DE102017125551A1

DE102017125551A1 - Verfahren zur optimierung der regeneration und reinigung von abgassystemen

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Publication number: DE102017125551A1
Application number: DE102017125551.6A
Authority: DE
Inventors: Alberto Lorenzo Vassallo; Claudio Cortassa; Denise Risso; Luca Giuseppe Pairolero
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2016-11-02
Filing date: 2017-11-01
Publication date: 2018-05-03
Also published as: US20180119631A1; CN108019254B; CN108019254A; US10132262B2

Abstract

Verfahren zur Optimierung der Regeneration und Reinigung von Abgassystemen ist vorgesehen. Das Abgassystem kann einen Abgasstrom beinhalten, der durch eine Abgasquelle über eine Abgasleitung einer Partikelfiltervorrichtung zugeführt wird, und einen Gassensor, der ein Probenentnahmeende aufweist, das in der Abgasleitung stromaufwärts der Partikelfiltervorrichtung angeordnet ist. Die Verfahren können das Erfassen einer Fehlfunktion des Gassensors, das Bestimmen der Rußbelastung des Partikelfilters und das Durchführen einer optimierten Wartung unter Anwendung mindestens einer herkömmlichen Technik beinhalten. Eine gebräuchliche Technik ist das Reinigen eines Gassensors und Regenerieren einer PF-Vorrichtung. Die Abgasquelle kann einen Verbrennungsmotor umfassen und die mindestens eine herkömmliche Technik umfasst eine Nacheinspritzstrategie. Systeme zur Durchführung der offenbarten Verfahren werden ebenfalls bereitgestellt.

Description

EINLEITUNG
Während eines Verbrennungszyklus eines Verbrennungsmotors (ICE) werden Luft-/Kraftstoffgernische Zylindern des ICE bereitgestellt. Die Luft-/Kraftstoffgemische werden komprimiert und/oder gezündet und verbrannt, um ein Abtriebsdrehmoment bereitzustellen. Nach der Verbrennung drängen die Kolben des Verbrennungsmotors die Abgase in den Zylindern durch Auslassventilöffnungen in ein Abgassystem. Das Abgas, das von einem Verbrennungsmotor, insbesondere einem Dieselmotor, abgegeben wird, ist eine heterogene Mischung, die gasförmige Emissionen, wie Kohlenmonoxid (CO), unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Stickstoffoxide (NO_x) und Schwefeloxide (SOx) sowie kondensierte Phasenmaterialien (Flüssigkeiten und Feststoffe), enthält, die Feststoffe darstellen. Flüssigkeiten können beispielsweise Wasser und Kohlenwasserstoffe beinhalten.
Abgasnachbehandlungssysteme können Filter- und Katalysatorvorrichtungen einsetzen, die so konfiguriert sind, dass sie ein Nachbehandlungsverfahren, wie die Reduktion von NO_x, durchführen, um tolerierbarere Abgasbestandteile von Stickstoff (N2) und Wasser (H₂O) zu erzeugen oder Partikel einzufangen. Abgasnachbehandlungssysteme setzen die Sensoren zur Überwachung der gasförmigen Konzentrationen im Abgasstrom und der Leistung der Katalysatorkomponenten und Abgasfilter ein. Gassensoren beinhalten ein Probenentnahmeende im Abgassystem, das Probenentnahmeöffnungen umfasst, durch die eine Gasprobe entnommen werden kann. Durch das Vorhandensein von Ruß und Partikeln im Abgas können diese Probenentnahmelöcher und/oder Gaspfade im Sensor verstopfen und eine genaue Überwachung des Abgases und der Behandlungssystemvorrichtungen verhindern.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einem Aspekt einer exemplarischen Ausführungsform ist ein Verfahren zur Optimierung der Regeneration und Reinigung des Abgassystems vorgesehen. Das Abgassystem kann einen Abgasstrom beinhalten, der durch eine Abgasquelle über eine Abgasleitung einer Partikelfiltervorrichtung zugeführt wird, und einen Gassensor, der ein Probenentnahmeende aufweist, das in der Abgasleitung stromaufwärts der Partikelfiltervorrichtung angeordnet ist. Die Verfahren können das Erfassen einer Fehlfunktion des Gassensors, das Bestimmen der Rußbelastung des Partikelfilters und das Durchführen einer optimierten Wartung unter Anwendung mindestens einer herkömmlichen Technik beinhalten. Eine gemeinsame Technik ist das Reinigen eines Gassensors und Regenerieren einer PF-Vorrichtung. Die Abgasquelle kann einen Verbrennungsmotor umfassen und die mindestens eine herkömmliche Technik umfasst eine Nacheinspritzstrategie. Das Abgassystem kann einen Turbolader umfassen, der dem Gassensor vorgeschaltet ist, und der Partikelfilter kann mit dem Turbolader gekoppelt sein. Systeme zur Durchführung der offenbarten Verfahren werden ebenfalls bereitgestellt.
Obwohl viele der Ausführungsformen hierin in Bezug auf Fahrzeuge beschrieben werden, sind die hiesigen Ausführungsformen im Allgemeinen zur Reinigung von Gassensoren in verschiedenen nicht verwandten Anwendungen geeignet.
Weitere Zwecke, Vorteile und neuartige Merkmale der Ausführungsbeispiele ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele und den beigefügten Zeichnungen.
Figurenliste

1 veranschaulicht ein Abgasnachbehandlungssystem gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
2 veranschaulicht ein Blockdiagramm eines Verfahrens zum Optimieren der Regeneration und Reinigung von Abgassystemen gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hierin beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgerecht; einige Merkmale können größer oder kleiner dargestellt sein, um die Einzelheiten bestimmter Komponenten zu veranschaulichen. Folglich sind die hierin offenbarten aufbau- und funktionsspezifischen Details nicht als einschränkend zu verstehen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachleuten die verschiedenen Arten und Weisen der Nutzung der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Wie Fachleute verstehen, können verschiedene Merkmale, die mit Bezug auf beliebige der Figuren dargestellt und beschrieben werden, mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellt sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die dargestellten Kombinationen von Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Beliebige Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen und Implementierungen erwünscht sein.
Im Allgemeinen betrifft diese Offenbarung Verfahren zur Reinigung von Gassensoren, wie O₂- und NOx-Sensoren. Insbesondere bezieht sich diese Offenbarung auf die Reinigung der Probenentnahmeöffnungen und naher Bereiche von Gassensoren, um Abgasablagerungen zu entfernen. Abgasströme werden in einigen Ausführungsformen durch Verbrennungsmotoren (ICE) erzeugt, die beispielsweise ein Fahrzeug mit Leistung versorgen können. Abgasablagerungen können Partikel, kohlenstoffhaltigen Ruß, NO_x-Substanzen, Abgasflüssigkeiten und andere Substanzen, die zum Abgas gehörig sind, beinhalten. Wie hierin verwendet, bezieht sich „NO_x“ auf ein oder mehrere Stickoxide. NO_x-Substanzen können N_yO_x-Substanzen beinhalten, worin y>0 und x>0. Nichtbeschränkende Beispiele von Stickoxiden können NO, NO₂, N₂O, N₂O₂, N₂O₃, N₂O₄ und N₂O₅ beinhalten.
Gassensoren werden gemeinhin in Abgasnachbehandlungssystemen genutzt. 1 veranschaulicht ein Abgasnachbehandlungssystem 10 zur Behandlung und/oder Überwachung der Bestandteile des Abgases 15 aus einem ICE 12. Das hierin beschriebene Abgasnachbehandlungssystem 10 kann in verschiedenen ICE-Systemen implementiert werden, die Dieselmotorsysteme, Benzin-Direkteinspritzsysteme und homogene Ladungs-Selbstzündermotorsysteme einschließen können, aber nicht darauf beschränkt sind. Die ICEs werden hierin zur Verwendung bei der Erzeugung von Drehmoment für Fahrzeuge beschrieben, doch liegen andere Nicht-Fahrzeuganwendungen innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung. Wenn daher auf ein Fahrzeug Bezug genommen wird, sollte diese Offenbarung dahingehend ausgelegt werden, dass sie für jede Anwendung eines ICE gilt. Darüber hinaus kann der ICE 12 im Allgemeinen jede Vorrichtung darstellen, die in der Lage ist, einen Abgasstrom 15 zu erzeugen, der gasförmige (z. B. NO_x, O2) kohlenstoffhaltige und/oder partikelförmige Substanzen umfasst, und die Offenbarung hierin sollte dementsprechend als auf alle diese Vorrichtungen anwendbar angesehen werden. Es versteht sich außerdem, dass die hierin offenbarten Ausführungsformen zur Behandlung von Ableitungsströmen anwendbar sein können, die keine kohlenstoffhaltigen und/oder partikelförmigen Substanzen umfassen, und in diesen Fällen kann der ICE 12 auch im Allgemeinen jede Vorrichtung repräsentieren, die zum Erzeugen eines Ableitungsstroms in der Lage ist, der solche Substanzen umfasst. Der ICE 12 kann zum Beispiel eine Vielzahl von sich hin- und herbewegenden Kolben (nicht dargestellt) beinhalten, die mit einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) verbunden sind, welche mit einem Antriebssystem wirkverbunden sein kann, wie einem Fahrzeugantriebssystem (nicht dargestellt), um Antriebsdrehmoment an das Antriebssystem zu liefern. ICE 12 kann beispielsweise jede Motorkonfiguration oder - anwendung sein, einschließlich verschiedener Fahrzeuganwendungen (z. B. in Automobilen, Wasserfahrzeugen und dergleichen) sowie verschiedener Nicht-Fahrzeuganwendungen (z. B. Pumpen, Generatoren und dergleichen).
Das Abgasnachbehandlungssystem 10 beinhaltet im Allgemeinen eine oder mehrere Abgasleitungen 14 sowie eine oder mehrere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen. Die Abgasleitung 14, die mehrere Segmente umfassen kann, befördert Abgas 15 vom IC-Motor 12 an verschiedene Abgasnachbehandlungsvorrichtungen des Abgasnachbehandlungssystems 10. In einigen exemplarischen Ausführungsformen kann das Abgas 15 NO_x-Spezies umfassen.
In der veranschaulichten Ausführungsform beinhalten die Vorrichtungen des Abgasbehandlungssystems 10 eine Oxidationskatalysator (OC)-Vorrichtung 26 und eine Partikelfiltervorrichtung (PF) 30. Die dargestellte Implementierung stellt die PF-Vorrichtung 30 in einem gemeinsamen Gehäuse mit der OC-Vorrichtung 26 bereit, dennoch ist diese Implementierung optional und Implementierungen, die getrennte Gehäuse für die OC-Vorrichtung 26 und die PF-Vorrichtung 30 bereitstellen, sind für diese Offenbarung praktikabel und verständlich. Die OC-Vorrichtung 26 und die PF-Vorrichtung 30 können stromabwärts einem Turbolader 20 angeordnet sein. Weiterhin kann die PF-Vorrichtung 30 in vielen Ausführungsformen stromaufwärts der OC-Vorrichtung 26 angeordnet sein. Wie ersichtlich ist, kann das Abgasnachbehandlungssystem 10 der vorliegenden Offenbarung verschiedene Kombinationen von einer oder mehreren der in 1 dargestellten Abgasnachbehandlungsvorrichtungen und/oder andere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen (nicht dargestellt) umfassen, und ist nicht auf das vorliegende Beispiel beschränkt. So kann beispielsweise das Abgasbehandlungssystem 10 optional eine selektive Oxidationskatalysator (SCR)-Vorrichtung (nicht dargestellt), einen Durchflussbehälter von absorbierenden Partikeln (nicht dargestellt), eine Vorrichtung (nicht dargestellt) mit elektrisch beheiztem Katalysator (EHC) beinhalten, und Kombinationen davon. Das Abgasbehandlungssystem 10 kann weiterhin ein Steuermodul 50 umfassen, das über eine Anzahl von Sensoren betriebsfähig verbunden ist, um den Motor 12 und/oder das Abgasbehandlungssystem 10 zu überwachen.
Das Steuermodul 50 ist funktionsfähig mit dem Motor 12 und/oder verschiedenen Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems 10 verbunden. Der hier verwendete Begriff „Modul“ bezieht sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppenprozessor) und einen Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, die die beschriebene Funktionalität bieten. Das Steuermodul 50 kann weiterhin mit den oben beschriebenen optionalen Abgasnachbehandlungsvorrichtungen betriebsfähig verbunden sein. 1 zeigt das Steuermodul 50 in Verbindung mit zwei in der Abgasleitung 14 befindlichen Temperatursensoren 52 und 54. Der erste Temperatursensor 52 ist stromaufwärts der OC-Vorrichtung 26 und der PF-Vorrichtung 30 angeordnet, und der zweite Temperatursensor 54 ist stromabwärts der OC-Vorrichtung 26 und der PF-Vorrichtung 30 angeordnet. Die Temperatursensoren 52 und 54 senden elektrische Signale an das Steuermodul 50, die jeweils die Temperatur in der Abgasleitung 14 an bestimmten Stellen angeben. Das Steuermodul 50 steht auch mit zwei Gassensoren 60 und 62 in Verbindung, die in Fluidverbindung mit der Abgasleitung 14 stehen. Insbesondere ist der erste stromaufwärtige Gassensor 60 stromabwärts des ICE 12 und stromaufwärts der OC-Vorrichtung 26 und der PF-Vorrichtung 30 angeordnet, um ein oder mehrere Konzentrationsniveaus der Gasspezies zu erkennen. Der zweite stromabwärtige NO_x -Sensor 62 ist stromabwärts der OC-Vorrichtung 26 und der PF-Vorrichtung 30 angeordnet, um ein oder mehrere Konzentrationsniveaus der Gasspezies in der Abgasleitung 14 an bestimmten Stellen zu erkennen.
Die Gassensoren 60 und 62 können zur Überwachung der gasförmigen Zusammensetzung des Abgases 15 und/oder zur Überwachung der Leistung verschiedener Abgasnachbehandlungsvorrichtungen verwendet werden. Die Gassensoren 60 und 62 können NO_x Sensoren, O2 Sensoren und dergleichen umfassen. Die Gassensoren 60 und 62 beinhalten ein Probenentnahmeende, das innerhalb der Abgasleitung 14 liegt, sodass es fähig ist, mit dem Abgas 15 in Kontakt zu kommen. Die Gassensoren 60 und 62 können optional ein zweites Ende außerhalb der Abgasleitung 14 beinhalten. Das Probenentnahmeende eines Gassensors beinhaltet eine oder mehrere Probenentnahmeöffhungen, durch die eine Gasprobe (z. B. Abgas 15) gesammelt und/oder durch interne Abtastelemente analysiert werden kann. Die Gassensoren 60 und 62 können mit dem Steuermodul 50 wirkverbunden sein, das konfiguriert sein kann, um die Steuerung im Abgas 15 gemäß hierin unter anderem beschriebenen Steuerverfahren und Strategien durchzuführen.
Die OC-Vorrichtung 26 kann beispielsweise ein Durchfluss-Keramik- oder Metall-Monolith-Substrat umfassen, das in einer Edelstahlhülle oder einem Behälter mit einem Einlass und einem Auslass in Fluidverbindung mit der Abgasleitung 14 verpackt werden kann. Das Substrat kann eine darauf angeordnete Oxidationskatalysatorverbindung enthalten. Die Oxidationskatalysatorverbindung kann als Washcoat aufgetragen werden und kann Platinmetallmetalle wie Platin (Pt), Palladium (Pd), Rhodium (Rh) oder andere Metalloxidkatalysatoren, wie Perovksit oder eine Kombination davon, beinhalten. Die OC-Vorrichtung ist für die Behandlung von unverbranntem gasförmigem und nicht-flüchtigem Kohlenwasserstoff und CO nützlich, welche oxidieren, um Kohlendioxid und Wasser auszubilden. In einigen Ausführungsformen kann eine OC-Vorrichtung, wie eine Diesel-Oxidationskatalysator (DOC)-Vorrichtung, stromaufwärts der SCR-Vorrichtung positioniert werden, um NO in NO₂ zur bevorzugten Behandlung im SCR umzuwandeln.
Die PF-Vorrichtung 30 kann stromabwärts der OCR-Vorrichtung 26 angeordnet sein, wie dargestellt, oder kann stromaufwärts der SCR-Vorrichtung 26 angeordnet sein. So kann beispielsweise die PF-Vorrichtung 30 einen Dieselpartikelfilter (DPF) umfassen. Die PF-Vorrichtung 30 filtert den Kohlenstoff, Ruß und andere Partikel aus dem Abgas 15 heraus. Die PF-Vorrichtung 30 enthält einen Filter 23. In einigen Ausführungsformen kann die PF-Vorrichtung 30 unter Verwendung eines keramischen SiC-Wandströmungsmonolithfilters 23 konstruiert werden, der in einer Hülle oder einem Behälter verpackt sein kann, der beispielsweise aus Edelstahl besteht und über einen Einlass und einen Auslass in strömungstechnischer Verbindung mit Abgasleitung 14 verfügt. Es versteht sich, dass der keramische oder SiC-Wandströmungsmonolithfilter lediglich exemplarisch ist, und dass die PF-Vorrichtung 30 andere Filtervorrichtungen, wie gewickelte oder gepackte Faserfilter, offenzellige Schaumstoffe, gesinterte Metallfasern usw., umfassen kann. Der keramische oder SiC-Wandströmungsmonolithfilter 23 kann eine Vielzahl von sich in Längsrichtung erstreckenden Durchgängen aufweisen, die durch sich in Längsrichtung erstreckende Wände definiert sind. Die Kanäle beinhalten eine Untergruppe von Einlasskanälen, die über ein offenes Einlassende und ein geschlossenes Auslassende verfügen, sowie eine Untergruppe von Auslasskanälen, die über ein geschlossenes Einlassende und ein offenes Auslassende verfügen. Das durch die Einlassenden der Einlasskanäle in den Filter 23 eintretende Abgas 15 wird gezwungen, durch die angrenzenden längsverlaufenden Wände in die Auslasskanäle überzugehen. Durch diesen Wandströmungsmechanismus werden Kohlenstoff und andere Partikel aus dem Abgas 15 herausgefiltert. Die gefilterten Partikel lagern sich an den längsverlaufenden Wänden der Einlasskanäle ab und bewirken mit der Zeit einen Anstieg des Abgas 15-Gegendrucks, der auf den IC-Motor 12 einwirkt.
Während des Betriebs des Abgasnachbehandlungssystems 10 können sich Abgas 15 Substanzen auf dem Gassensor 62 und/oder 60 der Probenentnahmeenden ansammeln oder die eine oder mehreren Probenentnahmeöffnungen ganz oder teilweise verstopfen. Dementsprechend wird die genaue Probenentnahme aus dem Abgas 15 und/oder die Reaktionszeit der Gassensoren 60 und 62 verzögert oder verhindert.
Das Anlegen von Wärme an Abgasablagerungen kann dazu führen, dass die Ablagerungen verbrennen und von einem Substrat entfernt werden, wie dem Gassensor 60 Probenentnahmeende. Im Allgemeinen kann das Erwärmen kohlenstoffhaltiger Abgasablagerungen auf Temperaturen von mindestens etwa 600°C bis etwa 650°C das Verbrennen von Ruß auslösen. Durch das Verbrennen von Ruß können kohlenstoffhaltige Feststoffe in Gase, wie zum Beispiel Kohlendioxid, umgewandelt werden oder eine chemische oder physikalische Veränderung des Rußes oder der Ablagerungen bewirkt werden, sodass sich die Ablagerungen vom Sensor lösen. Für die Zwecke dieser Offenbarung umfasst das Reinigen von Gassensoren das Erhöhen der Temperatur des Abgases 15 auf mindestens 500°C, mindestens 525°C oder mindestens 550°C, wobei die Temperatur am Gassensor gemessen wird. Sofern das Gassystem einen Turbolader umfasst, umfasst das Reinigen von Gassensoren das Erhöhen der Temperatur des Abgases 15 auf mindestens 500°C, mindestens 525°C oder mindestens 550°C, wobei die Temperatur am Ausgang 21 des Turboladers 20 gemessen wird.
Ein Erhöhen der Abgas 15 Temperatur kann mit verschiedenen Verfahren erreicht werden, wie im Stand der Technik bekannt ist. Die Abgas 15 Temperatur kann durch eine Nacheinspritzstrategie und/oder durch Verwendung eines Heizelementes nahe dem Sensor erhöht werden. Ein Heizelement kann beispielsweise eine Zündkerze umfassen. Eine Nacheinspritzstrategie ist eine Abwandlung einer normalen ICE-Einspritzstrategie. Während des Betriebs eines ICE, wie beispielsweise dem ICE 12, führen ein oder mehrere Kolben des ICE vier Hübe in einem oder mehreren entsprechenden Zylindern aus: einen Einlasshub, einen Kompressionshub, einen Verbrennungshub und einen Auslasshub. Während des Einlasshubs beginnt der Kolben am oberen Totpunkt (TDC) und endet am unteren Totpunkt (BDC). Das Zylindereinlassventil erreicht eine offene Position, um dem Kolben zu ermöglichen, ein Luft-Kraftstoff-Gemisch in den Zylinder zu ziehen, indem er durch seine Abwärtsbewegung einen Unterdruck in den Zylinder erzeugt. Der Kompressionshub beginnt anschließend am BDC und endet am TDC. Bei geschlossenen Ein- und Auslassventilen des Zylinders verdichtet der Kolben das Kraftstoff-Luft-Gemisch als Vorbereitung für die Zündung. Während des anschließenden Verbrennungshubs befindet sich der Kolben am TDC und das Druckluft-Kraftstoff-Gemisch wird durch eine Zündkerze (im Benzinmotor) oder durch die beim Verdichtungshub erreichte Verdichtung (Dieselmotoren) gezündet. Nach der Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs gibt die Verbrennung den Kolben zwangsweise an den BDC zurück und übersetzt mechanische Arbeit zu einer zugeordneten Kurbelwelle. Während des anschließenden Auslasshubs kehrt der Kolben mit geöffnetem Auslassventil von BDC nach TDC zurück, um das verbrauchte Kraftstoff-Luft-Gemisch in ein Abgassystem, wie beispielsweise das Abgasbehandlungssystem 10, abzuführen. Eine Nacheinspritzstrategie umfasst das Einspritzen von Kraftstoff in einen Motorzylinder, nachdem das Luft-Kraftstoff-Gemisch während des Ansaughubs in den Zylinder eingeleitet wurde. Die Nacheinspritzung tritt während des Verbrennungshubs auf, bevor die Auslassventile während des Auslasshubs öffnen und nachdem das erste Luft-Kraftstoff-Gemisch bereits verbrannt ist oder brennt. Genauer gesagt tritt die Nacheinspritzung auf, wenn der Kolben ausreichend nahe am TDC ist, sodass der nacheingespritzte Kraftstoff im Wesentlichen oder vollständig im Zylinder verbrennen kann. Durch das Einleiten von zusätzlichem Kraftstoff in den Zylinder erhöht die Nacheinspritzung dementsprechend die Temperatur des aus dem Zylinder austretenden Abgases.
Das Verwenden einer Nacheinspritzstrategie zur Reinigung eines Sensors kann das Ausführen einer Nacheinspritzstrategie für eine bestimmte Zeit umfassen. Diese Dauer ist abhängig von der durch die Nacheinspritzstrategie erreichte Abgastemperatur und der auf dem Sensor angesammelten Ablagerungsmenge. In einigen Ausführungsformen wird ein Sensor mit einer Nacheinspritzstrategie für etwa eine Minute gereinigt. In einigen Ausführungsformen wird ein Sensor gereinigt, indem eine Nacheinspritzstrategie länger als eine Minute ausgeführt wird.
Im Laufe der Zeit können sich in Filtervorrichtungen, zum Beispiel der PF-Vorrichtung 30 ebenfalls Partikel ansammeln und müssen regeneriert werden. Die Ansammlung bestimmter Substanzen kann zum Beispiel den Wirkungsgrad einer PF-Vorrichtung 30 verschlechtern und den Gegendruck auf einen ICE 12 erhöhen. Die Regeneration beinhaltet im Allgemeinen die Oxidation oder Verbrennung der angesammelten Partikel in der PF-Vorrichtung 30. So können beispielsweise kohlenstoffhaltige Rußpartikel während des Regenerationsverfahrens oxidiert werden, um gasförmiges Kohlendioxid zu erzeugen. Eine oder mehrere Regenerationstechniken können implementiert werden, wenn sich in einer PF-Vorrichtung 30 beispielsweise eine bestimmte Menge an Partikel angesammelt hat. Eine bestimmte Menge an Partikelmaterial kann beispielsweise auf der Grundlage des Gewichts, der prozentualen Kapazität der PF-Vorrichtung 30 oder auf der Grundlage anderer Faktoren eingestellt werden. Eine oder mehrere Regenerationstechniken können zu beliebigen Zeitpunkten oder in vorgegebenen Intervallen implementiert werden. So kann beispielsweise eine Regenerationsstrategie der PF-Vorrichtung 30 durch das Steuermodul 50 implementiert werden.
In vielen Fällen umfasst die Regeneration die Erhöhung der Abgas 15 Temperatur. Die Erhöhung der Abgas 15 Temperatur kann durch eine Anzahl von Verfahren erreicht werden, wie zum Beispiel das Anpassen der Kalibrierungsparameter des Motors an die vorstehend beschriebene Nacheinspritzstrategie, wie vorstehend beschrieben, das Anpassen der Kalibrierungsparameter zum Implementieren einer Nacheinspritzstrategie, die Verwendung einer optionalen EHC-Vorrichtung und Kombinationen derselben. Im Allgemeinen werden eine oder mehrere Regenerationsstrategien verwendet, um eine PF-Vorrichtung 30 zu regenerieren, und diese Strategien können zum Beispiel durch das Modul 50 implementiert und/oder optimiert werden. Es versteht sich, dass die vorstehenden Regenerationstechniken lediglich veranschaulichend sind und nicht dazu gedacht sind, die Verwendung oder Eignung anderer zusätzlicher oder alternativer Regenerationstechniken auszuschließen.
Eine Nacheinspritzstrategie leitet Kraftstoff in das Abgasbehandlungssystem 10, sodass der Kraftstoff mit einer katalytischen Komponente des Systems 10 verbrennt und/oder reagiert und die Temperatur des Abgases 15 erhöht. Insbesondere umfasst eine Nacheinspritzstrategie das Einspritzen von Kraftstoff in einen Motorzylinder, nachdem das Luft-Kraftstoff-Gemisch während des Ansaughubs in den Zylinder eingeleitet wurde. Eine Nacheinspritzung tritt während des Verbrennungshubs und/oder Auslasshubs auf, während das Auslassventil geöffnet ist oder kurz bevor sich das Auslassventil öffnet. Insbesondere tritt eine Nacheinspritzung auf, während der Kolben ausreichend weit vom TDC entfernt ist und/oder nachdem das erste Luft-Kraftstoff-Gemisch bereits so verbrannt ist, dass der nacheingespritzte Kraftstoff im Zylinder nicht verbrennt. Der nacheingespritzte Kraftstoff wird während des Auslasshubs unverbrannt aus dem Zylinder ausgestoßen und dem Abgassystem zugeführt. Wenn der nacheingespritzte Kraftstoff die OC-Vorrichtung 26 kontaktiert, wird während der Brennstoffoxidation freigesetzte Wärme dem Abgasbehandlungssystem 10 zugeführt, um die PF-Vorrichtung 30 von einem Teil oder allem angesammelten Partikelmaterial zu reinigen.
Es hat sich gezeigt, dass Regenerationstechniken der PF-Vorrichtung, die eine oder mehrere Nacheinspritzstrategien und EHC-Vorrichtungen verwenden, wenig bis keinen Reinigungseffekt auf Gassensoren aufweisen, insbesondere Gassensoren stromaufwärts der DOC-Vorrichtungen und EHC-Vorrichtungen, die bei derartigen Regenerationstechniken verwendet werden. Jedoch hat sich gezeigt, dass Nacheinspritz-Regenerationstechniken sowohl für Gassensoren als auch für die Reinigung/Regeneration von PF-Vorrichtungen wirksam sind. Dementsprechend werden hierin Verfahren zur Optimierung der Regeneration von PF-Vorrichtungen und der Reinigung von Gassensoren beschrieben.
2 veranschaulicht ein Verfahren 100 zur Optimierung der Regeneration und Reinigung von Abgassystemen, wobei das Verfahren das Erkennen 110 einer Sensorfehlfunktion, das Erkennen 120 einer Rußbelastung der PF-Vorrichtung und das Durchführen 130 von optimierten Wartungsarbeiten umfasst. Das Abgassystem beinhaltet im Allgemeinen eine Abgasquelle, die über eine Abgasleitung einen Abgasstrom zu einem oder mehreren Abgasnachbehandlungsvorrichtungen bereitstellt, und mindestens einen in der Abgasleitung angeordneten Gassensor oder eine oder mehrere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen. Der mindestens eine Gassensor kann einen Sauerstoffsensor oder einen NO_x Sensor umfassen. Die Abgasquelle kann wie vorstehend beschrieben einen ICE umfassen. Die eine oder mehreren Abgasnachbehandlungsvorrichtungen können eine PF-Vorrichtung und eine OC-Vorrichtung umfassen, die stromaufwärts von der PF-Vorrichtung angeordnet sind. Das Abgassystem kann einen Turbolader umfassen, der stromaufwärts von einer oder mehreren Abgasnachbehandlungsvorrichtungen angeordnet ist. Das eine oder die mehreren Behandlungsvorrichtungen können an den Turbolader gekoppelt sein. Eine direkt gekoppelte Behandlungsvorrichtung kann zum Beispiel innerhalb von 1 Meter vom Turboladerauslass des Motors entfernt angeordnet sein, wobei der Abstand basierend auf der linearen Länge der Abgasleitung gemessen wird. Der mindestens eine Gassensor kann stromabwärts vom Turbolader, aber stromaufwärts von der PF-Vorrichtung angeordnet sein. Ein Gassensor kann stromaufwärts von der OC-Vorrichtung angeordnet sein. Das Abgassystem kann einen zweiten Gassensor stromabwärts von der OC-Vorrichtung umfassen. Das Abgassystem kann beispielsweise das System 10 umfassen.
Hinsichtlich des Verfahrens 100 ist keine Reihenfolge beim Erkennen 110 und 120 vorgegeben; jede Funktion kann gleichzeitig und/oder nachfolgend zur anderen erfolgen. Das Erkennen 110 einer Sensorfehlfunktion kann eine unzureichende Leistung eines Gassensors umfassen. Eine unzureichende Leistung kann eine verkürzte Reaktionszeit im Vergleich zu einer früheren Reaktionszeit und/oder eine Reaktionszeit beinhalten, die oberhalb eines akzeptablen Schwellenwerts liegt. Wenn beispielsweise ein Gassensor jede Sekunde eine Reaktion bereitstellt, kann eine Reaktionszeit von über 2 Sekunden oder über 2,25 Sekunden als nicht akzeptabel erachtet werden. Eine Reaktionszeit kann definiert als die Zeit zwischen zwei aufeinanderfolgenden Messungen definiert werden. Die Reaktionszeit kann durch ein Modul, zum Beispiel Modul 50, als die Zeit, die zwischen dem Empfangen von zwei aufeinanderfolgenden Übertragungen des Gassensors durch das Modul verstrichen ist, gemessen werden.
Das Erkennen 120 einer Rußbelastung von PF-Vorrichtungen kann das Erkennen einer Rußmenge umfassen, die sich in einer PF-Vorrichtung oberhalb eines akzeptablen Schwellenwerts angesammelt hat. Ein Schwellwert kann als eine Rußmenge definiert werden, die sich in der PF-Vorrichtung durch das Gewicht und/oder beispielsweise eine Dicke von angesammelten Ablagerungen ansammeln. Zusätzlich oder alternativ kann ein Schwellenwert als ein maximaler Druckabfall über die PF-Vorrichtung definiert werden, wobei ein erhöhter Druckabfall eine erhöhte Rußbelastung zeigt. Zusätzlich oder alternativ kann über theoretische oder empirische Rußbelastungsmodelle, die mit aktuellen Prozessvariablen aus dem Abgassystem implementiert werden, ein Schwellenwert der Reduktionsablagerung vorgegeben werden.
Das Durchführen 130 einer optimierten Wartung kann das gleichzeitige Reinigen eines Gassensors und Regenerieren einer PF-Vorrichtung unter Verwendung mindestens einer gemeinsamen Technik umfassen. Eine gemeinsame Technik ist das Reinigen eines Gassensors und Regenerieren einer PF-Vorrichtung. Ein Gassensor kann durch eine Nacheinspritzstrategie mittels eines dem Sensor benachbarten Heizelements sowie Kombinationen derselben gereinigt werden. Eine PF-Vorrichtung kann durch Implementieren einer Nacheinspritzstrategie, implementieren einer Nacheinspritzstrategie unter Verwendung einer optionalen EHC-Vorrichtung und Kombinationen derselben regeneriert werden. Dementsprechend umfasst das Implementieren einer Nacheinspritzstrategie eine gemeinsame Technik. Sofern das Abgassystem einen Gassensor stromabwärts einer OC-Vorrichtung umfasst, kann eine Nacheinspritzstrategie ein gemeinsames Verfahren sein. Das Verfahren 100 kann das Implementieren einer Vielzahl gemeinsamer Techniken umfassen, wie beispielsweise eine nach der Einspritzung durchgeführte Strategie und eine Nacheinspritzstrategie.
Zusätzlich zur Verwendung mindestens einer herkömmlichen Technik kann eine optimierte Wartung auch das Durchführen 130 einer zweiten Gassensor-Reinigungstechnik umfassen. Die zweite Gassensor-Reinigungstechnik kann das Aktivieren eines Heizelements benachbart zum Sensor umfassen. Eine zweite Gassensor-Reinigungstechnik kann verwendet werden, wenn die herkömmliche Technik die PF-Vorrichtung ausreichend regeneriert, der Gassensor aber weiter gereinigt werden muss. Sofern eine zweite Gassensor-Reinigungstechnik eingesetzt wird, kann die Reinigungsroutine mithilfe einer speziellen Nachschlagetabelle optimiert werden, welche die Ablagerung von Ansammlungen auf dem Gassensor und eine oder mehrere Betriebsbedingungen und Abgassystembedingungen des Motors nutzt, um die Soll-Reinigungstemperaturen und/oder -dauern festzulegen.
Zusätzlich zur Verwendung mindestens einer herkömmlichen Technik kann eine optimierte Wartung auch das Durchführen 130 einer oder mehrerer Techniken zum Regenerieren von PF-Vorrichtungen umfassen. Die zweite Regenerationstechnik für eine PF-Vorrichtung kann die Verwendung einer Nacheinspritzstrategie oder eine EHC-Vorrichtung umfassen, die in die PF-Vorrichtung integriert ist oder benachbart zu ihr ist angeordnet ist. Eine zweite Regenerationstechnik für eine PF-Vorrichtung kann verwendet werden, wenn die herkömmliche Technik den Gassensor ausreichend reinigt, die PF-Vorrichtung jedoch einer weiteren Regeneration bedarf.
Obgleich exemplarische Ausführungsformen vorstehend beschrieben sind, sollen diese Ausführungsformen in keiner Weise alle möglichen Formen beschreiben, die die Ansprüche in sich begreifen. Vielmehr dienen die in der Spezifikation verwendeten Worte der Beschreibung und nicht der Einschränkung und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Erfindungsgedanken und Umfang der Offenbarung abzuweichen. Wie zuvor beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die nicht explizit beschrieben oder veranschaulicht werden. Obgleich verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden sein könnten, um Vorteile zu bieten oder anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Merkmale vorgezogen zu werden, werden Fachleute auf dem Gebiet erkennen, dass eine oder mehrere Merkmale oder Charakteristika beeinträchtigt werden können, um die gewünschten Gesamtsystemeigenschaften zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung und Implementierung abhängen. Diese Eigenschaften können unter anderem Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Aussehen, Verpackung, Größe, Gebrauchstauglichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Montagefreundlichkeit usw., beinhalten. Daher liegen Ausfiihrungsformen, die im Vergleich zu anderen Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik als weniger wünschenswert in Bezug auf eine oder mehrere Merkmale beschrieben sind, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Verfahren zum Reinigen eines Gassensors, der in einem Abgassystem verwendet wird, umfassend einen Abgasstrom, der von einer Abgasquelle über eine Abgasleitung einer Partikelfiltervorrichtung zugeführt wird, und einen Gassensor mit einem in der Abgasleitung stromaufwärts von der Partikelfiltervorrichtung angeordneten Probenentnahmeende, das Verfahren umfassend: das Erfassen einer Gassensorfehlfunktion; das Erfassen der Rußbelastung des Partikelfilters; und das Durchführen einer optimierten Wartung unter Verwendung mindestens einer üblichen Technik.
Verfahren nach Anspruch 1, worin das Abgassystem ferner einen Turbolader umfasst, der stromaufwärts des Gassensors angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend ein Durchführen einer zweiten Gassensor-Reinigungstechnik.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin eine zweite Gassensor-Reinigungstechnik unter Verwendung einer Nachschlagetabelle optimiert wird, welche die Ablagerung von Ansammlungen auf dem Gassensor und eine oder mehrere Motorbetriebsbedingungen und Abgassystembedingungen verwendet, um eine oder mehrere von einer Reinigungstemperatur und Reinigungsdauer festzulegen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend das Durchführen einer zweiten Partikelfiltervorrichtung-Regenerationstechnik.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Abgassystem einen zweiten Gassensor umfasst, der zwischen der Partikelfilter- und der Oxidationskatalysatorvorrichtung angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Abgasquelle einen Verbrennungsmotor umfasst und die herkömmliche Technik eine oder mehrere einer Strategie nach der Einspritzung und eine Nacheinspritzstrategie umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Erfassen einer Gassensorfehlfunktion das Erfassen einer Reaktionszeit des Gassensors umfasst, die oberhalb eines Schwellenwerts liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Erfassen einer Rußbelastung eines Partikelfilters das Erfassen einer angesammelten Rußmenge unter Verwendung eines Rußbelastungsmodells und/oder das Erfassen eines Druckabfalls über die Partikelfiltervorrichtung, der über einem Schwellenwert liegt, umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin die Abgasquelle ein Verbrennungsmotor ist, der zum Antreiben eines Fahrzeugs konfiguriert ist.