DE112009001974B4

DE112009001974B4 - Verfahren zum Erkennen eines Ersatzes eines Partikelfilters

Info

Publication number: DE112009001974B4
Application number: DE112009001974.9T
Authority: DE
Inventors: Daniel R. Harshbarger; Daniel D. Wilhelm; Purna Chander Nalla
Original assignee: Cummins Filtration IP Inc
Current assignee: Cummins Filtration IP Inc
Priority date: 2008-08-14
Filing date: 2009-08-07
Publication date: 2017-06-01
Anticipated expiration: 2029-08-08
Also published as: US8091414B2; DE112009001974T5; WO2010019465A3; WO2010019465A2; US20100037684A1

Abstract

Verfahren zum Erkennen eines Ersatzes eines Partikelfilters durch einen Nichtpartikelfilter, umfassend:
Bestimmen einer Druckänderung über einen Bereich, von dem erwartet wird, dass er den Partikelfilter enthält,
Überwachen einer Änderung bei einem auf der ermittelten Druckänderung basierenden Parameter über einen Zeitraum über einen Bereich, von dem erwartet wird, dass er den Partikelfilter enthält, wobei der Zeitraum ein Zeitraum während eines Reinigungsverfahrens des Partikelfilters ist;
Vergleichen der überwachten Änderung bei dem Parameter mit einer vorbestimmten Grenzwertparameteränderung, die erwartet werden würde, wenn der Partikelfilter in dem Bereich gegenwärtig ist; und
wenn die überwachte Änderung bei dem Parameter geringer ist als die vorbestimmte Grenzwertparameteränderung, Erfassen eines Fehlers, um den Ersatz des Partikelfilters durch den Nichtpartikelfilter anzuzeigen.

Description

INFORMATIONEN ZUR PRIORITÄT
Diese Anmeldung ist als eine internationale PCT-Patentanmeldung im Namen von CUMMINS FILTRATION IP INC. eingereicht und beansprucht den Vorteil der Priorität aus US-Anmeldung Nummer 12/191586, eingereicht am 14. August 2009, und mit dem Titel VERFAHREN ZUM ERKENNEN EINES ERSATZES EINES PARTIKELFILTERS.
BEREICH
Diese Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Verfahren zum Überwachen eines Gerätes, und spezieller auf Verfahren zum Überwachen eines Ersatzes eines Partikelfilters, der für Abgasnachbehandlung von Dieselmotoren verwendet wird.
HINTERGRUND
Nachbehandlungsgeräte sind wohl bekannt und werden in verschiedenen Verbrennungsmaschinenanwendungen für die Nachbehandlung von Motorabgasen weitverbreitet verwendet. Solche Geräte, wie z. B. Dieseloxidationskatalysatoren (diesel oxidation catalysts, DOC) und Dieselpartikelfilter (diesel particulate filters, DPF), sind nützlich bei der Handhabung und/oder Entfernung schädlicher Bestandteile, einschließlich Kohlenstoffmonoxids, Stickoxids, unverbrannter Kohlenwasserstoffe und Ruß, in dem Abgasstrom eines Motors.
Da der DPF Partikel, wie z. B. Ruß, aus dem Abgas sammelt, steigt ein Gegendruck an. Um den Ruß in dem DPF zu entfernen, wird der DPF oftmals durch Umwandeln des eingeschlossenen Rußes in Kohlendioxid in der Gegenwart von Hitze regeneriert.
In bestimmten Ländern erfordern Umweltgesetze, dass Nachbehandlungsgeräte, wie z. B. DPFs, überwacht werden.
Ein gattungsgemäßes Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus der WO 2007/003816 A2 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren wird die Änderung der Temperatur überwacht und mit einem Grenzwert verglichen.
Aus der EP 1 849 972 B1 ist eine Vorrichtung zur Feststellung des Zustandes eines Partikelfilters, der in einem Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist, bekannt. Die Vorrichtung umfasst zum einen Mittel zum Bestimmen von Werten eines Parameters, der mit der Durchflussmenge des Abgases der Maschine korreliert, zum anderen Mittel zum Erfassen eines Differenzdrucks an vorgelagerten und nachgelagerten Seiten des Partikelfilters. Des Weiteren umfasst die Vorrichtung Mittel zum Vergleichen des Verhältnisses einer Veränderungsrate des mit der Abgasdurchflussmenge korrelierten Parameters zu einer Veränderungsrate des Differenzdrucks mit einem vorgegebenen Schwellenwert, um den Zustand des Partikelfilters zu bestimmen.
Aus der JP H07-11 936 A ist ein Verfahren zur Diagnose eines Partikelfilters bekannt, anhand des Druckabfalls über dem Partikelfilter wird eine Regeneration des Partikelfilters ausgelöst. Nach Ende der Regeneration wird erneut der Druckabfall über dem Partikelfilter erfasst und mit einem oberen und unteren Schwellwert verglichen. Eine Änderung des Druckabfalls wegen der Regenerationsphase wird nicht berechnet.
In der DE 600 25 636 T2 werden zur Diagnose eines Partikelfilters der Druckabfall und die Temperatur über dem Partikelfilter gemessen. Basierend auf diesen Größen wird die Beladung des Partikelfilters berechnet. Parallel wird die Beladung anhand der Betriebsparameter des Verbrennungsmotors geschätzt. Während einer Regenerationsphase werden die auf unterschiedliche Weise ermittelten Beladungsgrößen miteinander verglichen. Bei einer größeren Abweichung wird eine fehlerhafte Regeneration angezeigt. Eine Änderung des Druckabfalls während der Regenerationsphase wird nicht berechnet.
Aus der US 2005/0247051 A1 ist eine verzweigte Abgasanlage bekannt. In einem ersten Zweig ist ein Partikelfilter vorgesehen. In einem zweiten Zweig befindet sich ein Oxidationskatalysator. Durch Ventile kann das Abgas zwischen den beiden Zweigen aufgeteilt werden. Abhängig von verschiedenen Randbedingungen wird das Abgas ganz über den ersten Zweig oder ganz über den zweiten Zweig geleitet, oder das Abgas wird zwischen den beiden Zweigen aufgeteilt. Ziel ist es, einerseits die Filterwirkung der Abgasanlage ausreichend hoch zu halten, andererseits einen unnötig hohen Abgasgegendruck zu vermeiden. Eine Diagnose zum Erkennen eines Ersatzes eines Partikelfilters durch ein unwirksames Bauteil wird nicht erwähnt.
AUFGABE
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein neuartiges Verfahren zum Erkennen eines Ersatzes eines Partikelfilters durch einen Nicht-Partikelfilter zur Verfügung zu stellen.
Die vorliegende Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
ZUSAMMENFASSUNG
Es werden Verfahren zum Erkennen eines Ersatzes eines Partikelfilters, und insbesondere, eines Ersatzes eines DPF durch einen Nichtpartikelfilter beschrieben. Während die hierin beschriebenen Verfahren bestimmte Verwendung bei der Erkennung eines DPF Ersatzes durch einen Schalldämpfer in einem Abgasnachbehandlungssystem haben, können die Verfahren in anderen Filtertechnologien eingesetzt werden, wo gewünscht wird, dass der Ersatz eines Partikelfilters durch ein Nichtpartikelfiltergerät erkannt wird.
Die offenbarten Verfahren berücksichtigen eine Änderung bei deltadruckbasierten Rußlastabschätzungen (delta pressure based soot load estimates, DPSLE) über die Zeit, um zu erkennen, ob das System einen DPF oder ein anderes Gerät enthält. Die Abschätzung, die auf dem gemessenen Druckabfall über den Filter basiert, kann verwendet werden, um zu bestimmen, ob ein Gerät, das keinen Ruß einschließen kann, d. h. ein Nichtpartikelfiltergerät, anstatt des DPF eingeführt worden ist.
Bei einer Ausführungsform involviert das Verfahren das Erkennen, ob ein DPF durch einen Schalldämpfer ersetzt worden ist. Das Verfahren beinhaltet das Berechnen der Änderung bei gemessenem Druckabfall über den DPF. Bei einer Implementierung wird die Änderung bei gemessenem Druckabfall während aktiver Regeneration berechnet. Die berechnete Änderung bei gemessenem Druckabfall über den DPF wird sodann mit einem vorbestimmten Grenzwert verglichen. Wenn die berechnete Änderung vor dem Ende der aktiven Regeneration unterhalb des vorbestimmten Grenzwertes ist, wird ein Fehlersignal generiert, das die Gegenwart eines Schalldämpfers anzeigt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Ablaufdiagramm einer Ausführungsform des offenbarten Verfahrens.
2 zeigt eine beispielhafte Darstellung von Werten, die erhalten werden können, wenn ein DPF gegenwärtig ist.
3 zeigt eine beispielhafte Darstellung von Werten, die erhalten werden können, wenn ein DPF durch einen Schalldämpfer ersetzt wird.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Verfahren zum Überwachen eines Ersatzes eines Nachbehandlungsgerätes werden beschrieben. Die offenbarten Verfahren erkennen, ob ein Nachbehandlungsgerät durch ein Abgasnachbehandlungssystem ersetzt worden ist. Die folgende Beschreibung beschreibt das Nachbehandlungsgerät als einen Partikelfilter und ein zu filterndes Material als Abgas. Unter entsprechenden Umständen können die hierin beschriebenen Konzepte jedoch auf andere Arten von Filtern und Filtrationsanlagen angewendet werden, bei denen Erkennung eines Ersatzes von Partikelfiltern wünschenswert ist.
Das offenbarte Verfahren involviert im Allgemeinen das Messen eines Parameters, der auf Deltadruckmessungen über einen Partikelfilter basiert, wobei Deltadruck der Unterschied zwischen dem Druck am Einlass des Filters und dem Druck am Auslass des Filters ist. Der gemessene Parameter ist nicht speziell beschränkt, und kann Druckabfall, Temperatur, Rußlast in dem Nachbehandlungsgerät, Abgasbestandteile, z. B. CO₂, etc., sein.
Ein angemessenes Mittel zum Messen des Parameters, der auf Deltadruckmessungen über einen Partikelfilter basiert, ist in der U.S.-Patentanmeldung Nr. 12/138,493, ( US 2009/0308052 A1 ) mit dem Titel „VERFAHREN ZUM ERHÖHEN DER GENAUIGKEIT VON RUSSLASTABSCHÄTZUNGEN“ beschrieben und ist hiermit durch Bezugnahme aufgenommen.
Das offenbarte Verfahren involviert weiter das Berechnen der Änderung bei Parameterwerten, um zu bestimmen, ob der Partikelfilter durch einen Nichtpartikelfilter ersetzt worden ist. Der Nichtpartikelfilter kann jedes Gerät sein, das Partikel nicht einschließen kann, wie z. B. ein Schalldämpfer, etc.
Außerdem ist der Zeitraum, in dem die Änderung bei Parameterwerten berechnet wird, nicht speziell beschränkt, und kann während einer Partikelentfernungsstufe, der Partikelfüllstufe zwischen dem Ende der letzten Entfernungsstufe und dem Anfang der nächsten Entfernungsstufe, etc. sein.
1 zeigt eine Ausführungsform des offenbarten Verfahrens. Das Verfahren 10 beinhaltet das Bestimmen, ob aktive Regeneration eines Partikelfilters begonnen hat 12. Sobald die aktive Regeneration begonnen hat, wird der Bereich der Änderung bei dem gemessenen Druckabfall über den Partikelfilter berechnet 14.
Sodann wird bestimmt, ob die aktive Regeneration des Partikelfilters beendet ist 16. Wenn die aktive Regeneration nicht beendet ist, wird der Bereich der Änderung bei dem gemessenen Druckabfall über den Partikelfilter berechnet 14, bis die aktive Regeneration beendet ist.
Sobald die aktive Regeneration beendet ist, wird bestimmt, ob die aktive Regeneration des Partikelfilters erfolgreich war 18. Wenn die aktive Regeneration als erfolgreich bestimmt wurde, wird der Bereich der Änderung bei dem gemessenen Druckabfall über den Partikelfilter mit einem vorbestimmten Grenzwert verglichen 20. Wenn der Bereich kleiner oder gleich dem vorbestimmten Grenzwert ist, wird ein Fehler ausgelöst, wodurch die Gegenwart eines Schalldämpfers angezeigt wird 24. Wenn der Bereich größer dem vorbestimmten Grenzwert ist, wird der Fehler bereinigt, wodurch die Gegenwart des Partikelfilters angezeigt wird 22.
Wenn die aktive Regeneration als nicht erfolgreich in Schritt 18 bestimmt wird, wird bestimmt, ob eine nachfolgende aktive Regeneration eines Partikelfilter begonnen hat 12, und die Schritte 14, 16 und 18 werden wiederholt.
1 beschreibt in Schritt 24, dass der Fehler in der Gegenwart des Schalldämpfers ausgelöst wurde. Unter entsprechenden Umständen können die Konzepte auf das Erkennen eines Ersatzes eines Partikelfilters durch andere Nichtpartikelfiltergeräte angewendet werden, solange das Nichtpartikelfiltergerät keine Partikel einschließen kann.
Eine Implementierung des Verfahrens 10, das einen DPF als den Partikelfilter verwendet, wird unter Bezugnahme auf 2 und 3 beschrieben. 2 und 3 sind beispielhafte Darstellungen von Werten, die von dem Verfahren 10 über die Zeit erhalten werden, wobei die Zeit durch die y-Achse dargestellt wird.
Insbesondere zeigt 2 eine beispielhafte Darstellung von Werten, wobei ein DPF gegenwärtig ist. 2 zeigt: (1) gezeichnete Werte 30 von DPSLE-Messungen, wobei in diesem Teil des Graphen die vertikale Achse die DPSLE darstellt, (2) einen Regenerationsauslöser 36, wobei in diesem Teil des Graphen ein positiver Wert auf der vertikalen Achse aktive Regeneration anzeigt, und ein Nullwert auf der vertikalen Achse darstellt, dass aktive Regeneration nicht stattfindet, und (3) gezeichnete Werte 39 von berechneten Unterschieden in DPSLE vom Anfang der Regeneration und die entsprechenden Punkte während des Regenerationszeitraums, wobei in diesem Teil des Graphen die vertikale Achse die berechneten Änderungen bei DPSLE darstellt. Vertikale gepunktete Linien 46 und 48 zeigen Bezugspositionen auf der y-Achse gemäß einer Anfangszeit aktiver Regeneration bzw. einer Endzeit aktiver Regeneration an.
3 zeigt eine beispielhafte Darstellung von Werten, wobei ein DPF durch einen Schalldämpfer ersetzt wird. 3 zeigt: (1) gezeichnete Werte 50 von DPSLE-Messungen, wobei in diesem Teil des Graphen die vertikale Achse die DPSLE darstellt, (2) einen Regenerationsauslöser 56, wobei in diesem Teil des Graphen ein positiver Wert auf der vertikalen Achse aktive Regeneration anzeigt, und ein Nullwert auf der vertikalen Achse darstellt, dass aktive Regeneration nicht stattfindet, (3) gezeichnete Werte 60 von berechneten Unterschieden in DPSLE vom Anfang des Regenerationszeitraums und die entsprechenden Punkte während des Regenerationszeitraums, wobei in diesem Teil des Graphen die vertikale Achse die berechneten Änderungen bei DPSLE darstellt, und (4) ein Auslösesignal 65, wobei in diesem Teil des Graphen ein positiver Wert auf der vertikalen Achse die Erkennung eines Fehlers anzeigt. Vertikale gepunktete Linien 72 und 74 zeigen Bezugspositionen auf der y-Achse gemäß einer Anfangszeit aktiver Regeneration bzw. einer Endzeit aktiver Regeneration an.
Wenn der DPF gegenwärtig ist, sammelt der DPF vor der Anfangszeit aktiver Regeneration Ruß aus dem Abgas 46, und der Deltadruck steigt allmählich an, da der DPF sich mit Ruß füllt, wie gezeigt von dem aufwärts angeordneten Teil der gezeichneten Werte 30 in 2. Sobald die Regeneration bei der Anfangszeit aktiver Regeneration ausgelöst wurde 46, verringert sich die DPSLE schnell, wie gezeigt von dem abwärts angeordneten Teil der gezeichneten Werte 30. Diese schnelle Verringerung bei DPSLE zeigt an, dass eine wesentliche Menge an Ruß oxidiert wird.
Die Unterschiede in der DPSLE bei der Anfangszeit 46 und bei entsprechenden Punkten während des Regenerationszeitraums werden in den gezeichneten Werten 39 dargestellt. Die gezeichneten Werte 39 kreuzen sich vor dem Ende der Regeneration 48 über einem Grenzwert 42, und daher ist dies ein Beispiel, bei dem die Gegenwart von DPF erkannt wird.
Wenn der DPF durch einen Schalldämpfer ersetzt ist, der Ruß nicht einschließen kann, basiert der Deltadruckabfall über den Schalldämpfer eher auf den physikalischen Eigenschaften des Schalldämpfers als auf Rußansammlung. Daher, wie gezeigt durch die gezeichneten Werte 50, variiert die DPSLE selbst nach der Regeneration nicht. Dementsprechend ändern sich die Unterschiede in der DPSLE bei der Anfangszeit 72 und bei entsprechenden Punkten während des Regenerationszeitraums, wie gezeigt in den gezeichneten Werten 60, nicht drastisch im Vergleich dazu, wenn der DPF anwesend ist. Folglich bleiben die gezeichneten Werte 50 unterhalb eines vorbestimmten Grenzwertes (nicht gezeigt), und das Fehlersignal 65 wird am Ende des Regenerationszeitraums ausgelöst 74.
Bei einem Beispiel ist der berechnete Unterschied bei der DPSLE bei der Anfangszeit und bei entsprechenden Punkten während des Regenerationszeitraums größer als Geräusche, die den Erfassungssystemen und den Rußlastabschätzungen innewohnend sind, sodass eine gültige Entscheidung dahingehend getroffen werden kann, ob das System einen DPF oder einen Schalldämpfer enthält.
Während die offenbarten Verfahren in Verbindung mit einer bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden sind, ist es offensichtlich für den Fachmann, dass andere Gegenstände und Verfeinerungen der offenbarten Verfahren innerhalb des Bereichs und Umfangs der Offenbarung durchgeführt werden können.
Die Offenbarung ist, in ihren verschiedenen Aspekten und offenbarten Formen, für das Erreichen der genannten Gegenstände und Vorteile von anderen gut angepasst. Die offenbarten Details sind nicht als Beschränkungen der Ansprüche zu verstehen.

Claims

Verfahren zum Erkennen eines Ersatzes eines Partikelfilters durch einen Nichtpartikelfilter, umfassend: Bestimmen einer Druckänderung über einen Bereich, von dem erwartet wird, dass er den Partikelfilter enthält, Überwachen einer Änderung bei einem auf der ermittelten Druckänderung basierenden Parameter über einen Zeitraum über einen Bereich, von dem erwartet wird, dass er den Partikelfilter enthält, wobei der Zeitraum ein Zeitraum während eines Reinigungsverfahrens des Partikelfilters ist; Vergleichen der überwachten Änderung bei dem Parameter mit einer vorbestimmten Grenzwertparameteränderung, die erwartet werden würde, wenn der Partikelfilter in dem Bereich gegenwärtig ist; und wenn die überwachte Änderung bei dem Parameter geringer ist als die vorbestimmte Grenzwertparameteränderung, Erfassen eines Fehlers, um den Ersatz des Partikelfilters durch den Nichtpartikelfilter anzuzeigen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Zeitraum ein Zeitraum während eines Reinigungsverfahrens des Partikelfilters ist, das Partikel aus dem Partikelfilter entfernen soll.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Überwachen der Änderung bei dem Parameter das Definieren einer Anfangszeit und einer Stoppzeit, und das Berechnen eines Unterschieds im Druckabfall bei der Anfangszeit und der Stoppzeit beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Partikelfilter ein Dieselpartikelfilter ist, und die entfernbaren Partikel Ruß sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Partikelfilter ein Nachbehandlungsgerät ist, das verwendet wird, um Abgasemissionen von einem Verbrennungsmotor zu behandeln, und der Nichtpartikelfilter ist ein Nichtnachbehandlungsgerät.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Nichtpartikelfilter ein Schalldämpfer ist.