricht rauschbehafteten Daten, die entweder während des transienten Motorbetriebs oder während des Auftreffens von großem Partikelmaterial, Wassertröpfchen usw. auf den PM-Sensor gesammelt wurden. Es ist nicht möglich, die Ansprechzeit aus einem derartigen rauschbehafteten Signal vorherzusagen.
Wenn bestimmt wird, dass das Signal-Rausch-Verhältnis niedriger als ein Schwellenwert ist, beinhaltet das Programm bei 312 das Bestimmen, ob die Zeitdauer seit dem Beginn der Signalsammlung (ab der Zeit T₀) länger als eine Schwellenwertzeit ist. Bei einem Beispiel kann diese Schwellenwertzeit eine vorherbestimmte Dauer sein. Bei einem anderen Beispiel kann die Schwellenwertzeit von der durchschnittlichen Ansprechzeit, die über einen oder mehrere Fahrzyklen gesammelt wurde, abhängen. Daher kann jedes Mal, wenn die durchschnittliche Ansprechzeit nach einer erfolgreichen Ansprechzeitmessung und/oder -vorhersage aktualisiert wird, auch die Schwellenwertzeit aktualisiert werden. Wenn bestimmt wird, dass die Dauer seit dem Beginn der Signalsammlung (ab der Zeit T₀) kürzer als die Schwellenwertzeit ist, kann bei 318 die Sammlung des Rußansammlungssignals fortgesetzt werden. Der PM-Sensor darf zu dieser Zeit nicht regeneriert werden. Wenn bei 312 bestimmt wird, dass die Dauer seit dem Beginn der Signalsammlung länger als die Schwellenwertzeit ist, kann bei 314 der PM-Sensor regeneriert und zurückgesetzt werden. Während der Regeneration und des Zurücksetzens des Sensors darf kein Signal gesammelt werden. Im Anschluss an die Sensorregeneration kann die Signalsammlung für den nächsten Datensatz begonnen werden (z.B. kann das Programm von 3 erneut ausgeführt werden). Da der letzte erfasste Datensatz rauschbehaftete Daten umfasst, dürfen diese Daten nicht verwendet werden, um die Ansprechzeit des Sensors vorherzusagen und zu aktualisieren.
Wenn bei 310 bestimmt wird, dass das Signal-Rausch-Verhältnis hoch ist, beinhaltet das Programm bei 316 das Bestimmen, ob das Fahrzeug in einem stabilen Zustand arbeitet. Während des stabilen Betriebs können die Motorbetriebsparameter (wie etwa die Motordrehzahl, die Belastung, die Temperatur usw.) stabil bleiben und kann es sein, dass sie nicht signifikant schwanken. Und während des stabilen Betriebs des Fahrzeugs kann es sein, dass sich die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht oft verändert. Unter diesen Bedingungen wird Ruß mit einer verhältnismäßig konstanten Rate auf dem PM-Sensor angesammelt und kann die Ansammlungsdarstellung einen monotonen Anstieg der Stärke des Rußansammlungssignals, die der angesammelten Rußbeladung entspricht, zeigen. Und während dieses Zeitraums wird kein Rauschen (Spitzen und Absenkungen) in dem Rußansammlungssignal erwartet.
Wenn bestimmt wird, dass das Fahrzeug nicht in einem stabilen Zustand betrieben wird, kann bei 318 die Sammlung des Rußansammlungssignals fortgesetzt werden. Bei einem Beispiel beinhaltet das Programm bei 319 das Bestimmen, ob die Strom(signal)stärke höher als ein Schwellenwert des Stroms ist. Wenn bestimmt wird, dass die Signalstärke höher als ein Schwellenwert ist, kann das Programm zu Schritt 326 übergehen, wo der Timer, der die seit dem Beginn der Signalansammlung vergangene Zeit aufzeichnet (von Schritt 306), angehalten wird. Wenn bestimmt wird, dass die Signalstärke geringer als der Schwellenwert ist, kann die Ausführung der Messungen des elektrischen Stroms gemäß der Ansammlung der Rußbeladung auf den PM-Sensorelementen fortgesetzt werden. Wenn bei 316 bestimmt wird, dass das Fahrzeug im stabilen Zustand arbeitet, kann bei 320 ein Teil des gesamten Signals, das (bisher) während der stabilen Betriebsbedingungen angesammelt wurde, zur Vorhersage einer Sensoransprechzeit verwendet werden, noch bevor das angesammelte Signal den vorherbestimmten Regenerationsschwellenwert erreicht. Eine polynomiale (z.B. quadratische) Gleichung kann zur Anpassung an eine Darstellung, die aus den bisher während des stabilen Betriebs des Fahrzeugs gesammelten Rußansammlungsdaten erzeugt wurde, verwendet werden. Daten, die während des nicht stabilen Betriebs gesammelt wurden, werden aus der Kurvenanpassung ausgeschlossen und für die Anpassung der Darstellung nicht verwendet. Die Koeffizienten der quadratischen Gleichung können berechnet werden, um eine enge Anpassung an die Rußansammlungsdarstellung bereitzustellen. Die Qualität der Anpassung kann durch den Determinationskoeffizienten (R²) der Darstellung bestimmt sein. Die Anpassung ist umso besser, je dichter der Wert von R² (0 < R² < 1) an 1 liegt.
Bei 322 beinhaltet das Programm das Bestimmen, ob der Wert von R² für die quadratische Kurvenanpassung höher als ein Schwellenwert ist. Der Schwellenwert kann einer Qualität der Anpassung entsprechen, die für eine verlässliche Vorhersage der Ansprechzeit auf Basis der an die Rußansammlungskurve angepassten Kurve erforderlich ist. Bei einem Beispiel ist der Schwellenwert von R² 0,7. Wenn bestimmt wird, dass der Wert von R² geringer als der Schwellenwert ist, kann bei 324 der Koeffizient der quadratischen Gleichung, der zur Anpassung an die Rußansammlungsdarstellung verwendet wird, geändert werden, um eine bessere Anpassung (einen höheren Wert von R²) zu erzielen. Der Koeffizient der quadratischen Gleichung, der bei der Kurvenanpassung verwendet wird, kann verändert werden, um eine Anpassung zu erzielen, bei der ein Wert von R², der höher als der Schwellenwert ist, erhalten wird.
Wenn bestimmt wird, dass der Wert von R² höher als der Schwellenwert ist, kann bei 326 der Timer, der die seit dem Beginn der Signalansammlung vergangene Zeit aufzeichnet (von Schritt 306), angehalten werden. Das Signal (mit einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis), das während dieses Zeitraums gesammelt wurde, kann verwendet werden, um die Ansprechzeit des PM-Sensors vorherzusagen.
Bei 328 kann die Ansprechzeit des PM-Sensors unter Verwendung einer oder mehrerer Ansätze aus der Kurvenanpassung vorhergesagt werden. Bei einem ersten beispielhaften Ansatz kann bei 330 die Kurvenanpassung extrapoliert werden, um die Zeit (T_ref), die einer vorherbestimmten Schwellenwertsignalstärke entspricht, zu bestimmen. Auf diese Weise kann es unter Verwendung der extrapolierten Kurvenanpassung möglich sein, die Ansprechzeit (die Zeit, die bis zum Erreichen des Schwellenwerts nötig ist) des PM-Sensors im Voraus (das heißt bevor eine der tatsächlichen Ansprechzeit entsprechende Zeitdauer abläuft) vorherzusagen. Als ein Beispiel kann die Schwellenwertsignalstärke auf Basis der projizierten oder modellierten Rate der Rußbeladung, die den PM-Sensor zu der zukünftigen extrapolierten Zeit (T_ref) erreicht, < 12 µA des elektrischen Stroms betragen. Bei einem zweiten beispielhaften Ansatz kann bei 332 der Term der linearen Steigung des angepassten Polynoms verwendet werden, um die durchschnittliche Rußbeladung, die über einen Zeitraum auf dem PM-Sensor angesammelt wurde, zu schätzen. Während der stabilen Betriebsbedingungen ist die Rußansammlung gleichmäßig, weshalb die Abgasrußkonzentration aus dem durch den Stromratenanstieg gemessenen geschätzten Anstieg der durchschnittlichen Rußbeladung abgeleitet werden kann. Die Rußbeladungsrate kann in die vorhergesagte Ansprechzeit umgewandelt werden. Zudem kann bei einem dritten beispielhaften Ansatz die Zeit, die bestimmt wird, wenn die tatsächliche Strom(signal)stärke einen Schwellenwertstrom erreicht (bei Schritt 319), als T_ref aufgezeichnet werden.
Bei 334 ist es beim Abschluss eines erfolgreichen Kurvenanpassungsvorgangs, um die Zeit (Tref) bis zum Erreichen der Schwellenwertsignalstärke zu bestimmen, (oder über eine tatsächliche Messung von T_ref) nicht länger nötig, in dem gegenwärtigen Datenzyklus Signale anzusammeln. Daher kann der PM-Sensor zu dieser Zeit unabhängig von der aktuellen Stärke des Stromsignals und ohne Warten auf die tatsächliche und/oder vorhergesagte Ansprechzeit regeneriert und zurückgesetzt werden. Während der Regeneration des PM-Sensors wird ein Heizelement, das mit dem Sensorelement gekoppelt ist, unter Verwendung von Elektrizität erhitzt, wodurch ein Wegbrennen des an dem Sensorelement angesammelten Rußes verursacht wird. Falls die Kurvenanpassung nicht über einem ersten Schwellenwert liegt (Wert von R² unter einem ersten Schwellenwert), kann die Steuereinheit als Reaktion auf den Umstand, dass das Signal des elektrischen Stroms (Ausgang des ersten elektrischen Kreises) einen zweiten Schwellenwert für den Strom (der sich von dem ersten Schwellenwert unterscheidet) übersteigt, eine Regeration des Sensors beginnen.
Bei 336 kann die Zeit, die bis zum Erreichen der Schwellenwertsignalstärke nötig ist, aufgezeichnet werden und zur Berechnung der Ansprechzeit (T_ref – T₀) für den PM-Sensor verwendet werden. Bei einem Beispiel kann die durch jeden der Ansätze (bei den Schritten 319, 330 bzw. 332 angeführt) geschätzte Zeit bis zum Erreichen der Schwellenwertsignalstärke verwendet werden, um eine durchschnittliche Ansprechzeit zu erhalten. Zum Beispiel kann die durchschnittliche Ansprechzeit ein statistischer oder gewichteter Durchschnitt der über die beiden beispielhaften Ansätze geschätzten Ansprechzeiten sein. Durch Vorhersagen einer durchschnittlichen Ansprechzeit unter Verwendung von zumindest zwei Techniken ist es möglich, die Genauigkeit der Ansprechzeit, die zum Messen der PM-Konzentration und der Auspuffemissionen verwendet wird, zu verbessern. Bei 338 kann die durchschnittliche Ansprechzeit, die über den Fahrzyklus gesammelt wurde, durch die letzte bestimmte (vorhergesagte) Ansprechzeit aktualisiert werden. Alternativ kann eine Berechnung der Rußkonzentration und/oder des -flusses aus der geschätzten Ansprechzeit vorgenommen werden und dann aus mehreren Messungen während des Fahrzyklus eine durchschnittliche Rußkonzentration und/oder ein durchschnittlicher -fluss berechnet werden.
Bei 340 kann aus der durchschnittlichen Ansprechzeit (T_ref – T₀) eines PM-Sensors, der stromabwärts des PF mit dem Abgasdurchgang gekoppelt ist, die Effizienz des PF gemessen werden. Außerdem kann durch Verwenden anderer Sensordaten und Computermodelle die effektive Prozentfunktion des PF abgeleitet werden. Im Fall eines PM-Sensors, der stromaufwärts von dem PF mit dem Abgasdurchgang gekoppelt ist, kann die Ansprechzeit verwendet werden, um die durchschnittliche Rußkonzentration in dem Gas, das in das PF geführt wird, abzuleiten. Der Ruß, der über die Ansprechzeitspanne an dem PF angesammelt wird, ist direkt proportional zu der Rußbeladung, die auf dem PM-Sensor stromaufwärts von dem PF angesammelt ist. Wenn die Rußbeladung an dem PF eine vordefinierte Schwellenwertbeladung erreicht, muss das Filter regeneriert (gereinigt) werden. Die Rußbeladung des Abgaspartikelfilters kann teilweise auf Basis der Ansprechzeit des stromaufwärts von dem Abgaspartikelfilter positionierten Abgasrußsensors vorhergesagt werden, und das Abgaspartikelfilter kann auf Basis der vorhergesagten Rußbeladung des Abgaspartikelfilters regeneriert werden. Die PM-Filter-Regeneration kann dann auf Basis der Masse des PM, die als an dem PF abgelagert geschätzt wird, und der Regeneration des PM-Sensors geplant werden. Auf diese Weise beinhaltet das Verfahren das Schätzen eines oder mehrerer aus einer Abgasrußkonzentration und einer Abgasrußfließrate, die zu dem vorhergesagten Sensorausgang proportional sind. Das Verfahren umfasst ferner das Diagnostizieren einer PF-Effizienz unter Verwendung von stromaufwärts und stromabwärts befindlichen Abgasrußsensoren. Bei einem Beispiel kann es sein, dass die Schätzung der PF-Effizienz nicht auf dem stromaufwärts von dem PF gekoppelten PM-Sensor beruht, sondern kann nur der stromabwärts von dem PF gekoppelte PM-Sensor zusammen mit abgeleiteten Rußkonzentrationsschätzungen, die von Modellen erhalten wurden, und anderen Sensoren, die mit der Steuereinheit gekoppelt sind, verwendet werden. Die Effizienzschätzung kann auf der aktualisierten durchschnittlichen Ansprechzeit einschließlich einer Angabe der Filterverschlechterung (eines Lecks) auf Basis des Umstands, dass die aktualisierte durchschnittliche Ansprechzeit kürzer als eine Schwellenwertdauer ist, und einem geschätzten Rußfluss an dem Filtereinlass beruhen.
Der Rußsensor, der stromabwärts von dem PF positioniert ist, kann auch verwendet werden, um die Effizienz des PF auf Basis eines Vergleichs des Rußflusses an dem Filterausgang mit dem (geschätzten oder gemessenen) Rußfluss an dem Filtereinlass zu schätzen. PM-Sensoren, die sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts von dem Partikelfilter vorhanden sind, bieten eine genaue Schätzung der Rußkonzentration an dem Punkt, an dem die Abtastung für den entsprechenden Sensor erfolgt. Durch Ausführen dieses Verfahrens besteht eine geringere Wahrscheinlichkeit, dass ein Messzyklus aufgrund von Stromspitzen verloren wird. Sobald der Sensor zurückgesetzt ist, kann er neu kalibriert werden und die Rußansammlung an dem Sensor für den nächsten Datensatz wieder aufgenommen werden.
Bei dem obigen Beispiel wird die Ansprechzeit unabhängig von dem Auftreten von Rußsensortransienten (z.B. Spitzen oder Absenkungen) auf Basis von Rußsensordaten, die während stabiler Bedingungen gesammelt wurden, vorhergesagt. Mit anderen Worten werden als Standard stets Daten des stabilen Zustands verwendet, um die Ansprechzeit vorherzusagen, und sobald die vorhergesagte Ansprechzeit bestimmt wurde, kann der Rußsensor regeneriert und zurückgesetzt werden. Dieses Verfahren beinhaltet ferner das Schätzen eines oder mehrerer aus einer Abgasrußkonzentration und einer Abgasrußfließrate aus der vorhergesagten Sensoransprechzeit und das Diagnostizieren der Partikelemission von dem Fahrzeug auf Basis des einen oder der mehreren aus einer Abgasrußkonzentration und einer Abgasrußfließrate. Auf diese Weise wird durch Benutzen einer größeren Menge der Sensorsignale, die über einen Fahrzyklus angesammelt wurden, (und Verwerfen einer geringeren Menge der angesammelten Signale) die Wahrscheinlichkeit des zumindest einmaligen Abschlusses der PM-Sensor-Rußkonzentrationsmessung innerhalb eines gegebenen Prüfzyklus (wie etwa eines Bundes-Prüfvorgangzyklus) erhöht. Außerdem kann anstelle einer tatsächlichen Ansprechzeit, die für den bestimmten Datensatz möglicherweise wegen einer Untervorhersage oder einer Übervorhersage der Rußpartikelbeladung auf den Elektroden nicht geeignet ist, eine genauere Ansprechzeit für die Sensor-PM-Messung (z.B. im Sinne von mg/Meilen PM) verwendet werden.
Obwohl das beschriebene Verfahren zur Vorhersage der Ansprechzeit aus einer quadratischen Anpassung an einen Teil eines angesammelten Signals unter Bezugnahme auf den Ausgang eines Rußsensorsignals beschrieben wird, wird man verstehen, dass es gleichermaßen für eine Vielzahl von anderen Sensoren, die in einem Fahrzeug vorhanden sind, oder für ein modelliertes angesammeltes Signal (virtuelle Sensoren) in der Steuereinheit benutzt werden kann. Beispiele für andere Sensoren mit einem zunehmenden oder abnehmenden Signal, bei denen das oben beschriebene Verfahren verwendet werden kann, beinhalten einen Gegendrucksensor, einen Temperatursensor (in einem bekannten zunehmenden Aufheizmodus), einen Kraftstofftankspüldrucksensor, Geschwindigkeitssensoren (im bekannten Beschleunigungs- oder Verlangsamungsmodus), einen Luft/Kraftstoff-Verhältnis-Sensor usw.
4 zeigt eine beispielhafte Rußansammlungsdarstellung 400 eines Partikelmaterial(PM)-Sensor-Signals mit einer an die Ansammlungsdarstellung angepassten Kurve. Die Waagerechte (x-Achse) bezeichnet die Zeit in Sekunden, und die y-Achse zeigt die Stärke des Rußansammlungssignals (Größe des durch ein Sensorelement verlaufenden elektrischen Stroms in µA,) in einem PM-Sensor. Die Stärke des Rußansammlungssignals ist direkt proportional zu der Menge des Rußes, die auf dem Sensorelement abgelagert ist. Während des Betriebs des Fahrzeugs kann sich Ruß auf dem PM-Sensor, der stromaufwärts und/oder stromabwärts von einem Partikelfilter (PF) mit dem Abgasdurchgang gekoppelt ist, ansammeln. Daher müssen PM-Sensoren regeneriert und zurückgesetzt werden, sobald die Stärke des Rußansammlungssignals einen Schwellenwert erreicht. Die Zeit, die das Sensorsignal benötigt, um den Schwellenwert zu erreichen, ist als die Ansprechzeit des Sensors bekannt. Um Emissionsvorschriften zu erfüllen, müssen PM-Sensoren intermittierend regeneriert und zurückgesetzt werden (z.B. zumindest ein Mal innerhalb jedes Emissionsprüfzyklus). Die senkrechten Markierungen t1 bis t4 identifizieren signifikante Zeiten während der Rußansammlung und der PM-Sensor-Regeneration. Die waagerechte Linie I1 bezeichnet die Größe des Stroms (in µA), die der Schwellenwertsignalstärke, bei der der Sensor regeneriert und zurückgesetzt werden kann, entspricht.
Die Darstellung 402 zeigt einen aggregierten Ausgang des Rußsensors (Sensoransammlungsdaten) im Lauf der Zeit. Ein erster Abschnitt der Daten, die von t0 bis t1 gesammelt wurden, kann für die Kalibrierung des Sensors verwendet werden. Der Zeitraum von t0 bis t1, während dem die Kalibrierung stattfindet, kann als die Totzeit des Sensors bezeichnet werden. Bei einem Beispiel kann die Zeit, die nötig ist, um eine Signalstärke von 1 µA zu erreichen, die Totzeit des PM-Sensors sein. Bei diesem Beispiel bezeichnet die Zeit t1 das Ende der Totzeit des Sensors. Man kann sich die Totzeit als jene Zeit vorstellen, in der sich Rußpartikel ansammeln, aber den Spalt zwischen dem Elektrodenpaar nicht überbrücken. Die Totzeit, die bei diesem Beispiel gezeigt ist, ist nicht maßstabgetreu und kann von längerer Dauer sein (verglichen mit der Zeit zwischen t0 und t1).
Zwischen der Zeit t1 und t2 können gesammelte Rußbeladungsdaten einen monotonen Anstieg der Größe des elektrischen Stroms, der der angesammelten Rußbeladung entspricht, zeigen. Während dieses Zeitraums kann das Rußansammlungssignal im Wesentlichen rauschfrei sein (befindet sich der Strom innerhalb eines erwarteten Bereichs ohne plötzliche Spitzen und/oder Absenkungen), da das Fahrzeug unter stabilen Bedingungen arbeitet.
Zu der Zeit t3 findet sich ein plötzlicher Anstieg des Rauschens in den angesammelten Daten dieses Beispiels. Das rauschbehaftete Signal kann während eines transienten Motorbetriebs auftreten, von elektromagnetischem Verträglichkeits(EMC)-Rauschen stammen und/oder an großen Rußpartikeln, Staubpartikeln oder Wassertröpfchen, die auf das Sensorelement treffen, liegen. Solche rauschbehafteten Daten können als fehlerhaft betrachtet werden und können möglicherweise die tatsächliche Rußbeladung auf dem Sensor nicht widerspiegeln. Bei diesem Beispiel kann die plötzliche Spitze in dem PM-Sensorsignal (z.B. auf höher als eine Regenerationsebene) möglicherweise keine entsprechende Spitze in der PM-Beladung auf dem Sensor aufweisen. Wenn der PM-Sensor daher auf Basis dieses plötzlichen Anstiegs regeneriert würde, würde der Sensor möglicherweise vorzeitig regeneriert werden. Folglich kann die Steuereinheit das Signal außer Acht lassen und die angesammelten Daten nicht für die Bestimmung einer Sensoransprechzeit benutzen. Wenn die Steuereinheit die Ansprechzeit aus den tatsächlichen Daten (t3 – t4) verwendet, wird dies zu einer falschen Berechnung einer hohen Rußkonzentration in dem Abgas führen.
Um die Verwendung eines wesentlichen Teils der angesammelten Daten für die Bestimmung der Ansprechzeit des Sensors zu ermöglichen und die Abhängigkeit von einer vorherbestimmten durchschnittlichen Ansprechzeit zu verringern, kann sich die Steuereinheit auf die Daten, die während des stabilen Betriebs (das heißt, zwischen t1 und t3 und vor dem Auftreten des fehlerhaften Signals bei t3) an dem Sensor gesammelt wurden, verlassen, um eine Ansprechzeit vorherzusagen. Die vorhergesagte Ansprechzeit kann dann für die Sensorregeneration verwendet werden. Die Bestimmung des stabilen Betriebs des Fahrzeugs kann auf zumindest einem aus den Motorbetriebsbedingungen und dem Stromsignal (Linie 402) beruhen.
Aus der Darstellung 402 wird beobachtet, dass ein Teil der Daten, zwischen der Zeit t1 und t3, von Rauschen frei ist. Dieser Bereich der Darstellung (zwischen der Zeit t1 und t3) wird als Serie 1 bezeichnet. Diese Daten in der Serie 1 können einer gleichmäßigen Rußansammlung während des stabilen Betriebs des Fahrzeugs entsprechen. Die Rußansammlungsdaten, die während dieses stabilen Betriebs (wie etwa zwischen der Zeit t1 und t3) gesammelt wurden, können wirksam für die Vorhersage der Sensoransprechzeit verwendet werden, noch bevor die Ansprechzeit erreicht ist. Eine quadratische Gleichung kann an die Daten in der Serie 1 angepasst werden, um die Kurvenanpassung 406 zu erhalten. Der Wert für R² für die Kurvenanpassung 406 wird mit dem Schwellenwert für R² verglichen. Bei diesem Beispiel ist der Wert für R² für die Kurvenanpassung 406 höher als der Schwellenwert, und kann die Anpassung 406 daher für die Vorhersage der Sensoransprechzeit verwendet werden. Die Anpassung 406 kann extrapoliert werden, um den Schnittpunkt zwischen der Anpassung 406 und der Linie I1 zu bestimmen. Die Zeit, die diesem Schnittpunkt entspricht (t4), entspricht der vorhergesagten Ansprechzeit des PM-Sensors. Wenn das Fahrzeug somit weiter unter stabilen Bedingungen betrieben würde, ohne dass, zum Beispiel, große Rußpartikel und/oder Wassertröpfchen auf den PM-Sensor auftreffen, würde erwartet werden, dass das Rußansammlungssignal die Schwellenwertsignalstärke (Linie I1) zu der Zeit t4 erreichen würde. Somit kann der Sensor bei Bestimmung (Vorhersage) der Ansprechzeit unabhängig von der tatsächlichen Signalstärke des Sensors (das heißt unabhängig davon, ob das tatsächliche Signal höher oder niedriger als der Regenerationsschwellenwert ist) und der vorhergesagten Ansprechzeit bei t3 regeneriert und zurückgesetzt werden. Im Anschluss an die Regeneration und das Zurücksetzen des Sensors kann der nächste Satz der Datensammlung begonnen werden. Auf diese Weise ist es durch eine frühe Regeneration des Sensors möglich, die Anzahl der Ansprechzeitmessungen, der Rußbeladungsschätzungen und der Sensorregenerationen innerhalb eines Fahrzyklus (gemäß Bundesvorschriften) zu maximieren.
Zudem kann der Term der linearen Steigung der Kurvenanpassung 406 verwendet werden, um die durchschnittliche Rußbeladung, die sich zwischen der Zeit t1 und t3 auf dem PM-Sensor angesammelt hat, zu schätzen. Während stabiler Betriebsbedingungen ist die Rußansammlung gleichmäßig, weshalb die vorhergesagte Ansprechzeit (t4 – t0) aus der Rate der durchschnittlichen Rußablagerung zwischen der Zeit t1 und t3 geschätzt werden kann. Es kann sein, dass andere Faktoren (z.B. die Motordrehzahl, die Motorbelastung, die Temperatur, der Abgasfluss) berücksichtigt werden müssen, während die Ansprechzeit aus dem Term der linearen Steigung der Kurvenanpassung vorhergesagt wird. Die Ansprechzeit, die durch die beiden Techniken (Extrapolation der Kurvenanpassung und Verwendung des Terms der linearen Steigung der Kurvenanpassung) geschätzt wird, kann verwendet werden, um die vorhergesagte Ansprechzeit (t4 – t0) zu erhalten. Auf diese Weise ist es durch Verwenden der wie durch zwei Techniken vorhergesagten durchschnittlichen Ansprechzeit möglich, die Genauigkeit der Ansprechzeit, die für die PM-Sensor-Regeneration verwendet wird, zu verbessern.
Wenn der gesamte Datensatz (nach der Zeit t1), der das rauschbehaftete Signal enthält, für die Vorhersage der Ansprechzeit berücksichtigt wird, kann es möglicherweise nicht möglich sein, die Ansprechzeit unter Verwendung eines Kurvenanpassungsansatzes verlässlich vorherzusagen. Als ein Beispiel kann der gesamte Satz von Daten, die nach der Zeit t1 gesammelt wurden, der hier als Datenserie 2 bezeichnet wird, für die Vorhersage der Ansprechzeit verwendet werden. Insbesondere kann die Steuereinheit eine Kurve an die Datenserie 2 (dicke Punkte) anpassen. Die gestrichelte Linie 404 zeigt eine beispielhafte beste quadratische Kurve, die an die Daten der Serie 2 angepasst ist. Die Qualität der Anpassung der Kurve kann durch Vergleichen des Werts des Determinationskoeffizienten (R²) der Kurvenanpassung mit einem vorherbestimmten Schwellenwert bestimmt werden. Bei diesem Beispiel kann das R² der Kurvenanpassung 404 niedriger als der Schwellenwert für R² sein. Dies kann an dem Umstand liegen, dass ein großer Teil der Daten in der Serie 2 rauschbehaftet ist und möglicherweise nicht zur Verwendung bei der Vorhersage der Ansprechzeit geeignet ist. Aufgrund der niedrigen Qualität der Kurvenanpassung 404 darf sie für die Schätzung der Sensoransprechzeit nicht verwendet werden. Außerdem wird die Benutzung dieser Technik aufgrund der Nichtverfügbarkeit einer verlässlichen Ansprechzeit Ungenauigkeiten in der Schätzung der Rußbeladung des Partikelfilters (PF) hervorrufen.
Bei einem Beispiel wird die Ansprechzeit zu hoch sein und würde ein PM-Sensor (der stromabwärts von dem PF gekoppelt ist) nicht in der Lage sein, das Auftreten eines verschlechterten PF zu detektieren, wenn die tatsächliche Ansprechzeit für die Regeneration verwendet wird und die Rußansammlung langsam ist (wie etwa während Fällen einer abwärts gerichteten Spitze während eines transienten Motorzustands). Bei einem anderen Beispiel würde die Effizienzschätzung des PM-Sensors (der stromabwärts von dem PF gekoppelt ist) fehlerhaft sein, was zu einer falschen Detektion eines nicht verschlechterten PF führt, wenn die tatsächliche Ansprechzeit kürzer ist (wie etwa während Fällen einer aufwärts gerichteten Spitze oder von Rauschen während eines transienten Motorzustands). Daher ist es bei Verfügbarkeit eines rauschfreien Signals für den stabilen Zustand vorteilhaft, für die Bestimmung der Effizienz des PM-Sensors und der Leistungsfähigkeit des PF eine vorhergesagte Ansprechzeit zu verwenden.
Bei noch weiteren Beispielen kann die Steuereinheit auch die PM-Sensor-Regeneration auf Basis gegenwärtiger und zukünftiger Fahrtbedingungen planen. Zum Beispiel kann sich der Sensor auf Daten verlassen, die aus Fahrzeugnavigationssystemen (z.B. einer On-Board-GPS-Vorrichtung), Systemen zur Kommunikation zwischen Fahrzeugen (V2V), usw. erwachsen, um zukünftige Fahrtbedingungen vorherzusagen. Auf Basis der vorhergesagten Ansprechzeit und ferner auf Basis der vorhergesagten Fahrtbedingungen kann die Steuereinheit die PM-Sensor-Regeneration früh planen und die PM-Konzentration berechnen. Als ein Beispiel kann die Steuereinheit eines Fahrzeugs, das ein Navigationssystem (z.B. GPS) aufweist, bestimmen, dass das Fahrzeug im Begriff ist, auf eine Autobahn mit einer Geschwindigkeitsbegrenzung von 65 Meilen pro Stunde zu fahren (z.B. auf Basis einer Fahrtroute, die durch den Fahrzeugbetreiber geplant und in das Navigationssystem eingegeben wurde). Hier kann die Steuereinheit das Rußansammlungssignal, das während des Fahrzeugbetriebs bei 40 Meilen pro Stunde gesammelt wurde, verwenden, um die Ansprechzeit (die einer Fahrzeuggeschwindigkeit von 40 Meilen pro Stunde entspricht) für den Rußsensor vorherzusagen, ohne darauf warten zu müssen, dass die tatsächliche Signalstärke den Schwellenwert erreicht. Bei Abschluss der Vorhersage der Ansprechzeit kann der PM-Sensor regeneriert und zurückgesetzt werden und kann die Steuereinheit vermerken, dass dieser Rußansammlungssatz bei einer Geschwindigkeitsbegrenzung von 40 Meilen pro Stunde vorgenommen wurde. Es kann ein neuer Satz von Daten gesammelt werden (nach der Sensorregeneration), der dem Fahrzeugbetrieb bei 65 Meilen pro Stunde entspricht. Durch Vergleichen unterschiedlicher Sätze von Ansprechzeiten, die unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten entsprechen, ist es möglich, die Gesundheit des Partikelfilters (PF) bei mehreren Fahrzeuggeschwindigkeiten und entsprechenden Betriebsbedingungen zu unterscheiden und zu überwachen. Es ist auch möglich, das Sammeln rauschbehafteter Daten durch das Bestimmen zukünftiger Möglichkeiten transienter Motorzustände zu verhindern, eine Ansprechzeit aus den Daten für den stabilen Zustand vorherzusagen, und den Sensor während des transienten Motorbetriebs zu regenerieren und zurückzusetzen. Die Steuereinheit kann auch eine Nachschlagetabelle von Ansprechzeiten, die in dem Speicher der Steuereinheit als eine Funktion der durchschnittlichen Fahrzeuggeschwindigkeit gespeichert ist, auffüllen und aktualisieren. Die Steuereinheit kann dann das Seriendatenverhalten, das während des stabilen Fahrzeugbetriebs bei 65 Meilen pro Stunde erlernt wurde, beim nächsten Betrieb des Fahrzeugs mit 65 Meilen pro Stunde (oder auf einem Straßenabschnitt mit einer Geschwindigkeitsbegrenzung von 65 Meilen pro Stunde) verwenden und die Information verwenden, um eine frühe Sensorregeneration zu planen, wenn Transienten auftreten, die das tatsächliche Signal unterbrechen. Dieses Verfahren verbessert nicht nur die Wahrscheinlichkeit des Abschlusses der Ansprechzeitbestimmung und der Sensorregeneration während kurzer Fahrzyklen, sondern verbessert auch die Genauigkeit der durchschnittlichen Ansprechzeit, die aus einer höheren Anzahl von Ansprechzeitsignalansammlungen innerhalb eines Fahrzyklus berechnet wird.
5 zeigt eine beispielhafte Betriebsabfolge 500, die die Regeneration eines Partikelmaterial(PM)-Sensors auf Basis gemessener und vorhergesagter Ansprechzeiten veranschaulicht. Die Waagerechte (x-Achse) bezeichnet die Zeit und die senkrechten Markierungen t0 bis t8 identifizieren signifikante Zeiten für die Sensorregeneration. Die erste Darstellung von oben her zeigt die Veränderung der Motordrehzahl (Linie 502) im Lauf der Zeit. Die zweite Darstellung (Linie 504) zeigt die Rußbeladungsansammlung auf einem Sensorelement des PM-Sensors im Lauf der Zeit. Die Rußbeladung ist direkt proportional zu dem in µA gemessenen elektrischen Stromsignal der PM-Sensor-Rußbeladung. Die erste Schwellenwert-Rußbeladung, bei der der PM-Sensor regeneriert und zurückgesetzt werden muss, ist durch die gestrichelte Linie 506 gezeigt. Die zweite (niedrigere) Rußbeladung, bei der das PM-Sensorelement als sauber angesehen werden kann, ist durch die gestrichelte Linie 508 gezeigt. Der zweite Schwellenwert kann null oder ein kleiner Wert des elektrischen Stroms (< 1 µA) sein. Die quadratische Kurve, die an das Rußansammlungssignal, das während des stabilen Betriebs des Fahrzeugs gesammelt wurde, angepasst ist, ist durch die gestrichelte Linie 505 gezeigt. Die dritte und letzte Darstellung, 510, zeigt die PM-Sensor-Regeneration.
Die Zeit t0 kann dem Ende einer PM-Sensor-Regeneration und einem Zurücksetzen gefolgt von einer Sensorkalibrierung entsprechen. Vor der Zeit t1 wird der Motor bei stabilen Bedingungen ohne signifikante Veränderung der Motordrehzahl im Lauf der Zeit betrieben. Während dieser Zeit kann es sein, dass Fahrzeugbetriebsparameter wie etwa die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Motorbelastung, die Motortemperatur usw. nicht bedeutend schwanken. Aufgrund des stabilen Betriebs des Motors kann sich Ruß mit einer verhältnismäßig konstanten Rate auf dem PM-Sensor ansammeln. Der elektrische Strom, der durch einen mit dem Sensorelement gekoppelten Kreis verläuft, ist zu der Rußbeladung, die auf dem PM-Sensor angesammelt ist, proportional, und folglich kann die Ansammlungsdarstellung (Linie 504) einen monotonen Anstieg der Größe des elektrischen Stroms, die der angesammelten Rußbeladung entspricht, zeigen. Während dieses Zeitraums kann das Rußansammlungssignal im Wesentlichen rauschfrei sein (der elektrische Strom liegt innerhalb eines erwarteten Bereichs ohne plötzliche Spitzen und/oder Absenkungen). Da das Fahrzeug unter stabilen Bedingungen arbeitet, kann eine quadratische Kurve (gestrichelte Linie 505) an die Rußansammlungsdarstellung vor der Zeit t1 angepasst werden. Aus der Kurvenanpassung (Linie 505) kann die Zeit, die die Rußbeladung benötigt, um die Schwellenwert-Rußbeladung, bei der eine Sensorregeneration ausgeführt werden kann, zu erreichen, (die Sensoransprechzeit) vorhergesagt werden. Die Vorhersage der Ansprechzeit kann entweder durch Extrapolieren der Kurvenanpassung, um die Zeit, zu der die Rußbeladung die Schwellenwertbeladung erreichen kann, zu erhalten, oder durch Benutzen des Terms der linearen Steigung der quadratischen Anpassung vorgenommen werden. Bei diesem Beispiel liegt die Zeit, für die das Erreichen des Schwellenwerts 506 durch die Rußbeladung vorhergesagt wird, bei t3. Daher kann die Ansprechzeit (t3 – t0) durch Verwenden der Daten, die während des stabilen Motorbetriebs vor der Zeit t1 gesammelt wurden (rauschfreies Signal), zu der Zeit t1 vorhergesagt werden.
Somit wird vor t1, vor der Vorhersage der Ansprechzeit, ein Schalter in einem elektrischen Kreis, der mit dem PM-Sensor gekoppelt ist, offen gehalten und regeneriert sich der PM-Sensor nicht. Wenn sich der Schalter in dem offenen Zustand befindet, ist der Kreis unvollständig und besteht kein Stromfluss durch ihn hindurch, wohingegen der mit dem PM-Sensor gekoppelte elektrische Kreis dann, wenn sich der Schalter im geschlossenen Zustand befindet, vervollständigt ist und Strom durch ihn hindurch fließt. Aufgrund des Durchgangs des Stroms durch den elektrischen Kreis kann ein Heizelement in dem PM-Sensor erhitzt werden, was dazu führt, dass der auf dem Sensorelement angesammelte Ruß weggebrannt wird, wodurch das Sensorelement gereinigt wird.
Zu der Zeit t1, bei Abschluss der Vorhersage der Ansprechzeit, kann der Sensor regeneriert werden, noch bevor die Rußbeladung den Schwellenwert 506 erreicht. Zu dieser Zeit kann die Steuereinheit ein Signal senden, um den Schalter des elektrischen Kreises, der mit dem PM-Sensor gekoppelt ist, in die geschlossene Position zu betätigen. Sobald der Kreis vervollständigt ist, wird das Heizelement durch die Elektrizität, die durch den Kreis verläuft, erhitzt, wodurch die PM-Sensor-Regeneration begonnen wird. Während des Regenerationsprozesses kann die Rußbeladung auf dem PM-Sensor kontinuierlich verringert werden, wie aus der Abnahme der Stärke des Rußansammlungssignals (des elektrischen Stroms) zwischen der Zeit t1 und t2 abgeleitet werden kann. Während der Regeneration kann der Schalter für ein vorherbestimmtes Zeitausmaß, das zum Wegbrennen einer Rußbeladungsmenge, die der Schwellenwertbeladung 506 entspricht, erforderlich ist, in der geschlossenen Position behalten werden. Alternativ kann die Verringerung der Rußbeladung auf dem Sensorelement durch Überwachen der Abnahme des elektrischen Stroms geschätzt werden, und kann der Schalter als Reaktion auf den Umstand, dass der Wert des elektrischen Stroms einen zweiten, niedrigeren Schwellenwert 508 erreicht, in die offene Position betätigt werden. Sobald der Regenerationsprozess abgeschlossen ist, zu der Zeit t2, kann der Sensor zurückgesetzt werden und kann ein neuer Satz von Rußansammlungssignalen gesammelt werden. Sobald der Sensor zurückgesetzt ist, kann es nötig sein, den Sensor zu kalibrieren. Während des Regenerationsprozesses wird das Sensorsignal nicht gesammelt.
Zwischen der Zeit t2 und t4 arbeitet das Fahrzeug weiterhin bei stabilen Bedingungen und kann entsprechend die Rußbeladung auf dem PM-Sensor monoton zunehmen. Ähnlich wie bei dem letzten Rußansammlungszyklus kann eine quadratische Gleichung an die Rußansammlungsdarstellung zwischen der Zeit t3 und t4 angepasst werden (wobei die Totzeit zwischen der Zeit t2 und t3 ignoriert wird). Die PM-Sensor-Ansprechzeit für diesen Satz der Rußansammlung kann aus der Kurvenanpassung an das während des stabilen Betriebs zwischen der Zeit t3 und t4 gesammelte rauschfreie Signal vorhergesagt werden. Auf Basis der Kurvenanpassung kann vorhergesagt werden, dass die PM-Sensor-Rußbeladung die erste Schwellenwertbeladung 506 zu der Zeit t6 erreichen würde. Beim Abschluss der Vorhersage der Ansprechzeit kann der Sensor zu der Zeit t4 regeneriert werden, noch bevor die Rußbeladung in diesem Datensatz den Schwellenwert 506 erreicht. Der Sensor kann zwischen der Zeit t4 und t5 regeneriert und zurückgesetzt werden. Während des Regenerationsprozesses wird der Schalter des elektrischen Kreises in der geschlossenen Position behalten. Sobald die Rußbeladung auf den zweiten Schwellenwert 508 abnimmt, zu der Zeit t5, kann der Regenerationsprozess durch Betätigen des Schalters des elektrischen Kreises in die offene Position, wodurch ein Stromfluss in dem Kreis verhindert wird, ausgesetzt werden. Nach der Regeneration des PM-Sensors kann der Sensor zurückgesetzt werden, um eine Rußansammlung zu ermöglichen. Die Zeit, die für die Sensorregeneration nötig ist, kann möglicherweise nicht für jeden Datensatz gleich sein, sondern von dem Grad des Rußes, der auf dem Sensor angesammelt ist, abhängen. Je höher die Rußbeladung ist, desto länger dauert es, um sie wegzubrennen.
Wenn bei diesem Beispiel die Signalsammlung während der Sensorregeneration, zwischen der Zeit t4 und t5, fortgesetzt worden wäre, würde in dem Rußansammlungssignal ein erhöhter Rauschpegel detektiert worden sein (wie durch die hypothetische gestrichelte Linie unter den Umständen, dass keine PM-Sensor-Regeneration begonnen wurde, gezeigt ist). Ein solches rauschbehaftetes Signal kann aufgrund des Auftreffens großer Rußpartikel und/oder Wassertröpfchen auf den Sensorelementen selbst während glatter Motorbetriebe auftreten. Aufgrund des fehlerhaften Signals waren die Rußansammlungsdaten, die zwischen der Zeit t4 und t5 gesammelt wurden, möglicherweise nicht für eine Schätzung der Sensoransprechzeit verlässlich. Auf diese Weise können die Vorhersage der PM-Sensor-Ansprechzeit und die Regeneration durch Benutzen des Signals, das während stabiler Bedingungen angesammelt wurde, ausgeführt werden, auch wenn das gesamte Signal rauschbehaftet ist.
Bei diesem Beispiel kann der Fahrzeugbetrieb zwischen der Zeit t5 und t7 transient (nicht stabil) sein. Dies kann an Bedingungen wie einer vermehrten Straßenrauheit, einer hohen Motorbelastung usw. liegen. Aufgrund des instabilen Betriebs besteht während dieses Zeitraums eine signifikante Veränderung in der Motordrehzahl. Außerdem ist während dieses Zeitraums die Rußbeladungsansammlung auf dem PM-Sensor nicht gleichmäßig. Aufgrund des Fehlens eines stabilen Motorbetriebs und einer gleichmäßigen Rußablagerung ist es während dieser Zeit nicht möglich, eine quadratische Gleichung an irgendeinen Teil der Rußansammlungsdarstellung anzupassen. Doch das Verlassen auf fehlerhafte Daten für die Ableitung der Sensoransprechzeit kann auch zu einer ineffizienten Sensorregeneration führen. Unter solchen Umständen kann ein vorherbestimmter Wert der Sensoransprechzeit für die Sensorregeneration benutzt werden. Bei der Bestimmung des vorherbestimmten Werts können frühere genaue Messungen und Vorhersagen der Sensoransprechzeiten verwendet werden. Jedes Mal, wenn eine Ansprechzeit erfolgreich vorhergesagt wird, werden die Daten im Hinblick auf die Aktualisierung einer durchschnittlichen Ansprechzeit berücksichtigt. Außerdem können mehrere vorherbestimmte Ansprechzeiten auf Basis entsprechender Motorbetriebsbedingungen vorliegen. Als ein Beispiel kann ein Satz von erlernten durchschnittlichen Ansprechzeiten vorliegen, der unterschiedlichen Fahrzeuggeschwindigkeiten oder Motordrehzahlen entspricht. Nach dem Verstreichen der vorherbestimmten Ansprechzeit, bei t7, kann erwartet werden, dass die Rußbeladung auf dem PM-Sensor dicht an der ersten Schwellenwert-Rußbeladung 506 liegt.
Erneut findet zwischen der Zeit t7 und t8 das PM-Sensor-Regenerationsereignis auf Basis der vorherbestimmten Ansprechzeit statt. Das Regenerationsereignis wird als Reaktion auf die Angabe, dass die Rußbeladung zu der Zeit t8 auf den zweiten Schwellenwert 508 abgenommen hat, abgeschlossen. Nach dem Abschluss des Regenerationsereignisses kann der PM-Sensor zurückgesetzt werden. Nach der Zeit t8 kann weiterhin Ruß an dem PM-Sensor abgelagert werden und kann der Sensor entweder bei Abschluss einer Vorhersage der Ansprechzeit oder, bei Fehlen von Daten für den stabilen Zustand, nach dem Verstreichen einer vorherbestimmten Ansprechzeit neuerlich regeneriert und zurückgesetzt werden. Auf diese Weise kann ein großer Teil des angesammelten Rußbeladungssignals für die Vorhersage der Ansprechzeit benutzt werden, die weiter benutzt werden kann, um die Rußkonzentration in dem Abgas, die PF-Funktionalität und die Effizienz des PM-Sensors zu schätzen. Zudem ist es einer Motorsteuereinheit durch Durchführen früher Regenerationen (ohne auf die tatsächliche oder die vorhergesagte Ansprechzeit zu warten) möglich, eine maximale Anzahl von Sensoransprechzeitsignalen pro Fahrzyklus zu sammeln (um Bundes-Emissionsstandards zu erfüllen). Es kann angemerkt werden, dass 5 drei mögliche Beispiele zeigt und nicht alle möglichen Signalszenarien darstellt, die im Zusammenhang mit der Rußansammlung auf dem PM-Sensor eintreten können.
Ein beispielhaftes Verfahren für einen Motor umfasst das Sammeln von Abgasrußsensordaten während des Motorbetriebs, während das Sensorrauschen geringer als ein Schwellenwert ist; das Anpassen einer zeitbasierten Kurve an die gesammelten Daten; das Vorhersagen einer Sensoransprechzeit auf Basis der Kurvenanpassung; und das von einer Rußbeladung des Sensors unabhängige Regenerieren des Rußsensors als Reaktion auf den Umstand, dass die Kurvenanpassung höher als ein Schwellenwert ist. Beliebige vorhergehende Beispiele umfassen zusätzlich oder optional ferner das Aktualisieren einer durchschnittlichen Ansprechzeit des Sensors auf Basis der vorhergesagten Sensoransprechzeit. Beliebige oder alle vorhergehenden Beispiele umfassen zusätzlich oder optional ferner das Diagnostizieren eines Partikelfilters, das sich stromaufwärts oder stromabwärts des Abgasrußsensors befindet, auf Basis der aktualisierten durchschnittlichen Ansprechzeit und das Angeben der Filterverschlechterung auf Basis des Umstands, dass die aktualisierte durchschnittliche Ansprechzeit geringer als eine Schwellenwertdauer ist. Bei beliebigen oder allen vorhergehenden Beispielen beinhaltet zusätzlich oder optional das von der Rußbeladung unabhängige Regenerieren ein von jedem aus einer tatsächlichen Sensorkonzentration und einer vorhergesagten Rußkonzentration unabhängiges Regenerieren. Bei beliebigen oder allen vorhergehenden Beispielen ist zusätzlich oder optional die Kurvenanpassung eine quadratische Kurvenanpassung. Jedes beliebige der vorhergehenden Beispiele umfasst zusätzlich oder optional ferner das Schätzen eines oder mehrerer aus einer Abgasrußkonzentration und einem Abgasrußfluss aus der vorhergesagten Sensoransprechzeit, und das Diagnostizieren der Partikelemission von dem Fahrzeug auf Basis des einen oder der mehreren aus einer Abgasrußkonzentration und einem Abgasrußfluss. Jedes beliebige der vorhergehenden Beispiele umfasst zusätzlich oder optional ferner das Regulieren eines Korrelationskoeffizienten der Kurvenanpassung als Reaktion auf den Umstand, dass die Kurvenanpassung niedriger als der Schwellenwert ist. Jedes beliebige der vorhergehenden Beispiele umfasst zusätzlich oder optional ferner das Regenerieren des Rußsensors auf Basis der Rußbeladung des Sensors als Reaktion auf den Umstand, dass die Kurvenanpassung niedriger als der Schwellenwert ist. Bei beliebigen oder allen vorhergehenden Beispielen wird zusätzlich oder optional der Rußsensor zu einer früheren Zeit regeneriert, wenn die Kurvenanpassung höher als der Schwellenwert ist, und wird der Rußsensor zu einer späteren Zeit regeneriert, wenn die Kurvenanpassung niedriger als der Schwellenwert ist. Bei beliebigen oder allen vorhergehenden Bespielen werden zusätzlich oder optional Daten, die gesammelt werden, wenn das Sensorrauschen höher als der Schwellenwert ist, aus der Kurvenanpassung ausgeschlossen. Bei beliebigen oder allen vorhergehenden Beispielen beinhaltet zusätzlich oder optional das Sammeln von Abgasrußsensordaten während des Motorbetriebs, während das Sensorrauschen geringer als ein Schwellenwert ist, Sensordaten, die während des stabilen Betriebs gesammelt werden, und wobei die Vorhersage auf Daten, die nur während des stabilen Betriebs gesammelt wurden, beruht.
Ein anderes beispielhaftes Verfahren für einen Motor umfasst das Sammeln von Daten an einem Abgasrußsensor; das Anpassen einer zeitbasierten Kurve an Daten, die während des stabilen Motorbetriebs, während das Sensorrauschen geringer als ein Schwellenwert ist, gesammelt wurden; das Vorhersagen einer Sensoransprechzeit auf Basis der Kurvenanpassung; das Beginnen, während eines ersten Zustands, der Rußsensor-Regeneration zu einer ersten Zeit als Reaktion auf den Umstand, dass die Kurvenanpassung höher als ein Schwellenwert ist; und das Beginnen, während eines zweiten Zustands, der Rußsensor-Regeneration zu einer zweiten Zeit, die später als die erste Zeit eintritt, als Reaktion auf den Umstand, dass die Kurvenanpassung niedriger als der Schwellenwert ist. Bei dem vorhergehenden Beispiel ist zusätzlich oder optional die erste Zeit eine Zeit, zu der die Kurvenanpassung den Schwellenwert übersteigt, und beinhaltet die zweite Zeit eine Schwellenwertdauer, die seit dem Abschluss eines unmittelbar vorhergehenden Regenerationsereignisses des Sensors vergangen ist. Bei beliebigen oder allen vorhergehenden Beispielen beinhaltet zusätzlich oder optional der Schwellenwert einen Wert eines Determinationskoeffizienten für die Kurvenanpassung. Bei beliebigen oder allen vorhergehenden Beispielen ist zusätzlich oder optional der Rußsensor stromaufwärts eines Abgaspartikelmaterialfilters positioniert, und umfasst das Verfahren ferner das Regenerieren des Abgaspartikelfilters auf Basis der Regeneration des Rußsensors und das Messen einer Effizienz des Abgaspartikelfilters auf Basis der Regeneration des Filters. Ein beliebiges oder alle vorhergehenden Beispiele umfassen zusätzlich oder optional ferner während des ersten Zustands das Unterbrechen des Sammelns von Daten an dem Abgasrußsensor zu der ersten Zeit; und während des zweiten Zustands das Unterbrechen des Sammelns von Daten an dem Abgasrußsensor zu der zweiten Zeit. Die Ansprechzeit des Rußsensors, der stromaufwärts von dem Partikelfilter (PF) positioniert ist, kann verwendet werden, um die stromaufwärts bestehende Rußkonzentration zu berechnen, die weiter verwendet werden kann, um entweder die PF-Regenerationszeit zu bestimmen oder als Teil der Berechnung der PF-Effizienz durch die Steuereinheit den stromaufwärts bestehenden Rußfluss zu messen. Die Ansprechzeit des Rußsensors, der stromabwärts von dem PF positioniert ist, kann verwendet werden, um als Teil der Berechnung der PF-Effizienz durch die Steuereinheit den stromabwärts bestehenden Rußfluss zu messen.
Bei noch einem anderen Beispiel umfasst ein Abgassensorsystem, das mit einem Motorsystem gekoppelt ist, ein Sensorelement, das ein Elektrodenpaar und ein Heizelement umfasst; einen ersten elektrischen Kreis, der mit dem Sensorelement gekoppelt ist; einen zweiten elektrischen Kreis, der mit dem Heizelement gekoppelt ist; und eine Steuereinheit mit computerlesbaren Befehlen, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, um Sensordaten auf Basis eines Ausgangs des ersten elektrischen Kreises zu sammeln; eine Kurvenanpassung der gesammelten Sensordaten zu schätzen; als Reaktion auf den Umstand, dass die Kurvenanpassung einen Schwellenwert übersteigt, unabhängig von tatsächlichen Sensordaten eine Regeneration des Sensors zu beginnen; auf Basis der Kurvenanpassung eine Sensoransprechzeit vorherzusagen; die Ansprechzeit zu mitteln; und Abgasrußwerte (z.B. die Rußkonzentration, die Partikelfilterbeladung und die Effizienz) zu berechnen. Bei dem vorhergehenden Beispiel enthält zusätzlich oder optional der erste elektrische Kreis eine Messvorrichtung zum Aufzeichnen einer Veränderung im Strom in dem Elektrodenpaar als Reaktion auf eine Rußansammlung auf dem Sensorelement, und enthält der zweite elektrische Kreis einen Schalter zum Beginnen der Regeneration des Sensorelements, und wobei die Steuereinheit ferner Befehle enthält, um eine durchschnittliche Sensoransprechzeit des Sensorsystems für einen gegenwärtigen Fahrzyklus auf Basis der vorhergesagten Ansprechzeit zu aktualisieren. Bei beliebigen oder allen vorhergehenden Beispielen beinhaltet zusätzlich oder optional die Regeneration ein Schließen des Schalters des zweiten elektrischen Kreises und ein Führen von Elektrizität durch das Heizelement. Bei beliebigen oder allen vorhergehenden Beispielen ist zusätzlich oder optional der Schwellenwert ein erster Schwellenwert, und wobei die Steuereinheit ferner Befehle enthält, um als Reaktion auf den Umstand, dass der Ausgang des ersten elektrischen Kreises einen zweiten, von dem ersten Schwellenwert verschiedenen Schwellenwert übersteigt, wenn die Kurvenanpassung den ersten Schwellenwert nicht übersteigt, die Regeneration des Sensors zu beginnen.
Auf diese Weise ist es selbst bei Vorhandensein eines rauschbehafteten Signals möglich, das Signal, das während stabiler Bedingungen angesammelt wurde, zu verwenden, um einen PM-Sensor-Regenerationsplan vorherzusagen und die Rußkonzentration in dem Partikelfilter zu schätzen. Durch Verwenden eines größeren Teils des angesammelten Signals für die Vorhersage der Ansprechzeit (und Verwerfen eines kleineren Teils) kann eine On-Board-Diagnostik innerhalb eines Fahrzyklus abgeschlossen werden, ohne die Genauigkeit bei der Schätzung der Sensoransprechzeit zu verringern. Durch das Vorhersagen der Ansprechzeit und das Regenerieren des PM-Sensors nach dem Abschluss einer Vorhersage kann das Sammeln von Daten für einen neuen Satz beginnen, ohne dass auf die tatsächliche und/oder vorhergesagte Ansprechzeit gewartet werden muss; daher kann pro Fahrzyklus eine maximale Anzahl von Sensoransprechzeitsignalen gesammelt werden. Die technische Wirkung der Verwendung einer quadratischen Kurvenanpassung an die Ansammlungsdarstellung ist, dass die Rußansammlung auf dem PM-Sensor unter Verwendung von wenigstens zwei Techniken (wie etwa durch Extrapolieren der quadratischen Anpassung an den ersten Schwellenwert für die Ansprechzeitschätzung und durch Verwenden des linearen Terms der gleichen Anpassung, um die Rußkonzentration zu schätzen) geschätzt werden kann, wodurch die Genauigkeit der Vorhersage der Sensoransprechzeit verbessert wird. Da eine größere Menge des Signals benutzt wird, wird die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass während eines Emissionsprüfzyklus wenigstens ein Mal eine PM-Sensor-Regeneration und ein Zurücksetzen erzielt werden. Außerdem können durch Zurücksetzen der Ansammlung, sobald die entsprechende Ansprechzeit vorhergesagt wurde, innerhalb eines gegebenen Fahrzyklus mehr Ansammlungen vorgenommen werden. Durch das Verbessern der Genauigkeit des PM-Sensors, der sich stromaufwärts von dem Partikelmaterialfilter befindet, kann die Regeneration eines PM-Filters genauer geplant werden, wodurch die Motorleistungsfähigkeit und die Kraftstoffeffizienz verbessert werden. Durch das Benutzen der Schätzung der Rußkonzentration des (stromabwärts von dem Filter) befindlichen PM-Sensors kann die PF-Effizienz geschätzt werden und kann eine diagnostische Überwachung der Leckrate und der Leistungsfähigkeit des Partikelmaterialfilters abgeschlossen werden.
Es ist zu beachten, dass die beispielhaften Steuer- und Schätzprogramme, die hier enthalten sind, mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugkonfigurationen verwendet werden können. Die Steuerverfahren- und Programme, die hier offenbart sind, können als ausführbare Befehle in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sein und können durch das Steuersystem, das die Steuereinheit enthält, in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktuatoren und anderer Motorhardware ausgeführt werden. Die bestimmten Programme, die hier beschrieben sind, können eine oder mehrere einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien wie ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, multitasking, multithreading usw. darstellen. Somit können verschiedene Handlungen, Tätigkeiten und/oder Funktionen, die veranschaulicht sind, in der dargestellten Reihenfolge oder parallel ausgeführt werden oder in manchen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Reihenfolge der Verarbeitung nicht notwendigerweise erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erzielen, sondern ist sie zur Erleichterung der Darstellung und der Beschreibung bereitgestellt. Eine oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Tätigkeiten und/oder Funktionen können abhängig von der bestimmten verwendeten Strategie wiederholt vorgenommen werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Tätigkeiten und/oder Funktionen graphisch einen Code darstellen, der in den nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem programmiert werden soll, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Befehle in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuereinheit enthält, vorgenommen werden.
Man wird verstehen, dass die hier offenbarten Aufbauten und Programme von beispielhafter Natur sind, und dass diese bestimmten Ausführungsformen nicht in einem beschränkenden Sinn aufgefasst werden sollen, da zahlreiche Veränderungen möglich sind. Zum Beispiel kann die obige Technologie auf Sechszylinder-V-, Vierzylinder-Reihen-, Sechszylinder-Reihen-, Zwölfzylinder-V-, Vierzylinder-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht offensichtlichen Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Aufbauten und anderer Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften, die hier offenbart sind.
Man wird ferner verstehen, dass die obige Technologie auf Nichtmotorsysteme, die Rußpartikelmaterial (PM) in einem gasförmigen Strom erzeugen, wie etwa Verbrennungssysteme, Kraftwerksanlagen, Haushaltsheizsysteme usw., die ein Partikelfilter aufweisen können oder nicht, und bei denen ein PM-Fluss oder eine -Konzentration gemessen werden muss, angewendet werden kann. Die obige Technologie kann auf jeden beliebigen Widerstandssensor, der PM in jedem beliebigen Gas- oder Flüssigkeitsstrom detektiert, angewendet werden. Die obige Technologie kann auf jedes beliebige sich ansammelnde Signal von einem Sensor angewendet werden.
Die folgenden Ansprüche weisen ausdrücklich auf bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen hin, die als neu und nicht offensichtlich angesehen werden. Diese Ansprüche können sich auf "ein" Element oder "ein erstes" Element oder eine Entsprechung davon beziehen. Derartige Ansprüche sollten so verstanden werden, dass sie die Aufnahme eines oder mehrerer derartiger Elemente enthalten, wobei zwei oder mehr dieser Elemente weder notwendig noch ausgeschlossen sind. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Vorlage neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche werden ebenfalls als in dem Gegenstand der vorliegenden Offenbarung angesehen, unabhängig davon, ob ihr Inhalt nun breiter, enger, gleich oder anders als jener der ursprünglichen Ansprüche ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9032719 [0004]

Claims

Verfahren für ein Fahrzeug, umfassend: Sammeln von Abgasrußsensordaten während des Motorbetriebs, während das Sensorrauschen geringer als ein Schwellenwert ist; Anpassen einer zeitbasierten Kurve an die gesammelten Daten; Vorhersagen einer Sensoransprechzeit auf Basis der Kurvenanpassung; und von einer Rußbeladung des Sensors unabhängiges Regenerieren des Rußsensors als Reaktion auf den Umstand, dass die Kurvenanpassung höher als ein Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Aktualisieren einer durchschnittlichen Ansprechzeit des Sensors auf Basis der vorhergesagten Sensoransprechzeit.
Verfahren nach Anspruch 2, ferner umfassend das Diagnostizieren eines Partikelfilters, das sich stromaufwärts oder stromabwärts des Abgasrußsensors befindet, auf Basis der aktualisierten durchschnittlichen Ansprechzeit, und das Angeben der Filterverschlechterung auf Basis des Umstands, dass die aktualisierte durchschnittliche Ansprechzeit geringer als eine Schwellenwertdauer ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das von der Rußbeladung unabhängige Regenerieren ein von jedem aus einer tatsächlichen Sensorkonzentration und einer vorhergesagten Rußkonzentration unabhängiges Regenerieren beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kurvenanpassung eine quadratische Kurvenanpassung ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Schätzen eines oder mehrerer aus einer Abgasrußkonzentration und einem Abgasrußfluss aus der vorhergesagten Sensoransprechzeit, und das Diagnostizieren der Partikelemission von dem Fahrzeug auf Basis des einen oder der mehreren aus einer Abgasrußkonzentration und einem Abgasrußfluss.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Regulieren eines Korrelationskoeffizienten der Kurvenanpassung als Reaktion auf den Umstand, dass die Kurvenanpassung niedriger als der Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Regenerieren des Rußsensors auf Basis der Rußbeladung des Sensors als Reaktion auf den Umstand, dass die Kurvenanpassung niedriger als der Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Rußsensor zu einer früheren Zeit regeneriert wird, wenn die Kurvenanpassung höher als der Schwellenwert ist, und der Rußsensor zu einer späteren Zeit regeneriert wird, wenn die Kurvenanpassung niedriger als der Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei Daten, die gesammelt werden, wenn das Sensorrauschen höher als der Schwellenwert ist, aus der Kurvenanpassung ausgeschlossen werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Sammeln von Abgasrußsensordaten während des Motorbetriebs, während das Sensorrauschen geringer als ein Schwellenwert ist, Sensordaten, die während des stabilen Betriebs gesammelt werden, beinhaltet, und wobei die Vorhersage auf Daten, die nur während des stabilen Betriebs gesammelt wurden, beruht.
Verfahren für einen Fahrzeugmotor, umfassend: Sammeln von Daten an einem Abgasrußsensor; Anpassen einer zeitbasierten Kurve an Daten, die während des stabilen Motorbetriebs, während das Sensorrauschen geringer als ein Schwellenwert ist, gesammelt wurden; Vorhersagen einer Sensoransprechzeit auf Basis der Kurvenanpassung; Beginnen, während eines ersten Zustands, der Rußsensor-Regeneration zu einer ersten Zeit als Reaktion auf den Umstand, dass die Kurvenanpassung höher als ein Schwellenwert ist; und Beginnen, während eines zweiten Zustands, der Rußsensor-Regeneration zu einer zweiten Zeit, die später als die erste Zeit eintritt, als Reaktion auf den Umstand, dass die Kurvenanpassung niedriger als der Schwellenwert ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die erste Zeit eine Zeit ist, zu der die Kurvenanpassung den Schwellenwert übersteigt, und wobei die zweite Zeit eine Schwellenwertdauer beinhaltet, die seit dem Abschluss eines unmittelbar vorhergehenden Regenerationsereignisses des Sensors vergangen ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schwellenwert einen Wert eines Determinationskoeffizienten für die Kurvenanpassung beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Rußsensor stromaufwärts eines Abgaspartikelfilters positioniert ist, und das Verfahren ferner das Regenerieren des Abgaspartikelfilters auf Basis der Regeneration des Rußsensors und das Messen einer Effizienz des Abgaspartikelfilters auf Basis der Regeneration des Filters umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, ferner umfassend: das Unterbrechen, während des ersten Zustands, des Sammelns von Daten an dem Abgasrußsensor zu der ersten Zeit; und das Unterbrechen, während des zweiten Zustands, des Sammelns von Daten an dem Abgasrußsensor zu der zweiten Zeit.
Abgassensorsystem, das mit einem Motor gekoppelt ist, umfassend: ein Sensorelement, das ein Elektrodenpaar und ein Heizelement umfasst; einen ersten elektrischen Kreis, der mit dem Sensorelement gekoppelt ist; einen zweiten elektrischen Kreis, der mit dem Heizelement gekoppelt ist; und eine Steuereinheit mit computerlesbaren Befehlen, die in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert sind, um Sensordaten auf Basis einer Ausgabe des ersten elektrischen Kreises zu sammeln; eine Kurvenanpassung der gesammelten Sensordaten zu schätzen; als Reaktion auf den Umstand, dass die Kurvenanpassung einen Schwellenwert übersteigt, unabhängig von tatsächlichen Sensordaten eine Regeneration des Sensors zu beginnen; und auf Basis der Kurvenanpassung eine Sensoransprechzeit vorherzusagen.
System nach Anspruch 17, wobei der erste elektrische Kreis eine Messvorrichtung zum Aufzeichnen einer Veränderung im Strom in dem Elektrodenpaar als Reaktion auf eine Rußansammlung auf dem Sensorelement enthält, und der zweite elektrische Kreis einen Schalter zum Beginnen der Regeneration des Sensorelements enthält, und wobei die Steuereinheit ferner Befehle enthält, um eine durchschnittliche Sensoransprechzeit des Sensorsystems für einen gegenwärtigen Fahrzyklus auf Basis der vorhergesagten Ansprechzeit zu aktualisieren.
System nach Anspruch 18, wobei die Regeneration ein Schließen des Schalters des zweiten elektrischen Kreises und ein Führen von Elektrizität durch das Heizelement beinhaltet.
System nach Anspruch 17, wobei der Schwellenwert ein erster Schwellenwert ist, und wobei die Steuereinheit ferner Befehle enthält, um als Reaktion auf den Umstand, dass der Ausgang des ersten elektrischen Kreises einen zweiten, von dem ersten Schwellenwert verschiedenen Schwellenwert übersteigt, wenn die Kurvenanpassung den ersten Schwellenwert nicht übersteigt, die Regeneration des Sensors zu beginnen.