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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft Verbrennungsmotoren in fluidisierter Verbindung mit Abgasnachbehandlungssystemen sowie Verfahren zu deren Steuerung.
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HINTERGRUND
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Verbrennungsmotoren sind fluidisiert mit Abgasnachbehandlungssystemen verbunden, welche die als Verbrennungs-Abfallprodukte erzeugten Abgase reinigen. Die Abgasnachbehandlungssysteme können Oxidationskatalysatoren, Reduktionskatalysatoren, selektive katalytische Reduktionskatalysatoren und Partikelfilter beinhalten. Verbrennungs-Abfallprodukte können unverbrannte Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid, Stickoxide, die oft als NOx-Moleküle bezeichnet werden können, sowie Aerosole beinhalten. Der Betrieb kann durch einen oder mehrere Sensoranordnungen, die im Abgaszulauf angebracht sind, überwacht werden, wie beispielsweise einem NOx-Sensor. Der Betrieb kann auch mit der Verwendung von Simulationsmodellen gesteuert werden, die während des Betriebs dynamisch ausgeführt werden.
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Selektive katalytische Reduktionskatalysatoren (SCR) können Reduktionsmittel zum Reduzieren von NOx-Molekülen zu elementarem Stickstoff verwenden. Ein bekanntes Reduktionsmittel ist Harnstoff, der in einem Abgassystem in Ammoniak (NH3) umgewandelt wird. Das Reduktionsmittel kann in den Abgasstrom eines oder mehrerer selektiver katalytischer Reduktions-Katalysatoren eingespritzt und auf einer Oberfläche gespeichert oder anderweitig zur Verwendung bei der Reduktion von NOx-Molekülen zu Stickstoff und Wasser erfasst werden.
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Signalausgang von einem Sensor, der konfiguriert ist, um Partikelmaterial zu überwachen, kann eine Feinfühligkeit bis NH3 Moleküle aufweisen, wenn er auf die Überwachung eines Abgaszulaufs ausgerichtet ist. Ein diagnostisches Überwachungssystem zur Auswertung des Wirkungsgrads eines Partikelfilterelements kann bei bestimmten Betriebsbedingungen infolge des Auftretens von NH3 im Abgaszulauf entweder ein falsches Negativ-Ergebnis oder ein falsches Positiv-Ergebnis aufweisen.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es ist ein Verbrennungsmotor in fluidischer Verbindung mit einem Abgasnachbehandlungssystem beschrieben. Das Abgasnachbehandlungssystem beinhaltet ein Partikelfilterelement und einen Feinstaubsensor, der angeordnet ist, um den Abgaszulauf nach dem Partikelfilterelement zu überwachen. Ein Verfahren für die Überwachung eines Abgasnachbehandlungssystems stromabwärts vom Feinstaubfilterelement beinhaltet eine Temperatur, die dem Feinstaubsensor zugeordnet ist, und die Überwachung des Motorbetriebs und des Abgasnachbehandlungssystems. Der Feinstaubsensor überwacht den Abgaszulauf. Eine Größenordnung von NH3 wird im Abgaszulauf nahe des Feinstaubsensors basierend auf der Überwachung des Motorbetriebs und des Abgasnachbehandlungs-Systems bestimmt. Eine erste Messung wird vom Feinstaubsensor genommen und je nach Größe von NH3 im Abgaszulauf in der Nähe des Feinstaubsensors und nach Temperatur des Feinstaubsensors angepasst. Eine Größenordnung des Feinstaubs im Abgaszulauf wird anhand der eingestellten Erstmessung aus dem Feinstaubsensor festgelegt.
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Die genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Lehren, gehen deutlich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung von einigen der besten Arten und weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Lehren unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen hervor.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Im Folgenden werden exemplarisch eine oder mehrere Ausführungsformen mit Bezug auf die zugehörigen Zeichnungen beschrieben, in welchen:
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1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor in fluidischer Verbindung mit einem Abgasnachbehandlungssystem, einschließlich der ersten und zweiten selektiven katalytischen Reduktionsvorrichtungen (SCRs) und eines Partikelfilters gemäß der Offenbarung;
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2 zeigt grafisch elektrischen zugeordneten Betrieb einer Ausführungsform des Feinstaubsensors, einschließlich der Größenordnung eines Sensorausgangssignals und der Größenordnung der Heizeinrichtungsspannung in Relation zur Zeit, in Übereinstimmung mit der Erfindung;
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3 zeigt schematisch eine erste Routine zum Ermöglichen der Überwachung des Partikelmaterials in einem Abgaszulauf eines Verbrennungsmotors, in Übereinstimmung mit der Erfindung; und
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4 zeigt schematisch eine Diagnoseroutine zur Überwachung eines Partikelfilterelements in einem Abgaszulauf unter Verwendung von Informationen eines Feinstaubsensors in Übereinstimmung mit der Erfindung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, worin die Darstellungen nur dazu dienen, bestimmte exemplarische Ausführungsformen zu veranschaulichen und nicht dazu dienen, diese zu begrenzen, zeigt 1 schematisch einen Verbrennungsmotor (Motor) 100 in fluidischer Verbindung mit einem Abgasnachbehandlungssystem 50, das gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung angeordnet ist. Der Motor 100 ist ein mehrzylindriger Verbrennungsmotor, der ein Gemisch aus direkt eingespritztem Kraftstoff mit Ansaugluft verbrennt und Abgas zurückführt, um mechanische Leistung zu erzeugen. Der Motor 100 ist, wie gezeigt, als Selbstzündermotor ausgeführt, die hierin beschriebenen Konzepte können allerdings auch bei anderen Motor-Konfigurationen eingesetzt werden, die Ausführungsformen des hierin beschriebenen Abgasnachbehandlungssystems 50 verwenden. Der Motor 100 kann bei Bodenfahrzeugen eingesetzt werden, wie bei PKW, LKW, landwirtschaftlichen Fahrzeugen oder Baufahrzeugen, bei marinen-Fahrzeugen, aber auch bei Seefahrzeugen oder in stationären Anwendungen, z. B. angeschlossen an einen Stromgenerator. Wie hierin verwendet, bezieht sich der Begriff „stromaufwärts” und ähnliche Begriffe auf Elemente, die auf eine Entstehung eines Strömungsflusses relativ zu einer angegebenen Position hindeuten und der Begriff „stromabwärts“ und ähnliche Begriffe beziehen sich auf Elemente, die von einer Entstehung eines Strömungsflusses relativ zu einer angegebenen Position entfernt sind.
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Der Motor 100 beinhaltet vorzugsweise einen Motorblock 7 mit mehreren Zylindern, einen Ansaugkrümmer 8 für die Kanalisierung der Ansaugluft in die Zylinder des Motors 100 und einen Abgaskrümmer 9 zum Transportieren des Abgases zur Kanalisierung durch das Abgas-Nachbehandlungssystem 50. Andere nicht dargestellte Motorbauteile und Systeme beinhalten Kolben, Kurbelwelle, Zylinderköpfe, Einlassventile, Auslassventile, Nockenwellen und sofern genutzt, variable Nockenwellenversteller. Der Motor 100 arbeitet vorzugsweise in einem Viertakt-Verbrennungszyklus von wiederholt ausgeführten Takten von Ansaugen-Kompression-Verbrennung-Abgas. Ein Turbolader mit variabler Geometrie (VGT) beinhaltet in einer Ausführungsform eine Turbine 28 in fluidischer Verbindung mit dem Abgaskrümmer 9 stromaufwärts relativ zum Abgasnachbehandlungssystem 50. Der Motor 100 beinhaltet eine Vielzahl von Direkteinspritzdüsen 47, die so angeordnet sind, dass der Kraftstoff direkt in die einzelnen Brennräume eingespritzt wird. Die Einspritzdüsen 47 können beliebige geeignete Direkteinspritz-Vorrichtungen sein, wie beispielsweise in einer Ausführungsform über Magnetventile betätigte Vorrichtungen. Kraftstoff wird über eine Niederdruck-Kraftstoffpumpe 41, eine Kraftstofffilter-Baugruppe 42, eine Hochdruck-Kraftstoffpumpe 43, ein Kraftstoff-Dosierventil 44, ein Kraftstoff-Verteilerrohr 45 und ein Druckregelventil 46 aus einem Kraftstofftank an die Einspritzdüsen 47 geliefert. Jeder der Motorzylinder beinhaltet vorzugsweise eine Glühkerze 25. Der Motor 100 beinhaltet ein Luftansaugsystem, das einen Ansaugluftfilter 48, einen Luftmassensensor 49, einen Kompressor 10 des VGT, einen Ladeluftkühler 11, ein Drosselventil 13, einen Sensor 12 zur Überwachung des Ladedrucks und der Einlasslufttemperatur sowie andere Messvorrichtungen beinhaltet, die nützlich sein können. Der Motor 100 beinhaltet eine Abgasrückführung (EGR), die die Abgase flüssig vom Abgaskrümmer 9 zum Ansaugkrümmer 8 transportiert. In einer Ausführungsform kann das EGR-System ein EGR-Ventil 14, einen EGR-Kühler 17 mit einem Bypassventil 15, einen EGR-Auslasstemperatursensor 18, einen EGR-Kühler-Einlasstemperatursensor (nicht dargestellt) und einen Vakuumschalter 16 beinhalten. Der Ansaugkrümmer 8 kann auch mehrere Drallventile 19 zum Mischen der Ansaugluft mit den rückgeführten Abgasen beinhalten. Andere Motorüberwachungssensoren können einen Kurbelwellenstellungs-Sensor 20, einen Nockenwellenstellungs-Sensor 21, einen Kühlmitteltemperatur-Sensor 22, einen Ölpegelschalter 23 und einen Öldruckschalter 24 beinhalten, unter anderem. Eine oder mehrere Motorüberwachungssensoren können durch ein geeignetes ausführbares Modell ersetzt werden.
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Eine Motorsteuerung 26 überwacht verschiedene Sensoren und führt Steuerroutinen, um verschiedene Stellglieder anzuweisen, um den Betrieb des Motors 100 als Reaktion auf die Anwenderbefehle zu steuern. Anwenderbefehle können aus verschiedenen Anwendereingabegeräten hervorgehen, z. B. einer Pedalbaugruppe 27, die zum Beispiel ein Gaspedal und ein Bremspedal beinhaltet. Andere Sensoren im Zusammenhang mit dem Betrieb des Motors können nur exemplarisch unter anderem ein Luftdrucksensor (nicht gezeigt), ein Umgebungsluft-Temperatursensor (nicht gezeigt), ein VGT-Positionssensor (nicht gezeigt), der Abgas-Temperatursensor 31, ein Ladelufteinlass-Temperatursensor 32 und ein Ladeluftauslass-Temperatursensor 33 sein.
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Das Abgasnachbehandlungssystem 50 kann eine Vielzahl von fluidisch verbundenen abgasreinigenden Vorrichtungen zur Reinigung von Abgasen vor der Abgabe in die Umgebungsluft beinhalten. Eine abgasreinigende Vorrichtung kann eine beliebige Vorrichtung sein, um Bestandteile des Abgaszulaufs 51 zu oxidieren, reduzieren, filtern oder anderweitig zu behandeln, einschließlich unter anderem Kohlenwasserstoffe, Kohlenmonoxid, Stickoxide (NOx) und Aerosol. In der gezeigten Ausführungsform sind die erste, zweite und dritte abgasreinigende Vorrichtung 53, 54 und 55 jeweils implementiert. Die erste und zweite abgasreinigende Vorrichtung 53, 54 können eng mit dem Abgaskrümmer 9 verbunden sein und sind vorzugsweise im Motorraum angeordnet. Die dritte abgasreinigende Vorrichtung (Katalysator) 55 kann entfernt angeordnet sein, beispielsweise in der Unterbodenverkleidung beim Einsatz in einem Landfahrzeug. Die erste abgasreinigende Vorrichtung 53 kann in bestimmten Ausführungsformen ein Oxidationskatalysator zur Oxidation von Kohlenwasserstoffen und anderen Bestandteilen im Abgaszulauf 51 sein und wird hier im Folgenden als ein Oxidationskatalysator 53 bezeichnet. Die zweite abgasreinigende Vorrichtung 54 kann ein Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion sein, mit einem Partikelfilterelement 61 zur Filterung von Partikelmaterial aus den Abgaszulauf 51, er wird im Folgenden als SCRF 54 bezeichnet. Alternativ kann das Partikelfilterelement 61 in einer separaten mechanischen Baugruppe im Abgasnachbehandlungssystem enthalten sein. Die dritte Katalysator 55 kann ein Oxidationskatalysator oder eine andere geeignete Reinigungsvorrichtung sein, die für die Oxidation von NH3 verwendet werden kann, das möglicherweise durch den SCRF 54 strömt. In einer Ausführungsform wird auf den dritten Katalysator 55 im Abgas-Nachbehandlungssystem 50 verzichtet.
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Jeder der Oxidationskatalysatoren 53, SCRF 54 und der dritte Katalysator 55 beinhalten ein keramisches oder metallisches Substrat mit Strömungskanälen, die mit geeigneten Materialien beschichtet sind, einschließlich unter anderem beispielsweise: Metallen der Platingruppe wie Platin, Palladium und/oder Rhodium; andere Metalle wie Kupfer; Cer und anderen Materialien. Die beschichteten Materialien bewirken chemische Reaktionen, um Bestandteile des Abgaszulaufs 51 unter bestimmten Bedingungen hinsichtlich Temperatur, Strömungsrate, Luft-/Kraftstoffverhältnis und anderen zu oxidieren, zu reduzieren, zu filtern oder anderweitig zu behandeln. Die dargestellte Ausführung beinhaltet die Elemente der Abgasnachbehandlungs-Systems 50 in einer Anordnung. In einer alternativen Ausführungsform können Partikelfilterelement 61 und Oxydationskatalysator gemeinsam auf einem einzigen Substrat als Teil des Oxidationskatalysators 53 angeordnet und in einer einzigen mechanischen Baugruppe zusammengestellt werden. Im Rahmen dieser Offenbarung können auch andere Ausführungen der Bauteile des Abgasnachbehandlungssystems 50 eingesetzt werden, wobei derartige Anordnungen zusätzlich auch andere abgasreinigende Vorrichtungen beinhalten können bzw. keine anderen abgasreinigenden Vorrichtungen enthalten müssen, je nach den Anforderungen der entsprechenden Anwendung.
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Ein Reduktionsmittel-Liefersystem 60 einschließlich eines Reduktions-Injektors 62 mit einer Einspritzdüse kann stromaufwärts vom SCRF 54 positioniert werden, um kontrollierbar Reduktionsmittel in den Abgaszulauf 51 zu geben und die Reduktion von NOx im SCRF 54 zu erleichtern. In einer Ausführungsform kann der SCRF 54 eine auf Harnstoff basierende Vorrichtungen sein, und das eingespritzte Reduktionsmittel kann Harnstoff sein. Wie von Fachleuten einzusehen, kann Harnstoff zu Ammoniak (NH3) umgewandelt werden, der auf dem Substrat des SCRF 54 gespeichert werden kann, und zur Reduktion mit NOx-Molekülen reagieren kann, um elementaren Stickstoff (N2) und andere inerte Gase zu bilden.
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Sensoren für die Überwachung der abgasreinigenden Vorrichtungen des Abgasnachbehandlungssystems 50 können einen oder mehrere Abgassensoren 58, einen oder mehrere Feinstaubsensoren 56 und einen Delta-Drucksensor 57 zur Überwachung des Druckabfalls im SCRF 54, einen oder mehrere Temperatursensoren 59 und/oder andere geeignete Sensoren und Modelle für die Überwachung des Abgaszulaufs 51 beinhalten. Die Abgassensoren 58 sind vorzugsweise als NOx-Sensoren konfiguriert und können in einer Ausführungsform eine Lambdasonde mit breitem Messbereich beinhalten. Solche Sensoren und Modelle können angebracht werden, um Parameter im Zusammenhang mit dem Abgaszulauf 51 an bestimmten Stellen zu überwachen oder anderweitig festzustellen. Als solche können die oben genannten Sensoren bzw. Modelle vorteilhaft angebracht werden, um die Leistung der einzelnen abgasreinigenden Geräte zu überwachen, Parameter im Zusammenhang mit der Leistung eines Untersatzes der abgasreinigenden Geräte zu überwachen oder um die Parameter im Zusammenhang mit der Leistung des gesamten Abgasnachbehandlungs-Systems 50 zu überwachen. Einer der Abgassensoren 58 ist vorzugsweise so angeordnet, dass er den Abgaszulauf 51 stromaufwärts wie dargestellt vor dem Oxidationskatalysator 53 überwacht. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Abgassensor 58 so angeordnet werden, dass der Abgaszulauf 51 stromabwärts im Verhältnis zum SCRF 54 (wie dargestellt) oder stromabwärts vom Oxidationskatalysator 53 (nicht dargestellt) überwacht wird. Jeder der Abgassensoren 58 kann als flaches Zirkonoxid-Doppelfeldgerät mit einem Sensorelement und einem integrierten, elektrisch betriebenen Heizelement gefertigt werden.
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In einer Ausführungsform ist der Feinstaubsensor 56 eine resistive elektrostatische Akkumulatorvorrichtung, die im Abgaszulauf 51 dem Abgasstrom ausgesetzt ist. Die resistive elektrostatische Akkumulatorvorrichtung beinhaltet vorzugsweise ein Sensorelement in Form eines Elektrodenpaares auf einem dielektrischen Substrat und kann als flaches Zirkonoxid-Doppelfeldgerät mit dem Sensorelement und einem integrierten, elektrisch betriebenen resistiven Heizelement hergestellt werden. Die Elektroden des Sensorelements befinden sich vorzugsweise proximal zueinander und sind in einer verzwirnten Konfiguration angeordnet und elektrisch voneinander getrennt. Die Elektroden weisen vorzugsweise interstitieller Elemente auf. Das Heizelement befindet sich vorzugsweise auf dem Substrat nahe der Elektroden. Das Heizelement zweckmäßigerweise auf dem Substrat angeordnet, um Wärme zu erzeugen, die ausreicht, um Partikelmaterialteilchen zu desorbieren, die sich auf dem Substrat in der Nähe der Elektroden akkumulieren, wenn das Heizelement aktiviert wird. Eine Temperatur im Zusammenhang mit dem Feinstaubsensor 56 kann durch Überwachung des Widerstands des Heizelements bestimmt werden, wenn es deaktiviert ist, d.h. zwischen Sensorregenerations-Ereignissen. Die Signalausgänge aus dem Feinstaubsensor 56 können durch Bestandteile im Abgaszulauf 51 beeinträchtigt werden, die kein Partikelmaterial sind. Beispielsweise kann der Feinstaubsensor 56 eine Feinfühligkeit bis zur Gegenwart von NH3 im Abgaszulauf 51 aufweisen. Weitere Einzelheiten im Zusammenhang mit dem Feinstaubsensor 56 sind Fachleuten bekannt.
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2 ist eine grafische Darstellung elektrischer Signale, die mit dem Betrieb einer Ausführungsform des Feinstaubsensors 56 in Zusammenhang stehen, der in 1 dargestellt wird, einschließlich der Größenordnung eines Sensorausgangssignals 202 und der Größenordnung der Heizelementspannung 204, im Verhältnis zur Zeit 210 auf vertikalen Achsen dargestellt. Im Betrieb ist der Feinstaubsensor 56 der Abgasströmung ausgesetzt, und ein Leckstrom, angezeigt durch Linie 203, wird zwischen den Elektroden mit einem geeigneten Stromsensor überwacht. Wie an Zeitpunkt 212 dargestellt, befindet sich der Leckstrom zunächst in einem Mindestzustand. Werden nun Feinstaubteilchen auf dem Sensorsubstrat abgelagert, z. B. durch einen Adsorptionsprozess, nimmt der Leckstrom 203 aufgrund der Leitfähigkeit des akkumulierten Partikelmaterials zu und erreicht schließlich einen Schwellstrom 214, der durch Linie 205 dargestellt wird. Wenn der Leckstrom 203 den Schwellstrom 207 erreicht, aktiviert eine Steuerung elektrisch das Heizelement, wie angezeigt durch die Heizelementspannung 205. Die Ansteuerung des Heizelements dient zur Regeneration des Feinstaubsensors 56 durch Desorption der angesammelten Feinstaubpartikel auf dem Substrat. Das Heizelement wird an Zeitpunkt 216 deaktiviert, was mit einer Verringerung des Leckstroms 203 auf seinen Mindestzustand zusammenfällt. Das Verfahren wird wiederholt, wenn der Leckstrom 203 mit Akkumulation der Feinstaubteilchen auf dem Sensorsubstrat zunimmt, der Schwellstrom 207 am Zeitpunkt 218 erzielt wird und das Heizelement zwischen den Zeitpunkten 218 und 220 aktiviert. Eine Zeitdauer zwischen Regenerationsereignissen wird überwacht, z. B. zwischen den Zeitpunkten 214 und 218, und gesammelt, um einen Regenerationsfrequenz zu bestimmen. Die Regenerationsfrequenz korreliert direkt mit der Größenordnung des Feinstaubs im Abgaszulauf 51. Wenn also die Größenordnung des Feinstaubs im Abgaszulauf 51 zunimmt, nimmt auch die Regenerationsfrequenz des Feinstaubsensors 56 zu. Die Regenerationsfrequenz kann von einem Überwachungsalgorithmus verwendet werden, um das Auftreten eines Fehlers zu erfassen, wie einen Fehler im Partikelfilterelement 61 des SCRF 54, wie mit Bezug auf 1 erörtert.
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Der Feinstaubsensor
56 kann eine Feinfühligkeit für andere Bestandteile des Abgases als Partikelmaterial aufweisen, worin sich die Feinfühligkeit durch Ändern der Zeitspanne zwischen Sensorregenerations-Ereignissen ausdrückt, wodurch sich die Frequenz der Sensorregeneration ändert. Beispielsweise kann der Signalausgang einer Ausführungsform des Feinstaubsensors
56 durch die Größenordnung von NH3 im Abgaszulauf
51 betroffen sein. Weiterhin kann diese Feinfühligkeit weiterhin durch die Temperatur des Abgaszulaufs
51 verkompliziert werden. Tabelle 1 unten zeigt den Einfluss der Temperatur (TM-Temp [°C]) und der NH3-Konzentration (ppm) im Abgaszulauf
51 auf die Feinfühligkeit des Signalausgangs des Feinstaubsensor
56 für eine Ausführungsform des Feinstaubsensors
56. Die Feinfühligkeit des Signalausgangs des Feinstaubsensors
56 kann in Bezug auf einen Signalausgang vom Feinstaubsensor
56 bestimmt werden, der 0 ppm NH3 angibt. Der Inhalt der Tabelle 1 kann reduziert werden, um als eine Anordnung von Werten festgelegt zu werden, und in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert werden, der durch eine Steuerung abgefragt und als Korrekturkennfeld verwendet werden kann, wie in
4 beschrieben. Tabelle 1
| TM – Temperatur [°C] | NH3-Konzentration (ppm) |
| 50 | 100 | 250 |
| Veränderung der Empfindlichkeit (%) im Verhältnis zu 0 ppm NH3 |
| 150 | 16 | 29 | 49 |
| 175 | 15 | 27 | 43 |
| 200 | 14 | 25 | 36 |
| 235 | 12 | 21 | 25 |
| 270 | 11 | 17 | 14 |
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Die Motorsteuerung beinhaltet vorzugsweise die Steuerung verschiedener Motorbetriebsparameter, einschließlich der Steuerung bevorzugter Motorsteuerzustände zur Minimierung verschiedener Abgasbestandteile durch chemische Reaktionsprozesse, zu diesen beispielsweise und ohne zu beschränken Oxidation, Reduktion, Filterung und selektive Reduktion gehören. Andere Motorsteuerzustände beinhalten die Steuerung der Betriebsparameter zum Warmlaufen des Motors 100 und zur Wärmeübertragung oder anderweitigen Erwärmung des ersten Oxidationskatalysatoren 53, des SCRF 54 und des dritten Katalysators 55, um einen wirksamen Betrieb davon zu erzielen.
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Die Begriffe Steuerung, Steuermodul, Modul, Steuerung, Steuereinheit, Prozessor und Ähnliches beziehen sich auf eine oder mehrere Kombinationen anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis(e) (ASIC), elektronische(r) Schaltkreis(e), Zentraleinheit(en), wie z. B. Mikroprozessor(en) und diesen zugeordneten nicht flüchtigen Speicherkomponenten in Form von Speicher- und Speichergeräten (Lesespeicher, programmierbarer Lesespeicher, Direktzugriff, Festplatte usw.). Die nichtflüchtige Speicherkomponente ist in der Lage, maschinenlesbare Anweisungen in der Form von einem oder mehreren Software- oder Firmware-Programmen oder Steuerroutinen, kombinatorischen Logikschaltung(en), Eingangs-/Ausgangsschaltung(en) und -Vorrichtungen, Signalaufbereitungs- und Pufferschaltungen und anderen Komponenten zu speichern, auf die durch einen oder mehrere Prozessoren zugegriffen werden kann, um eine beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Eingangs-/Ausgangsschaltungen und -Vorrichtungen beinhalten Analog-/Digitalwandler und verwandte Vorrichtungen, die Sensoreingaben mit einer vorgegebenen Abruffrequenz oder als Reaktion auf ein Auslöseereignis überwachen. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Steuerroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe beziehen sich auf jedwede von einer Steuerung ausführbare Befehlssätze, einschließlich Kalibrierungen und Nachschlagetabellen. Jede Steuerung führt für die gewünschten Funktionen (eine) Steuerroutine(n) aus, so auch die Überwachung der Eingaben von Sensorgeräten und anderen vernetzten Steuerungen und führt Steuer- und Diagnoseroutinen zum Steuern der Betätigung von Stellgliedern durch. Die Routinen können in regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden, wie z. B. während des laufenden Betriebs alle 100 Mikrosekunden. Alternativ können Routinen als Reaktion auf ein Auslöseereignis ausgeführt werden. Die Kommunikation zwischen den Steuerungen und zwischen Steuerungen, Stellgliedern und/oder Sensoren kann über eine Punkt-zu-Punkt-Direktverkabelung, eine Netzwerkkommunikations-Busverbindung, eine drahtlose Verbindung oder jede andere geeignete Kommunikationsverbindung bewerkstelligt werden. Die Kommunikation beinhaltet den Austausch von Datensignalen auf jede beliebige geeignete Art, darunter auch als Beispiele elektrische Signale über ein leitfähiges Medium, elektromagnetische Signale durch die Luft, optische Signale über Lichtwellenleiter und dergleichen. Datensignale können diskrete, analoge oder digitalisierte analoge Signale beinhalten, die Eingaben von Sensoren und Stellgliedbefehle darstellen sowie Kommunikationssignale zwischen Steuerungen. Der Begriff „Signal“ bezieht sich auf jede physisch wahrnehmbare Anzeige, die Informationen übermittelt und kann jede geeignete Wellenform (z. B. elektrische, optische, magnetische, mechanische oder elektromagnetische) umfassen, wie beispielsweise Gleichstrom, Wechselspannung, Sinuswellen, Dreieckswelle, Rechteckwelle, Vibration und dergleichen, die durch ein Medium laufen können. Der Begriff „Modell“ bezeichnet einen prozessorbasierten oder einen mittels des Prozessors ausführbaren Code und der zugehörigen Kalibrierung, die die physische Existenz einer Vorrichtung oder eines physischen Prozesses simuliert. Wie hierin verwendet, beschreibt der Begriff „dynamisch“ Schritte oder Verfahren, die in Echtzeit ausgeführt werden und das Überwachen oder sonstige Ermitteln von Parameterzuständen und das regelmäßige oder periodische Aktualisieren von Parameterzuständen beim Ausführen einer Routine oder zwischen Iterationen beim Ausführen der Routine enthalten können.
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3 zeigt schematisch eine erste Routine 300, die die Überwachung des Partikelmaterials in einem Abgaszulauf eines Verbrennungsmotors ermöglicht, worin eine Ausführungsform eines geeigneten Verbrennungsmotors 100 und Abgaszulaufs 51 mit Bezug auf 1 beschrieben wird. Die erste Routine 300 wird periodisch beim Betrieb des Verbrennungsmotors 100 ausgeführt, vorzugsweise bis eine Diagnoseroutine 400 freigegeben ist. Eine Ausführungsform 400 wird mit Bezug auf 4 beschrieben. In einer Ausführungsform wird die erste Routine 300 in der Motorsteuerung 26 durchgeführt.
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Während der Ausführung der ersten Routine 300, überwacht die Motorsteuerung 26 die Motorbetriebsparameter und die Parameter im Zusammenhang mit dem Feinstaubsensor 56 und bestimmt eine Temperatur des Feinstaubsensors 56 (302) und eine Größenordnung von NH3 im Abgaszulauf 51 nahe dem Feinstaubsensor 56 (304). Die Temperatur des Feinstaubsensors 56 kann basierend auf einer Größenordnung des Widerstandes seines Heizelements oder mittels einer anderen geeigneten Überwachungsroutine bestimmt werden. Die Größenordnung von NH3 im Abgaszulauf 51 nahe dem Feinstaubsensor kann durch Ausführen eines Simulationsmodells bestimmt werden, das anhand der Betriebsparameter des Verbrennungsmotors 100 und des Abgaszulaufs 51 die Größenordnung von NH3 bestimmt. Simulationsmodelle sind Fachleuten bekannt und werden damit nicht detailliert beschrieben.
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Die Größenordnung von NH3 im Abgaszulauf 51 nahe dem Feinstaubsensor und die Temperatur des Feinstaubsensors 56 werden in Bezug auf eine Diagnosehemmkurve (306) ausgewertet. Die Diagnosehemmkurve ist eine anwendungsspezifische Analyse, die die Größenordnung von NH3 im Abgaszulauf 51 nahe dem Feinstaubsensor und die Temperatur des Feinstaubsensors 56 misst. Die Diagnosehemmkurve wird angewandt, um festzulegen, mit welcher Wahrscheinlichkeit ein Signalausgang vom Feinstaubsensor 56 eine tatsächliche Größenordnung des Feinstaubs im Abgaszulauf 51 nahe der Feinstaubsensor abbildet, mit oder ohne Verwendung einer Korrekturroutine. Die Korrekturroutine verwendet die Größenordnung von NH3 im Abgaszulauf 51 nahe dem Feinstaubsensor 56 und die Temperatur des Feinstaubsensors 56, um den Signalausgang des Feinstaubsensors 56 so einzustellen, dass die Größenordnung des Feinstaubs im Abgaszulauf 51 korrekt angegeben wird. Eine Ausführungsform mit in der Routine verwendeten Details wird mit Bezug auf Tabelle 1 beschrieben.
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Wenn die Größenordnung von NH3 im Abgaszulauf 51 nahe dem Feinstaubsensor 56 größer ist als ein Schwellwert, der von der Diagnosehemmkurve (308) angegeben wird, wird die Durchführung der Diagnoseroutine 400 gesperrt (310). Die Routine 300 wartet vorzugsweise auf die Durchführung einer Regenerationsroutine für den Feinstaubsensor 56 (312) und geht dann erneut in die Ausführung.
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Wenn die Größenordnung von NH3 im Abgaszulauf 51 nahe dem Feinstaubsensor 56 geringer ist als ein Schwellwert, der von der Diagnosehemmkurve (318) angegeben wird, wird die Durchführung der Diagnoseroutine 400 aktiviert (320).
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4 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Diagnoseroutine 400, die der Überwachung eines Partikelfilterelements in einem Abgaszulauf zugeordnet ist, dabei wird eine Ausführungsform eines Feinstaubsensors verwendet, in der eine Ausführungsform eines geeigneten Verbrennungsmotors 100, der mit einem Partikelfilterelement 61 und einem Partikelsensor 56 zum Reinigen und Überwachen eines Abgaszulaufs 51 ausgestattet ist, mit Bezug auf 1 beschrieben wird.
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Während der Ausführung der Diagnoseroutine 400, überwacht die Motorsteuerung 26 die Motorbetriebsparameter und die Parameter im Zusammenhang mit dem Feinstaubsensor 56 und bestimmt eine Temperatur des Feinstaubsensors 56 (402) und eine Größenordnung von NH3 im Abgaszulauf 51 nahe dem Feinstaubsensor 56 (404). Die Temperatur des Feinstaubsensors 56 kann basierend auf einer Größenordnung des Widerstandes seines Heizelements oder mittels einer anderen geeigneten Überwachungsroutine bestimmt werden. Die Größenordnung von NH3 im Abgaszulauf 51 nahe dem Feinstaubsensor kann durch Ausführen eines Simulationsmodells bestimmt werden, das anhand der Betriebsparameter des Verbrennungsmotors 100 und des Abgaszulaufs 51 die Größenordnung von NH3 bestimmt. Simulationsmodelle sind Fachleuten bekannt und werden damit nicht detailliert beschrieben.
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Eine erste Messung aus dem Feinstaubsensor, beispielsweise eine Zeitspanne zwischen Regenerationsereignissen, wird auch überwacht (406). Eine Korrekturtabelle (410) analog mit Tabelle 1 kann eingesetzt werden, um die ursprüngliche Messung zu korrigieren und eine eingestellte Sensorzeit (408) festzulegen. Das kann die Erhöhung der anfänglichen Messung aus dem Feinstaubsensor beinhalten, basierend auf der Größenordnung von NH3 im Abgaszulauf 51 nahe dem Feinstaubsensor 56 und der Temperatur des Feinstaubsensors 56, worin eine Größenordnung der Erhöhung der anfänglichen Messung anhand der Größenordnung von NH3 im Abgaszulauf 51 festgelegt wird. Dies beinhaltet das Erhöhen der Größenordnung der Zunahme der anfänglichen Messung mit einer Zunahme der Größenordnung von NH3 im Abgaszulauf 51 und eine Verringerung der Größenordnung der Zunahme der anfänglichen Messung mit einer Abnahme der Größenordnung von NH3 im Abgaszulauf 51. Das kann auch die Erhöhung der anfänglichen Messung aus dem Feinstaubsensor 56 beinhalten, basierend auf der Größenordnung von NH3 im Abgaszulauf 51 nahe dem Feinstaubsensor und der Temperatur des Feinstaubsensors, worin eine Größenordnung der Erhöhung der anfänglichen Messung anhand der Temperatur des Feinstaubsensors 56 festgelegt wird. Diese beinhaltet die Verringerung der Größenordnung der Zunahme der anfänglichen Messung mit einer Zunahme der Temperatur des Feinstaubsensors 56 und Zunahme der Größenordnung der ursprünglichen Messung mit einer Abnahme der Temperatur des Feinstaubsensors 56. Als solches kann die erste Messung des Feinstaubsensors 56 je nach Größenordnung von NH3 im Abgaszulauf 51 in der Nähe des Feinstaubsensors und der Temperatur des Feinstaubsensors angepasst werden. Eine Größenordnung des Feinstaubs im Abgaszulauf 51 kann anhand der eingestellten Erstmessung aus dem Feinstaubsensor 56 (412) festgelegt werden. Eine Diagnoseroutine kann ausgeführt werden, um die Größenordnung des Feinstaubs im Abgaszulauf 51 anhand des Feinstaubsensors 56 (414) zu bewerten. Wenn die Größenordnung des Feinstaubs im Abgaszulauf 51 größer ist als eine Schwellengröße (414)(1), kann ein Fehler im Zusammenhang mit dem Partikelfilterelement 61 angezeigt werden (416). Wenn die Größenordnung des Feinstaubs im Abgaszulauf 51 geringer ist als eine Schwellengröße (414)(0), wird kein Fehler angezeigt (418). In beiden Fällen (416, 418) endet die Durchführung der Diagnoseroutine 400 vorzugsweise für die vorliegende Fahrzeugfahrt. Die hier beschriebenen Konzepte dienen zur Änderung und/oder Unterbrechung einer Diagnoseroutine des Partikelfilters, wenn NH3 vorliegt, um falsche Positivresultate zu vermeiden, die möglicherweise aufgrund einer Querempfindlichkeit einer Ausführungsform eines Feinstaubsensors zu NH3 entsteht.
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Fachleute auf dem Gebiet werden erkennen, dass die Lehren hierin in Bezug auf funktionale und/oder logische Blockkomponenten und/oder verschiedene Verarbeitungsschritte beschrieben werden. Es ist zu beachten, dass derartige Blockkomponenten aus Hardware-, Software- und/oder Firmware-Komponenten bestehen können, die dafür konfiguriert sind, die spezifizierten Funktionen auszuführen. Das beinhaltet möglicherweise ein Fahrzeug-Computersystem, das mit einem oder mehreren Modulen kommuniziert, kann durch einen Computeralgorithmus, einen maschinenlesbaren Code, ein nicht-flüchtiges computerlesbares Medium oder Softwareanweisungen, die in eine geeignete programmierbare logische Vorrichtung(en) des Fahrzeugs programmiert sind, angewendet werden, wie etwa ein oder mehrere Module, ein Infotainmentmodul, einen Server, der in Verbindung mit dem Fahrzeug-Computersystem steht, einem Mobilgerät, wie etwa dem handgehaltenen Mobiltelefon oder Tablet, die in Verbindung mit dem Fahrzeug-Computersystem und/ oder Server stehen, einer anderen Steuerung im Fahrzeug oder einer Kombination derselben.
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Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren unterstützen und beschreiben die vorliegenden Lehren, doch wird der Umfang der vorliegenden Lehren einzig und allein durch die Ansprüche definiert. Während ein paar der besten Arten und Weisen und weitere Ausführungsformen der vorliegenden Lehren ausführlich beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen zur Umsetzung der vorliegenden Lehren in den angehängten Ansprüchen.
