DE112015004999T5

DE112015004999T5 - System und Verfahren zur Sensor-Wiederherstellung in einem Abgasnachbehandlungssystem

Info

Publication number: DE112015004999T5
Application number: DE112015004999.1T
Authority: DE
Inventors: Matthew W. Hormann; Nathan Charles Schattke
Original assignee: Cummins Emission Solutions Inc
Current assignee: Cummins Emission Solutions Inc
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2015-11-03
Publication date: 2017-07-27
Also published as: GB2547578B; US20170268979A1; GB2582717A; US10753845B2; US20190003950A1; GB202007347D0; GB2547578A; GB2547578C; WO2016073487A1; US10107733B2; GB2582717B; GB201707053D0

Abstract

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein System, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Wiederherstellung eines Feinstaubsensors in einem Abgasnachbehandlungssystem, das Vergiftung widersteht. Das System und das Verfahren beinhalten das Empfangen von Feinstaubdaten, die einen Zustand des Feinstaubsensors anzeigen; das Bestimmen auf Basis der Feinstaubdaten, dass sich der Feinstaubsensor in einem vollen Zustand befindet; das Aktivieren eines Heizelements des Feinstaubsensors in einer Vielzahl von intermittierenden Temperaturen, die den Sensor zur Vorbereitung auf die nächste Messung reinigen. Auf diese Weise werden viele reaktive Chemikalien entfernt, bevor sie mit den Sensormaterialien reagieren und diese vergiften können.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG
Die Anwendung beansprucht den Vorteil der vorläufigen U.S.-Patentanmeldung Nr. 62/750.060, eingereicht am 4. November 2014, die hierin durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit aufgenommen ist.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Motor-Abgasnachbehandlungssysteme.
HINTERGRUND
Die Emissionsvorschriften für Brennkraftmaschinen sind in den letzten Jahren strenger geworden. Umweltbelange stehen hinter der Umsetzung strengerer Emissionsanforderungen für Verbrennungsmotoren in einem Großteil der Welt. Regierungsbehörden, wie beispielsweise die Environmental Protection Agency (EPA) in den Vereinigten Staaten, überwachen gewissenhaft die Emissionsqualität von Motoren und bestimmen Emissionsstandards, die Motoren einhalten müssen. Folglich nimmt der Einsatz von Abgasnachbehandlungssystemen in Motoren zur Reduzierung der Emissionen zu.
Abgasnachbehandlungssysteme sind in der Regel konzipiert, die Emission von Feinstaub, Stickoxiden (NOx), Kohlenwasserstoffen und anderen umweltschädlichen Schadstoffen zu reduzieren. Jedoch können die Komponenten, die das Abgasnachbehandlungssystem bilden, anfällig für Versagen und Verschlechterung sein. Da der Ausfall oder die Verschlechterung von Komponenten nachteilige Folgen für die Leistung und die Emissionsreduktionsfähigkeit des Abgasnachbehandlungssystems haben kann, ist das Erkennen und, wenn möglich, eine Korrektur von ausgefallenen oder verschlechterten Komponenten wünschenswert. In der Tat fordern einige Vorschriften On-Board-Diagnose-(OBD-)Überwachung oder Prüfung von vielen der Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems.
KURZDARSTELLUNG
Eine Ausführungsform betrifft ein System. Das System beinhaltet einen Motor; ein Abgasnachbehandlungssystem, das mit dem Motor gekoppelt ist, um Abgas aufzunehmen, wobei das Abgasnachbehandlungssystem einen Feinstaubsensor beinhaltet, der ein Heizelement beinhaltet, das aufgebaut ist, selektiv Wärme an den Feinstaubsensor zu liefern; und eine Steuerung, die mit dem Motor und dem Abgasnachbehandlungssystem kommunikativ gekoppelt ist. Die Steuerung ist aufgebaut um: Feinstaubdaten zu empfangen, die einen Zustand des Feinstaubsensors anzeigen; auf Basis der Feinstaubdaten zu bestimmen, dass sich der Feinstaubsensor in einem vollen Zustand befindet; und das Heizelement vor einer Endtemperatur mehrmals bei intermittierenden Temperaturen zu aktivieren. Gemäß einer Ausführungsform bezieht sich die Endtemperatur auf eine Temperatur des Sensors, die hoch genug ist, um den Sensor vollständig zu befreien, wobei eine Bestimmung der vollständigen Befreiung auf einem gemessenen Widerstand quer durch den Sensor basiert, der bei oder oberhalb einer nominalen Widerstandsschwelle liegt. Gemäß einer anderen Ausführungsform beinhaltet die Anzahl der intermittierenden Temperaturen das Aktivieren des Heizelements des Feinstaubsensors in einem ersten Temperaturbereich für eine erste Dauer; das Aktivieren des Heizelements in einem zweiten Temperaturbereich für eine zweite Dauer nach der ersten Dauer; und das Aktivieren des Heizelements in einem dritten Temperaturbereich für eine dritte Dauer nach der zweiten Dauer. Gemäß einer Ausführungsform ist der Feinstaubsensor als Interdigital-Elektrodensensor aufgebaut. In bestimmten Ausführungsformen ist der erste Temperaturbereich kleiner als der zweite Temperaturbereich, der kleiner als der dritte Temperaturbereich ist. In noch weiteren Ausführungsformen basieren die Abgrenzungen jedes Temperaturbereichs auf einem oder mehreren Abgasbestandteilen und potentiellen Giften. Dementsprechend ist das Heizelement aufgebaut, spezifische Abgasbestandteile schrittweise abzubrennen, um im Wesentlichen die Verbrennung vieler der Bestandteile zu einem gleichen Zeitpunkt zu verhindern. Diese Art der Reaktion verringert die Reaktivität der Verbrennung, um die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung des Sensors wesentlich zu verringern.
Gemäß einer anderen Ausführungsform ist die Steuerung aufgebaut, die Zeit, die im Wesentlichen erforderlich ist, um den vollen Zustand für den Sensor zu erreichen, zu bewerten und zu entscheiden, ob die Funktionsfähigkeit eines Partikelfilters in dem Nachbehandlungssystem gut oder schlecht ist. Wenn zum Beispiel die Zeit, um den vollen Zustand zu erreichen, in weniger als X Sekunden auftritt, kann die Steuerung bestimmen, dass der Partikelfilter sich in einem verschlechterten oder schlechten Zustand befindet.
Eine weitere Ausführungsform betrifft ein Verfahren zur Wiederherstellung eines Feinstaubsensors in einem Abgasnachbehandlungssystem. Das Verfahren beinhaltet das Empfangen von Feinstaubdaten, die einen Zustand des Feinstaubsensors anzeigen; das Bestimmen auf Basis der Feinstaubdaten, dass sich der Feinstaubsensor in einem vollen Zustand befindet; das Aktivieren eines Heizelements des Feinstaubsensors in einem ersten Temperaturbereich für eine erste Dauer; das Aktivieren des Heizelements in einem zweiten Temperaturbereich für eine zweite Dauer nach der ersten Dauer; und das Aktivieren des Heizelements in einem dritten Temperaturbereich für eine dritte Dauer nach der zweiten Dauer.
Noch eine weitere Ausführungsform betrifft eine Vorrichtung zur Wiederherstellung eines Feinstaubsensors in einem Abgasnachbehandlungssystem. Die Vorrichtung beinhaltet ein Feinstaub-(PM-)-Sensormodul, das aufgebaut ist, Feinstaubdaten zu empfangen und auf Basis der Feinstaubdaten zu bestimmen, dass sich ein Feinstaubsensor eines Abgasnachbehandlungssystems in einem vollen Zustand befindet; und ein mit dem PM-Sensormodul kommunikativ gekoppeltes Heizelementmodul, wobei das Heizelementmodul aufgebaut ist, ein Heizelement des Feinstaubsensors vor einer Endtemperatur mehrmals bei intermittierenden Temperaturen zu aktivieren.
Diese und andere Eigenschaften, sowie die Organisation und Art ihres Betriebs, sind der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Begleitzeichnungen zu entnehmen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein schematisches Diagramm eines Abgasnachbehandlungssystems mit einer Steuerung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
2 ist ein schematisches Diagramm eines beispielhaften Feinstaubsensors, der in dem Abgasnachbehandlungssystem von 1 verwendet wird.
3 ist ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Steuerung, die mit dem System von 1 verwendet wird.
4 ist ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Wiederherstellung eines Feinstaubsensors für ein Abgasnachbehandlungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel.
5A–5B sind Tabellenkalkulationen eines Versuchsaufbaus zum Testen eines Interdigital-Feinstaub-Elektrodensensors gemäß einem Ausführungsbeispiel.
6A–6D sind Tabellenkalkulationen einer Liste von Experimenten, die mit dem Interdigital-Feinstaub-Elektrodensensors unter Verwendung des Versuchsaufbaus von 5A–5B durchgeführt wurden.
7A–7E zeigen die Ergebnisse der Experimente von 6A–6D, basierend auf dem Aufbau der 5A–5B, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
8A–8B zeigen die Ergebnisse des Backprotokolls „A” von 5A–5B gemäß einem Ausführungsbeispiel.
9A–9C zeigen die Ergebnisse des Backprotokolls „B” von 5A–5B gemäß einem Ausführungsbeispiel.
10A–10C zeigen die Ergebnisse des Backprotokolls „C” von 5A–5B gemäß einem Ausführungsbeispiel.
11A–11F zeigen die Ergebnisse von 8A–10C, kombiniert in einem Diagramm, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
12–13 zeigen die graphischen Ergebnisse der Tabelle der 11A–11F, gemäß einem Ausführungsbeispiel.
14 zeigt ein schematisches Diagramm eines tatsächlichen Interdigital-Elektrodensensors gemäß einem Ausführungsbeispiel.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Unter allgemeiner Bezugnahme auf die Figuren beziehen sich die verschiedenen hierin offenbarten Ausführungsformen auf ein System und ein Verfahren zur Wiederherstellung eines Feinstaub-(PM-)-Sensors in einem Abgasnachbehandlungssystem. Wie hier ausführlicher beschrieben, beinhalten viele Abgasnachbehandlungssysteme einen Dieselpartikelfilter (DPF). Der DPF ist aufgebaut, Feinstaub (z. B. Ruß, Asche, Kohlenstoff- und Kohlenwasserstoffverbindungen) aus einem Abgasstrom zu entfernen oder im Wesentlichen zu entfernen. Im Laufe der Zeit kann der DPF beschädigt werden und/oder es kann eine beliebige andere Bedingung auftreten, die seine Fähigkeit, Partikelemissionen aus dem Motor zu reduzieren, behindert. Dadurch strömt eine relativ größere Menge an Feinstaub durch die nachgeschalteten Abgasnachbehandlungskomponenten und wird somit in die Atmosphäre abgegeben. Diese Emission ist nicht nur unter Umständen schädlich für die Atmosphäre, sondern der Feinstaub kann auch die Funktionalität der anderen Komponenten stören, was weiterhin zu einer Zunahme von schädlichen Emissionen (z. B. NOx) führen kann. Dementsprechend umfassen viele Abgasnachbehandlungssysteme einen PM-Sensor, der eine Menge an Feinstaub überwacht, der durch das System strömt. Wenn der Feinstaub bei oder über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt, wird ein Indikator aktiviert, der ein Serviceereignis fordert, um die Funktionsfähigkeit des DPF zu überprüfen. In einigen Worstcase-Situationen erfordern die Vorschriften, dass der Motor in einen reduzierten Leistungsmodus eintritt, bis der Service durchgeführt wird. Im Laufe der Zeit kann der PM-Sensor jedoch Vergiftung ansammeln, die bewirkt, dass er die tatsächliche Emissionshöhe des Feinstaubs inkorrekt bestimmt.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet ein PM-Sensor ein Heizelement, das aufgebaut ist, dem PM-Sensor Wärme zuzuführen, um den angesammelten Feinstaub abzubrennen, um den Sensor wiederherzustellen, um seine Funktionalität wiederherzustellen. Insbesondere ist der PM-Sensor als ein Interdigital- oder Wiederholmuster-Sensor aufgebaut, an den leitender Ruß oder leitende Emissionen (oftmals mit Hilfe von Elektrophorese) über einen Zeitraum angezogen werden. Wenn der Widerstand zwischen den Elektroden tief genug gesunken ist, wird die Zeit von der letzten sauberen Bedingung bis zum vollen Zustand vermerkt und es wird ein Urteil über die Funktionsfähigkeit des Partikelfilters gefällt (wie durch eine Übertragungsfunktion von Rußrate bis zur Auffüllzeit bestimmt wird). Anstatt nur eine erhöhte Temperatur für Wärme für eine vorgegebene Zeitspanne bereitzustellen, gibt eine Steuerung einen oder mehrere Befehle an das Heizelement aus, um zu bewirken, dass dieses den PM-Sensor in einer stufenförmigen Weise erhitzt (z. B. 200 Grad Celsius für zehn Sekunden, dann 300–500 Grad Celsius für zehn Sekunden, gefolgt von 700 oder mehr Grad Celsius für fünfzehn Sekunden). Da das Abgas, das durch ein Nachbehandlungssystem strömt, viele verschiedene Bestandteile enthält (z. B. Ammoniak (aus einem Diesel-Emission-Fluid), Kohlenstoff, Melamin, Schwefel, Biuret, Ruß und Asche usw.), neigt jeder dieser Bestandteile dazu, unterschiedliche Abbrandtemperaturen zu haben (z. B. die Temperatur, bei der der Bestandteil abgebrannt, zersetzt und/oder aus einer Komponente verdrängt wird, damit er den Rest des Systems durchlaufen kann). Somit können Probleme im Zusammenhang mit einer unkontrollierten Verbrennung vermieden werden, indem das Heizelement angewiesen wird, in einer bestimmten stufenartigen Weise zu arbeiten, um ein Bestandteil oder einige Bestandteile gleichzeitig abzubrennen (wie hier ausführlicher beschrieben wird), und dadurch kann die Lebensdauer des PM-Sensors erhöht werden und die Kosten für den Betreiber des Nachbehandlungssystems (z. B. Ersatz- und Servicekosten) können reduziert werden. Diese und weitere Merkmale werden hierin detaillierter beschrieben.
Unter Bezugnahme auf 1 wird ein Motor-Abgasnachbehandlungssystem mit einer Steuerung gemäß einem Ausführungsbeispiel dargestellt. Das Motorsystem 10 beinhaltet einen Verbrennungsmotor 20 und ein Abgasnachbehandlungssystem 22, das mit dem Motor 20 zur Aufnahme des Abgases in Verbindung steht. Gemäß einer Ausführungsform ist der Motor 20 als ein Kompressionszündung-Verbrennungsmotor aufgebaut, der Dieselkraftstoff verwendet. Jedoch kann der Motor 20 in verschiedenen alternativen Ausführungsformen als ein beliebiger anderer Motortyp (z. B. Funkenzündung), der eine beliebige Art von Kraftstoff (z. B. Benzin) verwendet, oder als ein Kraftwerk aufgebaut sein. Innerhalb des Verbrennungsmotors 20 wird Luft aus der Atmosphäre mit Brennstoff vermischt und verbrannt, um den Motor anzutreiben. Die Treibstoff- und Luftverbrennung in der Kompressionkammer des Motors 20 produziert Abgas, das betriebsmäßig zu einem Abgaskrümmer und zu dem Abgasnachbehandlungssystem 22 abgelassen wird.
In dem dargestellten Beispiel beinhaltet das Abgasnachbehandlungssystem 22 einen Dieselpartikelfilter (DPF) 40, einen Diesel-Oxidationskatalysator (DOC) 30, ein selektives katalytisches Reduktion-(SCR-)-System 52 mit einem SCR-Katalysator 50 und einen Ammoniakoxidations-(AMOX-)Katalysator 60. Das SCR-System 52 beinhaltet ferner ein Reduktionsmittel-Abgabesystem, das eine Diesel-Abgas-Fluid-(DEF-, eine Harnstofflösung)Quelle 54 aufweist, die DEF über eine DEF-Leitung 58 einem DEF-Dosierer 56 zuführt.
In Abgasströmungsrichtung, wie durch den Richtungspfeil 29 angedeutet wird, strömt Abgas von dem Motor 20 in die Einlassleitung 24 des Abgasnachbehandlungssystems 22. Von der Einlassleitung 24 strömt das Abgas in den DOC 30 und verlässt den DOC in einen ersten Abschnitt der Abgasleitung 28A. Von dem ersten Abschnitt der Abgasleitung 28A strömt das Abgas in den DPF 40 und verlässt den DPF in einen zweiten Abschnitt der Abgasleitung 28B. Von dem zweiten Abschnitt der Abgasleitung 28B strömt das Abgas in den SCR-Katalysator 50 und verlässt den SCR-Katalysator in den dritten Abschnitt der Abgasleitung 28C. Wenn das Abgas durch den zweiten Abschnitt der Abgasleitung 28B strömt, wird es in regelmäßigen Abständen durch die DEF-Dosiereinheit 56 mit DEF dosiert. Dementsprechend wirkt der zweite Abschnitt der Abgasleitung 28B als eine Zersetzungskammer oder ein Zersetzungsrohr, um die Zersetzung der DEF in Ammoniak zu fördern. Aus dem dritten Abschnitt der Abgasleitung 28C strömt das Abgas in den AMOX-Katalysator 60 und verlässt den AMOX-Katalysator in die Auslassleitung 26, bevor das Abgas aus dem Abgasnachbehandlungssystem 22 ausgestoßen wird. Basierend auf dem Vorstehenden, ist in der dargestellten Ausführungsform der DOC 30 strömungsaufwärts von dem DPF 40 und dem SCR-Katalysator 50 angeordnet und der SCR-Katalysator 50 ist strömungsabwärts von dem DPF 40 und strömungsaufwärts von dem AMOX-Katalysators 60 angeordnet. In alternativen Ausführungsformen sind jedoch auch andere Anordnungen der Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems 22 möglich. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen der AMOX-Katalysator 60 aus dem System ausgeschlossen sein. In anderen Ausführungsformen kann der AMOX-Katalysator 60 in dem SCR-Katalysator 50 enthalten sein (z. B. ohne Abgasleitungsabschnitt 28C). Alle derartigen Abgasnachbehandlungssystem-Konfigurationen sollen unter den Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
Der DOC 30 kann beliebige von verschiedenen Durchfluss-Konstruktionen aufweisen. Im Allgemeinen ist der DOC 30 so aufgebaut, dass er zumindest etwas Feinstaub, z. B. den löslichen organischen Anteil von Ruß, im Abgas oxidiert und unverbrannte Kohlenwasserstoffe und CO im Abgas zu weniger umweltschädlichen Verbindungen reduziert. Beispielsweise kann der DOC 30 aufgebaut sein, die Kohlenwasserstoff- und CO-Konzentrationen im Abgas zu reduzieren, um die erforderlichen Emissionsstandards für diese Komponenten des Abgases zu erfüllen. Eine indirekte Folge der Oxidationsfähigkeit des DOC 30 ist die Fähigkeit des DOC, NO zu NO₂ zu oxidieren. In dieser Weise ist das Niveau von NO2, das den DOC 30 verlässt, gleich dem NO₂ in dem von dem Motor 20 erzeugten Abgas plus dem NO₂, das durch den DOC aus NO umgewandelt wird.
Zusätzlich zur Behandlung der Kohlenwasserstoff- und CO-Konzentrationen im Abgas kann der DOC 30 auch in der kontrollierten Regeneration des DPF 40, des SCR-Katalysators 50 und des AMOX-Katalysators 60 verwendet werden. Dies kann durch die Injektion oder Dosierung von unverbranntem HC in das Abgas strömungsaufwärts des DOC 30 erfolgen. Bei Kontakt mit dem DOC 30 wird das unverbrannte HC einer exothermen Oxidationsreaktion unterzogen, die eine Erhöhung der Temperatur des Abgases zur Folge hat, das aus dem DOC 30 austritt und anschließend in den DPF 40, den SCR-Katalysator 50 und/oder den AMOX-Katalysator 60 eintritt. Die Menge an unverbranntem HC, die dem Abgas zugesetzt wird, wird so ausgewählt, dass die gewünschte Temperaturerhöhung oder zielgesteuerte Regenerationstemperatur erreicht wird.
Der DPF 40 kann eine beliebige von verschiedenen Durchfluss-Konstruktionen aufweisen und ist aufgebaut, Feinstaubkonzentrationen, z. B. Ruß und Asche, in dem Abgas zu reduzieren, um die erforderlichen Emissionsstandards zu erfüllen oder im Wesentlichen zu erfüllen. Der DPF 40 fängt Feinstaub und andere Bestandteile ein und muss daher periodisch regeneriert werden, um die eingefangenen Bestandteile abzubrennen. Zusätzlich kann der DPF 40 konfiguriert sein, NO zu oxidieren, um unabhängig vom DOC 30 NO₂ zu bilden.
Wie oben erörtert, kann das SCR-System 52 ein Reduktionsmittel-Abgabesystem mit einer Reduktionsmittel-(z. B. DEF-)Quelle 54, einer Pumpe und einem Abgabemechanismus oder Dosierer 56 beinhalten. Die Reduktionsmittelquelle 54 kann ein Behälter oder Tank sein, in dem ein Reduktionsmittel, wie beispielsweise Ammoniak (NH3), DEF (z. B. Harnstoff) oder Dieselöl, aufbewahrt werden kann. Die Reduktionsmittelquelle 54 steht in Reduktionsmittel liefernder Verbindung mit der Pumpe, die so konfiguriert ist, dass Reduktionsmittel aus der Reduktionsmittelquelle über eine Reduktionsmittel-Abgabeleitung 58 zum Abgabemechanismus 56 gepumpt wird. Der Abgabemechanismus 56 ist strömungsaufwärts des SCR-Katalysators 50 angeordnet. Der Abgabemechanismus 56 ist selektiv steuerbar, um Reduktionsmittel direkt in den Abgasstrom einzuspritzen, bevor er in den SCR-Katalysator 50 eintritt. Wie hierin beschrieben ist die Steuerung 100 so strukturiert, dass sie den Zeitpunkt und die Menge des Reduktionsmittels, das dem Abgas zugeführt wird, steuert. In einigen Ausführungsformen kann das Reduktionsmittel entweder Ammoniak oder DEF sein, das sich zersetzt, um Ammoniak zu bilden. Wie oben kurz beschrieben, reagiert das Ammoniak mit NOx in Gegenwart des SCR-Katalysators 50, um das NOx zu weniger schädlichen Emissionen, wie z. B. N₂ und H₂O zu reduzieren. Das NOx im Abgasstrom enthält NO₂ und NO. Im Allgemeinen werden sowohl NO₂ als auch NO durch verschiedene chemische Reaktionen, die von den katalytischen Elementen des SCR-Katalysators in Gegenwart von NH₃ angetrieben werden, zu N₂ und H₂O reduziert.
Der SCR-Katalysator 50 kann ein beliebiger der verschiedenen Katalysatoren sein, die in der Technik bekannt sind. Beispielsweise ist in einigen Ausführungen der SCR-Katalysator 50 ein Katalysator auf Vanadiumbasis und in anderen Ausführungen ist der SCR-Katalysator ein Katalysator auf Zeolith-Basis, wie beispielsweise ein Cu-Zeolith- oder ein Fe-Zeolith Katalysator.
Der AMOX-Katalysator 60 kann ein beliebiger von verschiedenen Durchflusskatalysatoren sein, der konfiguriert ist, mit Ammoniak zu reagieren, um hauptsächlich Stickstoff zu bilden. Wie oben kurz beschrieben, ist der AMOX-Katalysator 60 so aufgebaut, dass er Ammoniak entfernt, das den SCR-Katalysator 50 durchlaufen hat oder diesen verlässt, ohne mit dem NOx in dem Abgas zu reagieren. In bestimmten Fällen kann das Abgasnachbehandlungssystem 22 mit oder ohne AMOX-Katalysator betreibbar sein. Obwohl der AMOX-Katalysator 60 in 1 als eine Einheit separat von dem SCR-Katalysator 50 gezeigt wird, kann in einigen Ausführungen der AMOX-Katalysator mit dem SCR-Katalysator integriert sein, z. B. können sich der AMOX-Katalysator und der SCR-Katalysator innerhalb desselben Gehäuses befinden. Gemäß der vorliegenden Offenbarung sind der SCR-Katalysator und der AMOX-Katalysator in Reihe geschaltet, wobei der SCR-Katalysator dem AMOX-Katalysator vorgeschaltet ist. Wie oben beschrieben, ist in verschiedenen anderen Ausführungsformen der AMOX-Katalysator nicht in dem Abgasnachbehandlungssystem 22 enthalten. In diesen Ausführungsformen kann der NOx-Sensor 14 ebenso aus dem Abgasnachbehandlungssystem 22 ausgeschlossen sein.
Verschiedene Sensoren, wie beispielsweise NH₃-Sensor 72, NOx-Sensoren 12, 14, 55, 57 und Temperatursensoren 16, 18, können strategisch über das gesamte Abgasnachbehandlungssystem 22 verteilt angeordnet sein und können mit der Steuerung 100 in Verbindung stehen, um Betriebszustände des Motorsystems 10 zu überwachen. Wie gezeigt, kann mehr als ein NOx-Sensor strömungsaufwärts und strömungsabwärts des SCR-Katalysators 50 angeordnet sein. In dieser Konfiguration misst der NOx-Sensor 12 das aus dem Motor austretende NOx, während der NOx-Sensor 55, der hier als der SCR-Einlass-NOx-Sensor 55 bezeichnet wird, die Einlass-NOx-Menge des SCR-Katalysators 50 misst. Da der DOC 30/DPF 40 möglicherweise einen Teil des aus dem Motor austretenden NOx oxidiert, ist die Motorausgangs-NOx-Menge unter Umständen nicht gleich der Einlass-NOx-Menge des SCR-Katalysators 50. Dementsprechend berücksichtigt diese Konfiguration diese potenzielle Diskrepanz. Die NOx-Menge, die den SCR-Katalysator 50 verlässt, kann von dem NOx-Sensor 57 und/oder dem NOx-Sensor 14 gemessen werden. In einigen Ausführungsformen kann nur der NOx-Sensor 57 oder der NOx-Sensor 14 enthalten sein, je nachdem, ob die Konfiguration des Abgasnachbehandlungssystems 22 den AMOX-Katalysator 60 beinhaltet. Der NOx-Sensor 57 ist strömungsabwärts des SCR-Katalysators 50 angeordnet und ist so aufgebaut, dass er die NOx-Konzentration im Abgas strömungsabwärts des SCR-Katalysators 50 (z. B. beim Austreten aus dem SCR-Katalysators), der als SCR-Auslass-NOx-Sensor 57 bezeichnet wird, erfasst.
Die Temperatursensoren 16 sind dem DOC 30 und DPF 40 zugeordnet und können somit als die DOC/DPF-Temperatursensoren 16 definiert werden. Die DOC/DPF-Temperatursensoren sind strategisch angeordnet, um die Temperatur des Abgases, das in den DOC 30, aus dem DOC und in den DPF 40 und aus dem DPF strömt, zu erfassen, bevor es von dem Dosierer 56 mit DEF dosiert wird. Die Temperatursensoren 18 sind dem SCR-Katalysator 50 zugeordnet und können somit als SCR-Temperatursensoren 18 definiert werden. Die SCR-Temperatursensoren 18 sind strategisch angeordnet, um die Temperatur des in den SCR-Katalysator 50 ein- und daraus ausströmenden Abgases zu erfassen.
Obwohl das dargestellte Abgasnachbehandlungssystem 22 einen DOC 30, einen DPF 40, einen SCR-Katalysator 50 und einen AMOX-Katalysator 60 enthält, die an bestimmten Stellen relativ zueinander entlang des Abgasströmungswegs angeordnet sind, kann in anderen Ausführungsformen das Abgasnachbehandlungssystem mehr als einen von jedem der verschiedenen Katalysatoren beinhalten, die wie gewünscht an beliebigen von verschiedenen Positionen relativ zueinander entlang des Abgasströmungswegs angeordnet sind. Obwohl der DOC 30 und der AMOX-Katalysator 60 nicht-selektive Katalysatoren sind, können in einigen Ausführungsformen der DOC- und AMOX-Katalysator selektive Katalysatoren sein.
1 wird ferner mit einer Bediener-Eingabe/Ausgabe-(E/A-)Einrichtung 120 gezeigt. Die Bediener-E/A-Einrichtung 120 ist mit der Steuerung 100 kommunikativ gekoppelt, sodass Informationen zwischen der Steuerung 100 und der E/A-Einrichtung 120 ausgetauscht werden können, wobei sich die Informationen auf eine oder mehrere Komponenten von 1 oder auf Bestimmungen (nachfolgend beschrieben) der Steuerung 100 beziehen können. Die Bediener-E/A-Einrichtung 120 ermöglicht es einem Bediener des Motorsystems 10, mit der Steuerung 100 und einer oder mehreren Komponenten des Motorsystems 10 von 1 zu kommunizieren. Beispielsweise kann die Bediener-Eingabe/Ausgabe-Einrichtung 120 eine interaktive Anzeige, eine Touchscreen-Einrichtung, ein von dem Motor-Abgasnachbehandlungssystem getrenntes Diagnosewerkzeug, eine/n oder mehrere Tasten und Schalter, Sprachbefehlsempfänger usw. beinhalten, ist aber nicht darauf beschränkt. In verschiedenen alternativen Ausfhrungsformen können die Steuerung 100 und die hierin beschriebenen Komponenten mit Nicht-Fahrzeuganwendungen (z. B. einem Leistungsgenerator) implementiert werden. Dementsprechend kann die E/A-Einrichtung für diese Anwendungen spezifisch sein. Zum Beispiel kann in diesen Fällen die E/A-Einrichtung einen Laptop-Computer, einen Tablet-Computer, einen Desktop-Computer, ein Telefon, eine Uhr, einen persönlichen digitalen Assistenten usw. beinhalten. Über die E/A-Einrichtung 120 kann die Steuerung 100 eine Störungs- oder Servicemeldung auf der Grundlage des ermittelten Zustands einer oder mehrerer Komponenten des Nachbehandlungssystems bereitstellen.
Wie in 1 gezeigt, ist ein Feinstaub-(PM-)-Sensor 70 strömungsabwärts des SCR 50 angeordnet. Gemäß einer Ausführungsform ist der PM-Sensor 70 an einer beliebigen Position strömungsabwärts des DPF 40 angeordnet. Dementsprechend werden auch andere Lagen des PM-Sensors 70 in 1 dargestellt: nach dem DPF 40, nach dem AMOX-Katalysator 60 usw. In einigen Ausführungsformen können ebenfalls mehr als ein PM-Sensor 70, wie in 1 dargestellt, in dem System beinhaltet sein. Der PM-Sensor 70 ist so aufgebaut, dass er Feinstaub überwacht, der durch das Abgasnachbehandlungssystem strömt. Durch die Überwachung des Feinstaubs überwacht der PM-Sensor 70 die Funktionalität des DPF 40. Wenn eine Menge an Feinstaub oberhalb eines Schwellenwerts erfasst wird, kann der PM-Sensor 70 eine geringe Funktionalität des DPF 40 feststellen und über die E/A-Einrichtung 120 eine Benachrichtigung an einen Bediener bereitstellen.
Unter Bezugnahme auf 2 ist ein schematisches Diagramm eines beispielhaften PM-Sensors 70 dargestellt, der in dem Nachbehandlungssystem von 1 verwendet wird. Eine tatsächliche schematische Darstellung eines Interdigital-Elektrodensensors wird in 14 dargestellt. In dem dargestellten Beispiel ist der PM-Sensor 70 als ein Interdigital-PM-Elektrodensensor mit Ziffern 72, die einen Spalt 71 zwischen den Ziffern 72 (z. B. Spuren) bestimmen, aufgebaut. Um eine Ruß- oder Feinstaub-Emissionsrate zu überwachen, wird ein Widerstand über den PM-Sensor 70 gemessen (z. B. zwischen dem Einlassende 73 und dem Auslassende 74). Zu diesem Zweck ist entweder das Feld, das den Spalt 71 umgibt, ein elektrischer Isolator und die Spuren 72 sind elektrische Leiter oder die Spuren 72 sind Isolatoren und die Spalten 71 sind Leiter. Der gemessene Widerstand wird an die Steuerung 100 übertragen, wo die Steuerung 100 bestimmt, ob die Feinstaub-Emission innerhalb (oder nicht innerhalb) einer akzeptablen Emissionsrate liegt, basierend auf dem gemessenen Widerstand (z. B. ob der gemessene Widerstand bei oder unter einer Widerstandsschwelle liegt). In einigen anderen Ausführungsformen beinhaltet die Bestimmung ein zeitbasiertes Element. Beispielsweise wertet die Steuerung 100 die Dauer aus, die der PM-Sensor 70 benötigt, um aus einem leeren oder freien Zustand (angezeigt durch einen Widerstandswert, der größer oder gleich einer nominalen Widerstandsschwelle für den Sensor ist, was durch eine relativ niedrigere Menge an leitfähigen Bestandteilen im Spalt 71 verursacht wird) in einen vollen Zustand (angezeigt durch einen Widerstandswert kleiner oder gleich einer nominalen Widerstandsschwelle für den Sensor, was durch eine relativ höhere Menge an leitfähigen Abgasbestandteilen im Spalt 71 verursacht wird) überzugehen. Wenn der Leer-zu-Voll-Zustandsübergang in einem Zeitraum kürzer oder gleich einer Zeitraumschwelle (z. B. zwanzig Sekunden) erfolgt, dann kann die Steuerung 100 bestimmen, dass der DPF geprüft werden muss. Die Steuerung 100 kann auch feststellen, dass eine Wiederherstellung des PM-Sensors 70, wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird, durchgeführt werden sollte.
Wenn die Sensorwiederherstellung angewiesen wird, reagiert die Steuerung 100 mit Aktivierung des Heizelements 75, um die angesammelten Abgasbestandteile abzubrennen. Im Laufe der Zeit sammeln sich im Betrieb leitende Bestandteile im Abgasstrom (z. B. Kohlenstoff) innerhalb des Spalts 71 an. Die Ansammlung von leitfähigen Bestandteilen senkt den Widerstand über den PM-Sensor 70. Dementsprechend kann die Anhäufung der Bestandteile selbst dann, wenn der DPF 40 korrekt arbeitet, eine fehlerhafte Messung der Emissionsrate des Feinstaubs durch den PM-Sensor 70 verursachen, was unnötige Techniker-Serviceinspektionen zur Folge haben kann, um den DPF 40 zu reparieren. Dementsprechend wird, wie weiter unten ausführlicher beschrieben, der PM-Sensor 70 periodisch erhitzt, um die angesammelten Abgasbestandteile abzubrennen, um damit die Funktionalität des PM-Sensors 70 wiederherzustellen.
Gemäß verschiedenen anderen Ausführungsformen kann der PM-Sensor 70 als ein beliebiger Typ (oder eine Gruppe von PM-Sensoren) aufgebaut sein, die so aufgebaut sind, dass sie die Emissionsrate des Feinstaubs in einem Abgasnachbehandlungssystem überwachen können. Zum Beispiel können andere PM-Sensorarten einen Durchflussmonitor beinhalten (z. B. ist bei einer bestimmten Motordrehzahl und einem bestimmten Drehmoment die erwartete Durchflussrate (z. B. über Computersimulation, über eine Nachschlagetabelle für Drehzahl und Drehmoment usw.) des Abgases X Masseeinheiten/Zeiteinheit). Liegt die gemessene Durchflussrate des Abgases unterhalb dieses Erwartungswerts, so kann die Steuerung bestimmen, dass für den DPF 40 ein Fehlerzustand besteht. Alle derartigen Variationen sollen unter den Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
Wie oben erwähnt, enthält der PM-Sensor 70 ein Heizelement 75. In dem Beispiel von 2 ist das Heizelement 75 als Widerstandstyp-Heizelement aufgebaut (z. B. ein hochohmiges Material, das einen Stromfluss von einer Stromquelle (z. B. einer Batterie des Fahrzeugs, einer dedizierten Batterie für das Heizelement usw.) hindert, was Wärme als Nebenprodukt des hohen Widerstands erzeugt). Die Wärme wird an den PM-Sensor 70 geleitet. In anderen Ausführungsformen kann das Heizelement 75 jede beliebige Art von Heizelement umfassen, das so aufgebaut ist, dass es Abgasbestandteile aus dem PM-Sensor abbrennt (z. B. ein konvektives Heizelement, das heißes Abgas im Wesentlichen um den PM-Sensor zirkulieren lässt, um die Bestandteile abzubrennen). Alle derartigen Variationen sollen unter den Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen. Gemäß einer Ausführungsform ist das Heizelement 75 kommunikativ mit der Steuerung 100 verbunden, sodass die Steuerung 100 dessen Betrieb steuert. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Heizelement 75 mit einem Heizplan (z. B. dem nachstehend beschriebenen Stufentemperatur-Heizplan) vorprogrammiert, sodass die Aktivierung des Heizplans auf den Messungen (z. B. dem gemessenen Widerstand) der PM-Sensoren 70 basiert ist. Alle derartigen Variationen sollen unter den Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 ist die Steuerung 100 in einer Ausführungsform so aufgebaut, dass sie den Betrieb des Motorsystems 10 und der zugehörigen Untersysteme, wie beispielsweise des Verbrennungsmotors 20 und des Abgasnachbehandlungssystems 22, steuert. Gemäß einer Ausführungsform sind die Komponenten der 1 in einem Fahrzeug ausgeführt. In verschiedenen alternativen Ausführungsformen kann, wie oben beschrieben, die Steuerung 100 mit einem beliebigen Motor-Abgasnachbehandlungssystem verwendet werden. Das Fahrzeug kann ein Straßenfahrzeug oder ein Geländefahrzeug einschließen, einschließlich, aber nicht beschränkt auf, Fernlastkraftwagen, Mittelstreckenlastkraftwagen (z. B. Pickups), Panzer, Flugzeuge und jegliche andere Art von Fahrzeug, das ein Abgasnachbehandlungssystem verwendet. Die Kommunikation zwischen und unter den Komponenten kann über irgendeine Anzahl von verdrahteten oder drahtlosen Verbindungen stattfinden. Zum Beispiel kann eine verdrahtete Verbindung ein serielles Kabel, ein faseroptisches Kabel, ein CAT5-Kabel oder jegliche andere Form von verdrahteter Verbindung sein. Demgegenüber kann eine drahtlose Verbindung das Internet, Wi-Fi (W-LAN), zelluläre Geräte, Funk etc. umfassen. In einer Ausführungsform liefert ein Controller Area Network(CAN)-Bus den Austausch von Signalen, Informationen und/oder Daten. Der CAN-Bus beinhaltet eine beliebige Anzahl von verdrahteten und drahtlosen Verbindungen. Da die Steuerung 100 mit den Systemen und Komponenten der 1 kommunikativ gekoppelt ist, ist die Steuerung 100 so aufgebaut, dass sie Daten von einer oder mehreren der in 1 gezeigten Komponenten empfängt. Beispielsweise können die Daten Feinstaubdaten beinhalten, die einen Hinweis auf einen Zustand des PM-Sensors 70 geben (z. B. kann ein voller Zustand anzeigen, dass sich Feinstaub über einen Schwellenwert angesammelt hat). Beispielsweise können die Feinstaubdaten einen gemessenen Widerstand über den PM-Sensor 70 beinhalten. (Z. B. über den Sensor 70 als Ganzes, zwischen Spuren usw. Alle derartigen Variationen sollen unter den Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen.) Die Daten können auch eine Temperatur des Heizelements 75 beinhalten, sodass die Steuerung 100 eine ungefähre Wärmetemperatur überwachen kann, die dem PM-Sensor 70 von dem Heizelement 75 bereitgestellt wird.
Nun bezugnehmend auf 3, wird dort ein beispielhafter Aufbau für die Steuerung 100 gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Wie dort gezeigt, beinhaltet die Steuerung 100 eine Verarbeitungsschaltung 101 mit einem Prozessor 102 und einem Speicher 103. Der Prozessor 102 kann als Mehrzweck-Prozessor, als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine oder mehrere feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs), als digitaler Signalprozessor (DSP), als Gruppe von Prozessorkomponenten oder andere geeignete elektronische Verarbeitungskomponenten implementiert sein. Die eine oder mehreren Speichereinrichtungen 103 (z. B. NVRAM, RAM, ROM, Flash-Memory, Festplattenspeicher usw.) können Daten und/oder Computercode zum Ermöglichen der verschiedenen hierin beschriebenen Prozesse speichern. Somit können die eine oder die mehreren Speichereinrichtungen 103 mit dem Prozessor 102 kommunikativ verbunden sein und dem Prozessor 102 Computercodes oder Anweisungen zur Ausführung der hierin in Bezug auf die Steuerung 100 beschriebenen Prozesse bereitstellen. Darüber hinaus können die eine oder die mehreren Speichereinrichtungen 103 ein materieller, nicht transienter flüchtiger Speicher oder ein nichtflüchtiger Speicher sein oder einen solchen beinhalten. Dementsprechend können die eine oder die mehreren Speichereinrichtungen 103 Datenbank-Komponenten, Objektcode-Komponenten, Skript-Komponenten oder jeglichen anderen Typ von Informationsstrukturen zum Unterstützen der diversen hierin beschriebenen Aktivitäten und Informationsstrukturen beinhalten.
In bestimmten Ausführungsformen kann die Steuerung 100 in einer oder mehreren Vorrichtungen in einem Fahrzeug ausgeführt sein, in dem das Motorabgasnachbehandlungssystem ausgebildet ist (z. B. eine Motorsteuereinheit, eine Nachbehandlungssystemsteuereinheit usw.). In anderen Ausführungsformen kann die Steuerung 100 in einem Diagnosewerkzeug ausgeführt sein. In dieser Konfiguration kann ein Servicetechniker Fehler in dem PM-Sensor 70 über eine Verbindung der Steuerung 100 mit dem PM-Sensor 70 und dem Heizelement 75 suchen und beheben. Alle derartigen Variationen sollen unter den Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen.
Der Speicher 103 wird mit verschiedenen Modulen gezeigt, um die hierin beschriebenen Aktivitäten auszuführen. Insbesondere beinhaltet der Speicher 103 Module, die so aufgebaut sind, dass sie das Heizelement 75 des PM-Sensors 70 steuern, um eine unkontrollierte Verbrennung von akkumulierten Abgasbestandteilen auf dem PM-Sensor 70 im Wesentlichen zu verhindern, um die Lebensdauer des PM-Sensors 70 zu verlängern und seine Funktionalität wiederherzustellen. Während in 3 verschiedene Module mit besonderer Funktionalität gezeigt sind, versteht sich, dass die Steuerung 100 und der Speicher 103 eine beliebige Anzahl von Modulen zum Ausführen der hierin beschriebenen Funktionen beinhalten kann. Beispielsweise können die Aktivitäten von mehreren Modulen in einem einzigen Modul kombiniert werden oder können zusätzliche Module mit zusätzlicher Funktionalität verwendet werden usw. Weiterhin versteht es sich, dass die Steuerung 100 weitere, über den Umfang der vorliegenden Offenbarung hinausgehende Fahrzeugaktivitäten steuern kann.
Wie gezeigt, beinhaltet die Steuerung 100 ein Heizelementmodul 104, das mit einem Feinstaub(PM)-Sensormodul 105 kommunikativ gekoppelt ist, und ein Benachrichtigungsmodul 106, das mit dem Heizelementmodul 104 und dem PM-Sensormodul 105 kommunikativ gekoppelt ist. Das PM-Sensormodul 105 ist so aufgebaut, dass es Feinstaubdaten von dem PM-Sensor 70 empfängt. Dementsprechend kann in einer Ausführungsform das PM-Sensormodul 105 den PM-Sensor 70 beinhalten; in einer anderen Ausführungsform kann das PM-Sensormodul 105 eine Kommunikationsschaltung beinhalten, um den Austausch von Informationen zwischen dem PM-Sensor 70 und dem PM-Sensormodul 105 zu ermöglichen; und in einer weiteren Ausführungsform kann das PM-Sensormodul 105 maschinenlesbaren Inhalt beinhalten, um den Austausch von Informationen zwischen dem PM-Sensormodul 105 und dem PM-Sensor 70 zu ermöglichen. In der letzteren Ausführungsform kann der maschinenlesbare Inhalt in dem Speicher 103 gespeichert und von dem Prozessor 102 ausführbar sein, um die hierin in Bezug auf das PM-Sensormodul 105 beschriebenen Operationen zu ermöglichen. In noch einer weiteren Ausführungsform kann das PM-Sensormodul 105 eine beliebige Kombination von Kommunikationsschaltungen, maschinenlesbaren Inhalten und Komponenten, wie beispielsweise dem PM-Sensor 70, beinhalten.
Gemäß einer Ausführungsform ist der PM-Sensor 70 als der Interdigital-Elektroden-PM-Sensor aufgebaut. Dementsprechend können die Feinstaubdaten einen gemessenen Widerstand über den PM-Sensor 70 beinhalten. Die Häufigkeit der Messung und Bereitstellung der Widerstandsdaten an das PM-Sensormodul 105 kann in dem PM-Sensormodul 105 auf Grundlage der Anwendung vordefiniert sein. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen der Widerstand kontinuierlich gemessen werden und in anderen Ausführungsformen kann der Widerstand auf Grundlage von zumindest einem Ablauf einer voreingestellten Zeitdauer oder einem Ablauf einer voreingestellten Entfernung, die von dem Fahrzeug zurückgelegt wird, gemessen werden.
Gemäß einer Ausführungsform weist der PM-Sensor 70 eine nominale Widerstandsschwelle auf. (z. B. 10 Megaohm zwischen den Einlass- und Auslassenden 73 und 74 des PM-Sensors 70 oder 1 Megaohm zwischen den Elektroden (Ziffern) usw.). Wenn der gemessene Widerstand bei oder unterhalb der nominalen Widerstandsschwelle liegt, kann das PM-Sensormodul 105 bestimmen, dass der PM-Sensor sich in einem vollen Zustand befindet. Zu diesem Zeitpunkt kann dem Heizmodul 105 gemeldet werden, die Aktivierung des Heizelements 75 zu starten. Es versteht sich, dass die nominale Widerstandsschwelle des PM-Sensors je nach Art des verwendeten PM-Sensors und/oder der Anwendung des PM-Sensors variieren kann (z. B. können Abgasnachbehandlungssysteme, die DOCs enthalten, eine relativ höhere nominale Widerstandsschwelle verwenden, da etwas Feinstaub von dem DOC oxidiert werden kann, sodass, wenn der Widerstand bei oder unter der relativ höheren Schwelle liegt, die Steuerung bestimmen kann, dass zumindest einer von DOC und DPF inkorrekt arbeitet).
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das PM-Sensormodul 105 bestimmen, dass sich der PM-Sensor in einem vollen Zustand befindet, wenn dies nicht der Fall ist, oder umgekehrt, dass er sich nicht in einem vollen Zustand befindet, wenn dies der Fall ist. Diese Art der falschen Bestimmung wird als vergiftet bezeichnet. Eine Art von Vergiftung bedeckt die Oberfläche mit einer nicht leitfähigen Oberfläche und zeigt keinen vollen Sensorzustand an, wenn die entsprechende Menge von Ruß abgelagert wurde. Die andere Art der Vergiftung erfährt eine Veränderung in der Oberfläche, sodass der Spalt 71 ein Leiter anstelle eines Isolators wird (entweder nur bei bestimmten Temperaturen oder bei allen Temperaturen).
Gemäß einer Ausführungsform empfängt das PM-Sensormodul 105 ebenso Temperaturdaten, die einen Hinweis auf die Temperatur des PM-Sensors 70 bereitstellen. In dieser Ausführungsform kann der PM-Sensor 70 einen dedizierten Temperatursensor beinhalten, um die Temperatur zu messen. In anderen Ausführungsformen kann ein Hinweis auf die Temperatur des PM-Sensors 70 von einem Temperatursensor in relativ naher Nähe des Sensors 70 bestimmt werden oder die Temperatur kann aus der Ferne bestimmt werden (z. B. von dem Temperatursensor 18 von 1 oder durch Infrarot-Intensität). Die Temperaturdaten des PM-Sensors 70 können von dem Heizmodul 104 verwendet werden, um den Betrieb des Heizelements 75 zu steuern (z. B. wenn die Aktivierung des zweiten Temperaturbereichs angewiesen wird). Beispielsweise können die Temperaturdaten einen Hinweis bereitstellen, wann eine bestimmte Temperatur für den PM-Sensor erreicht wird, und dann diese Temperatur für eine bestimmte Dauer vor der Aktivierung einer nachfolgenden Temperatur für den PM-Sensor beibehalten.
Gemäß einer anderen Ausführungsform kann das PM-Sensormodul 105 so aufgebaut sein, dass es Abgasbestandteildaten empfängt. Die Abgasbestandteildaten können einen Hinweis auf die Art und die Menge eines bestimmten Abgasbestandteils in dem PM-Sensor 70 bereitstellen. Da die Steuerung 100 das Heizelement 75 selektiv in Art einer gestuften Temperatur betreiben kann, um das Abbrennen der Abgasbestandteile in dem Spalt 71 des PM-Sensors 70 zu steuern, kann eine Verfolgung der Abgasbestandteile den Temperaturbereich des Heizelements 75 beeinflussen, der von der Steuerung 100 angewiesen wird. Um die von dem PM-Sensor 70 angesammelten Bestandteile zu überwachen, kann ein Abgasanalysator strömungsaufwärts des PM-Sensors 70 angeordnet sein. Der Abgasanalysator verfolgt die Menge jeder Art von Abgasbestandteil (z. B. Kohlenstoff) im Abgasstrom. Wenn die Steuerung 100 in einem separaten Diagnosewerkzeug ausgeführt ist, kann der Abgasanalysator ebenso als separates Werkzeug aufgebaut sein. Auf Grundlage der Analyse des Abgases kann eine geschätzte Menge an Abgasbestandteilen in dem PM-Sensor 70 bestimmt werden (z. B. über eine Nachschlagtabelle, eine Formel, einen Algorithmus usw.). In noch anderen Ausführungsformen kann eine Schätzung der Abgasbestandteile, die von dem PM-Sensor 70 angesammelt wurden, auf Messungen basieren, die von anderen Sensoren in dem Motor-Abgasnachbehandlungssystem von 1 empfangen werden. Beispielsweise kann die Steuerung 100 auf Grundlage der Motorausgangs-NOx-Menge, einer Motordrehzahl und einer Temperatur an einer bestimmten Stelle im System die Menge an verschiedenen Bestandteilen in dem Abgas abschätzen und eine Ansammlungsrate von jedem dieser Bestandteile mit dem PM-Sensor 70 abschätzen. Zum Beispiel kann ein Ammoniak-(NH₃-)Sensor (z. B. NH₃-Sensor 72 in 1) in der Nähe des PM-Sensors angeordnet werden und die Werte von diesem könnten die Notwendigkeit einer Melamin-Abbrandtemperatur von etwa 400 Grad Celsius anzeigen.
Das Heizelementmodul 104 ist so aufgebaut, dass es das Heizelement 75 auf Grundlage eines bestimmten Zustands des PM-Sensors 70 betreibt. Dementsprechend kann in einer Ausführungsform das Heizelementmodul 104 das Heizelement 75 beinhalten; in einer anderen Ausführungsform kann das Heizelementmodul 104 eine Kommunikationsschaltung beinhalten, um den Austausch von Informationen zwischen dem Heizelementmodul 104 und dem Heizelement 75 zu ermöglichen (z. B. eine Anweisung, um den Betrieb des Heizelements 75 zu bewirken); und in einer weiteren Ausführungsform kann das Heizelementmodul 104 maschinenlesbaren Inhalt enthalten, um den Austausch von Informationen zwischen dem Heizelementmodul 104 und dem Heizelement 75 zu ermöglichen. In der letzteren Ausführungsform kann der maschinenlesbare Inhalt in dem Speicher 103 gespeichert und von dem Prozessor 102 ausführbar sein, um die hierin in Bezug auf das Heizelementmodul 104 beschriebenen Operationen zu ermöglichen. In noch einer weiteren Ausführungsform kann das Heizelementmodul 104 eine beliebige Kombination von Kommunikationsschaltungen, maschinenlesbaren Inhalten und Komponenten, wie beispielsweise das Heizelement 75, beinhalten. Gemäß einer Ausführungsform, wenn das PM-Sensormodul 105 bestimmt, dass der PM-Sensor 70 sich in einem gefüllten oder vollen Zustand befindet, aktiviert das Heizelementmodul 104 das Heizelement 75. Wie oben erwähnt, kann ein gefüllter oder voller Zustand auf Basis eines Widerstands über dem PM-Sensor 70 bestimmt werden, der kleiner oder gleich einer nominalen Widerstandsschwelle ist.
Gemäß einer Ausführungsform stellt die Steuerung 100 Anweisungen (z. B. über das Heizelementmodul 104) bereit, um die Temperatur des Heizelements 75 schrittweise zu erhöhen, wobei jeder nachfolgend angewiesene Temperaturbereich höher (d. h. wärmer) als der vorherige Bereich ist. Die Abgrenzungen jedes Schrittes (z. B. der erste Schritt von 200 Grad Celsius für 10 Sekunden, der zweite Schritt von 400 Grad Celsius für 20 Sekunden usw.) beruht zumindest teilweise auf der Art und der geschätzten Menge eines Abgasbestandteils in dem PM-Sensor 70 wie oben beschrieben. In diesem Fall wird das Heizelement 75 für eine Zeitspanne, die ausgelegt ist, um die Menge dieses Bestandteils/dieser Bestandteile abzubrennen, auf die Abbrandtemperatur dieses Bestandteils/dieser Bestandteile aktiviert. In anderen Ausführungsformen können die Abgrenzungen vordefiniert werden, sodass die Temperaturerhöhungen unabhängig von der Menge und der Art jedes Bestandteils im Abgasstrom sind. Diese Varianten sind am besten in Bezug auf 4 unten beschrieben.
Das Benachrichtigungsmodul 106 ist aufgebaut, eine Benachrichtigung an einen Bediener auszugeben. Dementsprechend ist in einer Ausführungsform das Benachrichtigungsmodul 106 kommunikativ mit der Bediener-E/A-Einrichtung 120 gekoppelt. In einer anderen Ausführungsform beinhaltet das Benachrichtigungsmodul 106 die Bediener-E/A-Einrichtung 120. Die Benachrichtigung kann ein Ergebnis der Sensorwiederherstellung (z. B. das Ergebnis des Verfahrens 400), einen Fehlercode, einen erkannten Fehler in einer oder mehreren Motor-Abgasnachbehandlungskomponenten usw. beinhalten, ist aber nicht darauf beschränkt.
Es wird auf 4 verwiesen, wo ein Verfahren 400 zur Wiederherstellung eines Feinstaubsensors für ein Abgasnachbehandlungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Da das Verfahren 400 mit der hierin beschriebenen Steuerung 100 umgesetzt werden kann, werden verschiedene Prozesse des Verfahrens 400 in Bezug auf eines oder mehrere der nachfolgenden Module beschrieben.
In Prozess 401 werden Feinstaubdaten empfangen. Die Feinstaubdaten stellen einen Hinweis auf einen Zustand des Feinstaubsensors bereit. Dementsprechend sind in einer Ausführungsform die Feinstaubdaten ein gemessener Widerstand über die Interdigital-Spuren eines Feinstaubsensors (z. B. PM-Sensor 70). In anderen Ausführungsformen können die Feinstaubdaten eine beliebige andere Art von Daten beinhalten, die eine Menge einer Abgasansammlung in dem Feinstaubsensor anzeigen (z. B. eine Schätzung basierend auf einem Abgasstrom), um einen Hinweis auf einen Zustand des Feinstaubsensors bereitzustellen. Auf Grundlage der Feinstaubdaten wird ein vergifteter oder voller Zustand für den Feinstaubsensor bestimmt (Prozess 402). In diesem Beispiel ist der Feinstaubsensor als ein Interdigital-Elektroden-Feinstaubsensor aufgebaut. Dementsprechend bezieht sich ein gefüllter oder voller Zustand auf den gemessenen, geschätzten und/oder bestimmten Widerstand über den Sensor, der bei oder unterhalb einer nominalen Widerstandsschwelle für den Sensor liegt. Alternativ bezieht sich ein nicht voller oder gefüllter Zustand auf den gemessenen, geschätzten und/oder ermittelten Widerstand über den PM-Sensor, der oberhalb der nominalen Widerstandsschwelle liegt. Wie oben erwähnt, beträgt in einer Ausführungsform eine nominale Widerstandsschwelle für den Sensor etwa 10 Megaohm, wobei „etwa” sich auf einen vorbestimmten Bereich in Bezug auf den Nennwert (z. B. +/–0,5 Megaohm) oder eine beliebige andere Definition bezieht, die von Fachleuten bei der Festlegung von Widerstandswerten verwendet wird.
In anderen Ausführungsformen kann ein vergifteter Zustand auf einer Zeitdauer zwischen Aktivierungen des Heizelements für den Feinstaubsensor (z. B. Heizelement 75) basiert sein. Wenn beispielsweise der Widerstand unter die nominale Widerstandsschwelle fällt (welche die Aktivierung des Heizelements auslöst), um eine Aktivierung des Heizelements mehr als X-mal in einer Zeitdauer Y zu bewirken, dann kann die Steuerung 100 bestimmen, dass sich der Feinstaubsensors in einem vergifteten Zustand befindet. Obwohl der Feinstaubsensor die Funktionsfähigkeit des DPF überwachen soll, ist die Steuerung 100 so strukturiert, dass, wenn das Heizelement mehr als X-mal in einer Zeitdauer Y aktiviert wird, sie zuerst einen Fehler in dem Feinstaubsensor sucht und/oder behebt. Da dieser vergiftete Zustand der beabsichtigten Anzeigefunktion des PM-Sensors ähnlich ist, können hohe Kosten, wie beispielsweise durch eine Fehldiagnose des DPF, entstehen.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Heizelement auf der Basis der Bestimmung eines gefüllten Zustands des Feinstaubsensors eine Anzahl von Malen bei intermittierenden Temperaturen vor einer Endtemperatur aktiviert, die hoch genug ist, um den Sensor vollständig zu befreien (z. B. einen im Wesentlichen leeren Zustand für den PM-Sensor zu erzielen). In diesem Fall kann ein leerer Zustand oder ein vollständig befreiter Zustand auf Basis eines Widerstandes über dem PM-Sensor bestimmt werden, der bei oder oberhalb der nominalen Widerstandsschwelle liegt. Dieser Widerstand kann zwischen einer oder mehreren Interdigital-Spuren gemessen werden und/oder der Widerstand über den PM-Sensor als Ganzes sein. Alle derartigen Variationen sollen unter den Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen. In anderen Ausführungsformen kann ein leerer Zustand auf einem Zeitelement basiert sein: Der Widerstand fällt nicht mehr als X-mal in einer Zeitdauer Y unter die nominale Widerstandsschwelle.
Wiederum mit Bezug auf 4, kann in einer anderen Ausführungsform die intermittierende Temperaturheizstrategie den Prozessen 403–405 folgen. Mit anderen Worten, ein Heizelement des Feinstaubsensors wird basierend auf einem gefüllten Zustand des Feinstaubsensors für einen ersten Temperaturbereich für eine erste Dauer aktiviert (Prozess 403). Nach Beendigung der ersten Dauer wird das Heizelement für eine zweite Dauer für einen zweiten Temperaturbereich aktiviert (Prozess 404). Nach Beendigung der zweiten Dauer wird das Heizelement für eine dritte Dauer für einen dritten Temperaturbereich aktiviert (Prozess 405). Am Ende des Prozesses 405 kann das Verfahren 400 erneut ausgeführt werden, um den Feinstaubsensor weiter zu testen und/oder den Feinstaubsensor weiter wiederherzustellen. In einer Ausführungsform wird das Verfahren 400 erneut ausgeführt, bis bestimmt wird, dass der Feinstaubsensor sich nicht in einem gefüllten Zustand befindet und/oder dass der gefüllte Zustand für eine vorbestimmte Anzahl von Iterationen bestanden hat. Wenn bestimmt wird, dass sich der Feinstaubsensor für eine vorgegebene Anzahl von Iterationen immer noch im gefüllten Zustand befindet, kann eine Benachrichtigung über das Benachrichtigungsmodul 106 an einen Bediener erfolgen (z. B. über die E/A-Einrichtung 120). Zum Beispiel kann eine Meldung bereitgestellt werden, die besagt: „Der Feinstaubsensor wurde wiederhergestellt, aber ein voller Zustand scheint noch zu bestehen, bitte überprüfen Sie den DPF.” In diesem Fall kann der DPF fehlerhaft sein, sodass eine überschüssige Menge an Feinstaub durch das System hindurchströmt (oder der Feinstaubsensor kann fehlerhaft sein, wenn die Wiederherstellung keine Auswirkung auf die Leistung des Sensors hat). In jedem Fall wirkt die sequentielle Heizstrategie der vorliegenden Offenbarung, eine Vergiftung des PM-Sensors zu vermeiden. Das heißt, in einigen Ausführungsformen werden die reaktiven Abgasbestandteile vom reaktivsten Abschnitt der Heizstrategie (z. B. der Abbranddauer mit der höchsten Temperatur) ferngehalten. Dadurch kann eine verlängerte Lebensdauer des PM-Sensors erzielt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Temperaturbereich kleiner als der zweite Temperaturbereich, der kleiner als der dritte Temperaturbereich ist. In einer Ausführungsform enthält die Steuerung 100 vorbestimmte Abgrenzungen für den ersten, zweiten und dritten Temperaturbereich sowie die ersten, zweiten und dritten Dauern. Eine Beispielkonfiguration ist wie folgt: ein erster Temperaturbereich von etwa (z. B. plus-oder-minus 20 Grad Celsius) 200 Grad Celsius für etwa 15 Sekunden (z. B. plus-oder-minus 2 Sekunden); ein zweiter Temperaturbereich von etwa 400 Grad Celsius für etwa 15 Sekunden; und ein dritter Temperaturbereich von etwa oder mehr als 700 Grad Celsius für etwa 15 Sekunden. In diesem Beispiel beträgt die ungefähre Gesamtdauer der Wiederherstellung 45 Sekunden. Weiterhin beinhaltet hier die Dauerabgrenzung jeweils die Rampenhochlaufzeit (z. B. die Zeit von der ersten Temperatur von etwa 200 Grad Celsius bis zu etwa dem zweiten Temperaturbereich von 400 Grad Celsius). Dementsprechend wird das Heizelement angewiesen, abgesehen von der Rampenhochlaufzeit jeden der Temperaturbereiche für jede Temperaturbereichsabgrenzung im Wesentlichen beizubehalten. In anderen Ausführungsformen kann die Rampenhochlaufzeitdauer aus der Dauer für jedes Heizniveau ausgeschlossen werden. In einer Ausführungsform werden die Rampenhochlaufraten so gewählt, dass ein relativ hohes Maß an Kontrolle beim Abbrennen von bestimmten Verunreinigungen (d. h. Abgasbestandteilen) erzielt wird.
Gemäß einer anderen Ausführungsform basiert der erste Temperaturbereich und die Dauer auf einer Abbrandtemperatur für einen ersten Abgasbestandteil (oder -bestandteile), der zweite Temperaturbereich und die Dauer basiert auf einer Abbrandtemperatur für einen zweiten Abgasbestandteil (oder -bestandteile) und der dritte Temperaturbereich und die Dauer basiert auf einer Abbrandtemperatur für einen dritten Abgasbestandteil (oder -bestandteile). Man erinnere sich, dass sich die Abbrandtemperatur auf eine Temperatur bezieht, die diesen bestimmten Bestandteil aus einer Komponente zersetzt und/oder anderweitig herauslöst, damit er aus dem System ausgestoßen werden kann. In dieser Konfiguration kann ein Benutzer jeden Bestandteil für jede Abgrenzung gesondert bestimmen, sodass die Steuerung 100 das Heizelement 75 automatisch mit der entsprechenden Abbrandtemperatur und der Dauer des jeweiligen Bestandteils aktiviert. Beispielsweise könnte der erste Bestandteil bei niedrigerer Temperatur siedende Kohlenwasserstoffe und Feuchtigkeit sein, der zweite Bestandteil könnte verbliebene organische Verbindungen sein, die ansonsten mit Kohlenstoff verbrennen würden, und der dritte Bestandteil könnte Kohlenstoff sein, da Kohlenstoff in der Regel die höchste Abbrandtemperatur im Vergleich zu den anderen Abgasbestandteilen aufweist. Dadurch werden die Kohlenstoffbestandteile mit einer höheren Abbrandtemperatur kontrollierbar abgebrannt, wobei eine relativ geringere Wahrscheinlichkeit besteht, dass diese mit anderen Verbindungen abgebrannt werden. Als Folge wird jede unkontrollierbare Verbrennung aus der Verbrennung des Kohlenstoffs mit anderen Verbindungen wesentlich reduziert, sodass eine relativ geringere Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung des Feinstaubsensors durch unkontrollierte Verbrennung besteht.
Ein Beispiel für die schrittweise Verbrennungsfunktionalität des Heizelements 75 mit verschiedenen Abgasbestandteilen ist wie folgt. Auf Grundlage von experimentellen Daten (siehe 5–11) hat Ammoniak eine Abbrandtemperatur von etwa –33 Grad Celsius, Harnstoff und Biuret von etwa 250 Grad Celsius und Melamin von etwa 370 Grad Celsius. Der Begriff „etwa”, wie hier verwendet, um die Abbrandtemperatur zu definieren, kann sich auf eine absolute Abweichung (z. B. +/–X Grad Celsius) und/oder irgendeinen anderen Begriff beziehen, der von Fachleuten auf dem Gebiet anerkannt wird, eine annehmbare Abweichung von der definierten Abbrandtemperatur zu definieren. Diese Bestandteile stellen Abgasbestandteile dar, die bei der Verbrennung mit Kohlenstoff reagieren, um eine Zunahme (z. B. Unkontrollierbarkeit, Temperatur, Dauer, Raumeinnahme) bei der Verbrennung und Reaktivität zu schaffen, die den Feinstaubsensor beschädigen kann. Dementsprechend beträgt in einer Ausführungsform die erste Temperatur etwa 200 Grad Celsius, um die Feuchtigkeit abzubrennen und die Abbrandtemperatur der Kohlenwasserstoffe zu senken, die zweite Temperatur beträgt etwa 400 Grad Celsius, um die vorgenannten Bestandteile abzubrennen, sodass eine dritte Temperatur bei oder über etwa 700 Grad Celsius liegt, um die Kohlenstoffablagerungen abzubrennen, die nicht durch die Anwesenheit dieser anderen Bestandteile beeinflusst werden. Als Folge findet eine kontrollierte Wiederherstellung des Feinstaubsensors statt, um dessen Lebensdauer zu verlängern.
In einer anderen Ausführungsform kann die Steuerung 100 das Heizelement 75 auf der Basis von Feinstaubdaten aktivieren, wobei die Feinstaubdaten einen Hinweis auf die Menge und die Art des Bestandteils bereitstellen, der den vergifteten Zustand des Feinstaubsensors verursacht. Wie oben erwähnt, können die Menge und die Art des Bestandteils auf Daten von einem Abgasanalysator, zyklischen voltammetrischen Scans unter Verwendung der Interdigital-Spuren als Elektroden, einer Schätzung auf Grundlage einer Abgasströmungsrate und/oder verschiedenen Betriebsparametern des Motor-Nachbehandlungssystems (z. B. Frequenz und Menge der Dosierung, Motordrehzahl und Drehmoment usw.) und dergleichen basiert sein. In diesem Fall wird das Heizelement 75 für erste, zweite und dritte Temperaturbereiche und Dauern auf der Grundlage einer tatsächlichen, geschätzten und/oder vorhergesagten Menge und Art des Abgasbestandteils in dem Feinstaubsensor aktiviert. Beispielsweise kann die Steuerung 100 dort etwa 60 Prozent Kohlenstoff und 40 Prozent der vorgenannten Bestandteile (z. B. Biuret, Harnstoff, Melamin und Ammoniak) schätzen, die in dem Feinstaubsensor angesammelt sind, die wahrscheinlich die Ursache sind, dass der Widerstand über den Feinstaub einen vollen Zustand anzeigt. Aufgrund der relativ höheren Menge an Kohlenstoff gibt die Steuerung 100 eine Anweisung aus, die Kohlenstoff-Abbrandtemperatur (die dritte Temperatur und Dauer) für eine im Vergleich zu den ersten und zweiten Temperaturdauern relativ größere Zeitdauer beizubehalten. In diesem Fall reagiert die Steuerung 100 auf eine tatsächliche, geschätzte und/oder vorhergesagte Menge und Art von Bestandteilen in dem Abgas, die einen vollen Zustand für den Feinstaubsensor verursachen.
Mit Blick auf Vorstehendes ist ein Beispiel des Verfahrens 400 mit den Komponenten der 1–4 in Bezug auf eine Ausführungsform des Fahrzeugs wie folgt. Nach zehn Betriebsstunden des Fahrzeugs empfängt der Regler 100 Feinstaubdaten, die anzeigen, dass der Widerstand über den Feinstaubsensor unter 5 Megaohm (d. h. die nominale Widerstandsschwelle) gefallen ist. Die Steuerung 100 stellt eine Anweisung zur Aktivierung des Heizelements in einer schrittweisen Erhöhung der Temperatur bereit, wobei jeder schrittweise Temperaturbereich auf einem anderen Abgasbestandteil oder einer anderen Gruppe von Bestandteilen basiert ist. In diesem Fall soll der erste Temperaturbereich und die Dauer Bestandteile mit verhältnismäßig niedrigerer Abbrandtemperatur (z. B. Feuchtigkeit und Kohlenwasserstoffe relativ niedriger Abbrandtemperatur) abbrennen. Der zweite Temperaturbereich und die Dauer sollen Bestandteile mit einer mittleren Abbrandtemperatur (z. B. etwa 400 Grad Celsius) abbrennen. Der letzte und dritte Temperaturbereich und die Dauer sollen die Kohlenstoffbestandteile abbrennen. Von den Abgasbestandteilen hat Kohlenstoff die relativ höchste Abbrandtemperatur, sodass er zuletzt abgebrannt wird. Mit dieser Funktionalität wird der Feinstaubsensor in einer kontrollierten Weise wiederhergestellt, um eine unbeständige Verbrennungssituation zwischen einer Vielzahl von Bestandteilen zu vermeiden. Durch die Verbrennung von Bestandteilen in dieser Weise ist das Auftreten einer Wechselwirkung zwischen Giften und den Komponenten des Feinstaubsensors 75 weniger wahrscheinlich, sodass seine Lebensdauer verlängert wird. Nach dem Wiederherstellungszyklus wird der Widerstand über den Feinstaubsensor erfasst, um zu bestimmen, ob der Sensor sich noch in einem vollen Zustand befindet.
Bezugnehmend nun auf die 5A–13, werden verschiedene experimentelle Aufbauten mit entsprechenden Ergebnissen, die die Auswirkung von verschiedenen Arten und Mengen von Abgasbestandteilen in einem Interdigital-Elektroden-Feinstaubsensor zeigen, gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen gezeigt. Diese Reihen von Experimenten simulieren die Auswirkungen verschiedener potentieller Gifte auf eine bestimmte Art von Sensorvergiftung, ein halbleitendes Verhalten. 5A–5B zeigen den experimentellen Aufbau: ein Backprotokoll „A”, ein Backprotokoll „B” und ein Backprotokoll „C” (Diagramm 503). Diese Untersuchungen simulieren die Temperatur, auf die das Heizelement und die Backumgebung aktiviert werden würden (Diagramm 504), zusammen mit einer Menge und Art des Abgases, das dem Sensor ausgesetzt wird (Diagramm 501), die Sensorprobe selbst (Diagramm 505) und die verwendete Ausrüstung (Diagramm 502). 6A–6D und 7A–7E sind Tabellen, welche die Ergebnisse jedes Backprotokolls auf der Grundlage der Menge und Art des Abgasbestandteils (potentielles Gift) darstellen, das auf dem aktiven Bereich des Sensors enthalten ist. In den 6A–6D ist der Gesamtgraph wie folgt unterteilt: Der obere und linke Abschnitt wird in 6A gezeigt, der untere und linke Abschnitt wird in 6B gezeigt, der obere und rechte Abschnitt wird in 6C gezeigt und der untere und rechte Abschnitt wird in 6D gezeigt. In den 7A–7E ist der Gesamtgraph wie folgt aufgegliedert: Der obere und linke Abschnitt wird in 7A gezeigt, in 7B wird der untere und linke Abschnitt gezeigt, in 7C wird der obere und mittlere Abschnitt gezeigt, in 7D wird der untere und mittlere Abschnitt gezeigt und in 7E wird der rechte Abschnitt mit dem oberen Teil (Diagramm 701) und dem unteren Teil (Diagramm 702) gezeigt. In 7E zeigen die schattierten Zellen (z. B. schraffiert) in den letzten sechs Spalten einen wiederhergestellten Widerstand (d. h. wo der Bestandteil abgebrannt und die Funktionsfähigkeit des Feinstaubsensors wiederhergestellt wurde) – d. h. einen gesunden Zustand für den Sensor. Diese relativen Widerstandswerte werden bei 700 Grad Celsius gemessen, um die halbleitenden Eigenschaften zu bestimmen. Die 8A–10B stellen die Ergebnisse jedes Backprotokolls dar (8A–8B entsprechen den Ergebnissen des Backprotokolls „A”, 9A–9C entsprechen den Ergebnissen des Backprotokolls „B” (der Graph der 9A–9C ist wie folgt aufgegliedert: Der obere und linke Abschnitt wird in 9A gezeigt, der untere und linke Abschnitt wird in 9B gezeigt und der obere und untere rechte Abschnitt wird in 9C gezeigt) und die 10A–10C entsprechen den Ergebnissen des Backprotokolls „C” (der Graph der 10A–10C ist wie folgt aufgegliedert: Der obere und linke Abschnitt wird in 10A gezeigt, der untere und der linke Abschnitt wird in 10B gezeigt und die oberen und unteren rechten Abschnitte werden in 10C gezeigt)). Schließlich zeigen die 11A–11F eine Tabellierung aller kombinierten Ergebnisse (z. B. 8A–10C in einer Tabelle) mit entsprechenden Diagrammen (12–13), um die Unterschiede zwischen jedem Backprotokoll zu zeigen, wenn die Bedingungen konstant bleiben. In den 11A–11F wird das Gesamtdiagramm wie folgt aufgegliedert: Der obere und linke Abschnitt wird in 11A gezeigt, in 11B ist der untere und linke Abschnitt gezeigt, der obere und mittlere Abschnitt wird in 11C gezeigt, der untere und mittlere Abschnitt wird in 11D gezeigt, der obere und der rechte Abschnitt wird in 11E gezeigt und der untere und der rechte Abschnitt wird in 11F gezeigt. Wie in den 5A–13 gezeigt wird, beeinflusst die Art und Menge des Abgasbestandteils, der in dem PM-Sensor 70 enthalten ist, die Temperatur, die erforderlich oder im Wesentlichen erforderlich ist, um die Bestandteile herauszulösen.
Die oben beschriebenen schematischen Flussdiagramme und die schematischen Verfahrensdiagramme sind allgemein als logische Flussdiagramme ausgeführt. Als solche zeigen die dargestellte Reihenfolge und die markierten Schritte repräsentative Ausführungsformen. Andere Schritte, Reihenfolgen und Verfahren sind vorstellbar, die in der Funktion, Logik oder den Wirkungen zu einem oder mehreren Schritten oder Teilschritten der in den schematischen Diagrammen dargestellten Verfahren äquivalent sind.
Weiterhin sind das eingesetzte Format und die Symbole vorgesehen, um die logischen Schritte der schematischen Diagramme zu erläutern und als den Schutzbereich der durch die Diagramme illustrierten Verfahren nicht einschränkend anzusehen. Obwohl diverse Pfeiltypen und Linientypen in den schematischen Diagrammen verwendet werden können, sollen sie den Schutzbereich der entsprechenden Verfahren nicht einschränken. Tatsächlich können einige Pfeile oder andere Verbindungen verwendet werden, um nur den logischen Ablauf eines Verfahrens anzugeben. Zum Beispiel kann ein Pfeil eine Warte- oder Überwachungszeit von nicht spezifizierter Dauer zwischen aufgezählten Schritten eines dargestellten Verfahrens angeben. Weiterhin kann die Reihenfolge, in der ein bestimmtes Verfahren abläuft, genau mit der Reihenfolge der entsprechenden gezeigten Schritte übereinstimmen oder auch nicht. Es ist auch anzumerken, dass jeder Block der Blockdiagramme und/oder Flussdiagramme und jede Kombination von Blöcken in den Blockdiagrammen und/oder Flussdiagrammen durch hardwarebasierte Systeme für Sonderzwecke, die die spezifizierten Funktionen oder Vorgänge durchführen, oder Kombinationen von Hardware und Programmcodes für Sonderzwecke implementiert werden kann.
Viele der in dieser Spezifikation beschriebenen funktionellen Einheiten wurden als Module markiert, um ihre Ausführungsunabhängigkeit noch stärker zu betonen. Beispielsweise kann ein Modul als Hardware-Schaltung implementiert sein, die benutzerdefinierte VLSI-Schaltungen oder Universalschaltkreise, gebrauchsfertige Halbleiter, wie logische Chips, Transistoren oder andere diskrete Komponenten aufweist. Ein Modul kann auch in programmierbaren Hardware-Einheiten implementiert sein, wie feldprogrammierbare Universalschaltkreise, programmierbare logische Schaltungen, programmierbare logische Einheiten oder dergleichen.
Module können auch in einem maschinenlesbaren Medium zur Ausführung durch diverse Typen von Prozessoren implementiert werden. Ein identifiziertes Modul von ausführbarem Code kann zum Beispiel einen oder mehrere physische oder logische Blöcke von Computer-Anweisungen aufweisen, die beispielsweise als Objekt, Prozess, Prozedur oder Funktion organisiert sein können. Dennoch müssen die ausführbaren Dateien eines identifizierten Moduls nicht physisch zusammen lokalisiert sein, können jedoch grundverschiedene Anweisungen aufweisen, die an verschiedenen Orten gespeichert sind, die, wenn sie logisch miteinander verknüpft werden, das Modul aufweisen und den angegebenen Zweck für das Modul erreichen.
Tatsächlich kann ein Modul von computerlesbarem Programmcode eine Einzelanweisung sein, oder es können viele Anweisungen sein und können gleichmäßig über mehrere verschiedene Code-Abschnitte über verschiedene Programme und über mehrere Speichervorrichtungen verteilt sein. Gleichermaßen können Betriebsdaten hierin innerhalb von Modulen identifiziert und veranschaulicht werden, und können in jeder geeigneten Form ausgeprägt und innerhalb jedes geeigneten Typs von Datenstruktur organisiert sein. Die Betriebsdaten können als einzelne Datenreihe gesammelt werden, oder können über verschiedene Orte, darunter verschiedene Speichervorrichtungen, verteilt sein und können mindestens teilweise hauptsächlich als elektronische Signale auf einem System oder Netzwerk existieren. Wenn ein Modul oder Teile eines Moduls in einem maschinenlesbaren Medium (oder computerlesbaren Medium) implementiert sind, kann der computerlesbare Programmcode in einem oder mehreren computerlesbaren Medien gespeichert und/oder dorthin übertragen werden.
Das computerlesbare Medium kann ein greifbares computerlesbares Speichermedium sein, das den computerlesbaren Programmcode speichert. Das computerlesbare Speichermedium kann zum Beispiel (ist aber nicht darauf beschränkt) ein System, eine Vorrichtung oder ein Gerät auf elektronischer, magnetischer, optischer, elektromagnetischer, Infrarot-, holographischer, mikromechanischer oder Halbleiter-Basis oder jegliche geeignete Kombination von diesen sein.
Spezifischere Beispiele für ein computerlesbares Medium können, jedoch ohne Einschränkung, eine tragbare Computerdiskette, eine Festplatte, ein RAM-Modul, einen ROM-Speicher, einen löschbaren programmierbaren Nur-Lese-Speicher (EPROM oder Flash-Speicher), einen tragbaren CD-Speicher nur zum Lesen (CD-ROM), eine vielseitige Digitaldisk (DVD), ein optisches Speichergerät, ein magnetisches Speichergerät, ein holografisches Speichergerät, ein mikromechanisches Speichergerät oder jede geeignete Kombination der vorgenannten umfassen. Im Kontext dieses Dokuments kann ein computerlesbares Speichermedium jedes greifbare Medium sein, dass einen computerlesbaren Programmcode zur Verwendung durch bzw. in Verbindung mit einem Anweisungsausführungssystem, einer Vorrichtung oder einem Gerät enthalten bzw. speichern kann.
Das computerlesbare Medium kann auch ein computerlesbares Signalmedium sein. Ein computerlesbares Signalmedium kann ein propagiertes Datensignal mit computerlesbarem Programmcode darin einschließen, z. B. auf Basisband oder als Teil einer Trägerwelle. Ein solches propagiertes Signal kann jede einer Vielzahl verschiedener Formen annehmen, einschließlich, jedoch nicht ausschließlich, elektrische, elektromagnetische, magnetische, optische oder eine beliebige geeignete Kombination davon. Ein computerlesbares Signalmedium kann jedes computerlesbare Medium sein, bei dem es sich nicht um ein computerlesbares Speichermedium handelt, und das einen computerlesbaren Programmcode zur Verwendung durch oder in Verbindung mit einem Anweisungsausführungssystem, einer Vorrichtung oder einem Gerät kommunizieren, propagieren oder transportieren kann. Ein in einem computerlesbaren Signalmedium eingebetteter computerlesbarer Programmcode kann unter Verwendung von jedem beliebigen geeigneten Mediums übertragen werden, einschließlich (ist aber nicht darauf beschränkt) drahtlos, verdrahtet, per faseroptischem Kabel, Hochfrequenz (RF) oder dergleichen, oder jeglicher geeigneten Kombination von diesen.
In einer Ausführungsform kann das computerlesbare Medium eine Kombination von einem oder mehreren computerlesbaren Speichermedien und einem oder mehreren computerlesbaren Signalmedien umfassen. Zum Beispiel kann ein computerlesbarer Programmcode sowohl als elektromagnetisches Signal durch ein faseroptisches Kabel zur Ausführung durch einen Prozessor übertragen als auch in einer RAM-Speichereinrichtung zur Ausführung durch den Prozessor gespeichert werden.
Ein computerlesbarer Programmcode zum Ausführen von Vorgängen für Aspekte der vorliegenden Erfindung kann in jeglicher Kombination von einer oder mehreren Programmiersprachen, einschließlich einer objektorientierten Programmiersprache wie z. B. Java, Smalltalk, C++ oder dergleichen, und konventionellen prozeduralen Programmiersprachen geschrieben sein, wie z. B. der Programmiersprache ”C” oder ähnlichen Programmiersprachen. Der computerlesbare Programmcode kann gänzlich auf dem Computer des Benutzers, teilweise auf dem Computer des Benutzers, als computerlesbares Stand-Alone-Package, teilweise auf dem Computer des Benutzers und teilweise auf einem Remote-Computer oder gänzlich auf dem Remote-Computer oder Server arbeiten. In dem letzteren Szenario kann der Remote-Computer mit dem Computer des Benutzers über eine beliebige Art von Netzwerk verbunden sein, einschließlich eines lokalen Netzwerks (LAN) oder eines Weitverkehrsnetzes (WAN), oder die Verbindung kann zu einem externen Computer erfolgen (zum Beispiel über das Internet unter Verwendung eines Internet-Dienstanbieters).
Der Programmcode kann auch in einem computerlesbaren Medium gespeichert werden, das einen Computer, eine andere programmierbare Datenverarbeitungs-Einrichtung oder andere Geräte derart steuern kann, dass sie in einer bestimmten Weise arbeiten, so dass die in dem computerlesbaren Medium gespeicherten Anweisungen einen Herstellartikel einschließlich Anweisungen erzeugen, die die in den schematischen Flussdiagrammen und/oder dem Block oder den Blöcken der schematischen Blockdiagramme spezifizierte Funktion bzw. den entsprechenden Vorgang implementieren.
Der Bezug in dieser gesamten Spezifikation auf „eine Ausführungsform” oder eine ähnliche Wortwahl bedeutet, dass eine besondere Eigenschaft, Struktur oder Charakteristik, die in Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, mindestens in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthalten ist. Somit kann die Verwendung der Wendung „in einer Ausführungsform” und eine ähnliche Wortwahl in dieser Beschreibung sich, muss sich aber nicht notwendigerweise auf dieselbe Ausführungsform beziehen.
Entsprechend kann die vorliegende Offenbarung in anderen spezifischen Formen ausgeführt werden, ohne von ihrem Geist oder den wesentlichen Eigenschaften abzuweichen. Die beschriebenen Ausführungsformen sind in jeder Hinsicht lediglich als illustrativ und nicht als einschränkend anzusehen. Der Schutzumfang der Offenbarung wird daher von den beiliegenden Ansprüchen und nicht von der vorstehenden Beschreibung angegeben; Sämtliche Änderungen, die innerhalb der Bedeutung und des Bereichs einer Gleichwertigkeit der Ansprüche liegen, sind als darin enthalten zu verstehen.

Claims

System, umfassend: einen Motor; ein Abgasnachbehandlungssystem, das mit dem Motor gekoppelt ist, um Abgas zu erhalten, wobei das Abgasnachbehandlungssystem einen Feinstaubsensor beinhaltet, der ein Heizelement beinhaltet, das aufgebaut ist, selektiv Wärme an den Feinstaubsensor zu liefern; und eine Steuerung, die mit dem Motor und dem Abgasnachbehandlungssystem kommunikativ gekoppelt ist, wobei die Steuerung aufgebaut ist zum: Empfangen von Feinstaubdaten, die einen Zustand des Feinstaubsensors anzeigen; Bestimmen auf Basis der Feinstaubdaten, dass der Feinstaubsensor sich in einem vollen Zustand befindet; und mehrmaligen Aktivieren des Heizelements bei intermittierenden Temperaturen vor einer Endtemperatur.
System nach Anspruch 1, wobei die Endtemperatur den Sensor vollständig befreit.
System nach Anspruch 2, wobei eine Bestimmung, dass der Sensor vollständig befreit ist, auf einem gemessenen Widerstand über den Sensor basiert ist, der bei oder oberhalb einer nominalen Widerstandsschwelle liegt.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuerung aufgebaut ist: das Heizelement des Feinstaubsensors auf einen ersten Temperaturbereich für eine erste Dauer zu aktivieren; das Heizelement auf einen zweiten Temperaturbereich für eine zweite Dauer nach der ersten Dauer zu aktivieren; und das Heizelement auf einen dritten Temperaturbereich für eine dritte Dauer nach der zweiten Dauer zu aktivieren.
System nach Anspruch 4, wobei der erste Temperaturbereich und die erste Dauer einer Abbrandtemperatur und -dauer eines ersten Bestandteils eines Abgases in dem System entsprechen, wobei der zweite Temperaturbereich und die zweite Dauer einer Abbrandtemperatur und -dauer eines zweiten Bestandteils eines Abgases in dem System entsprechen und wobei der dritte Temperaturbereich und die dritte Dauer einer Abbrandtemperatur und -dauer eines dritten Bestandteils des Abgases in dem System entsprechen.
System nach Anspruch 5, wobei der erste Bestandteil zumindest eines von Ammoniak und Wasser enthält, wobei der zweite Bestandteil mindestens eines von Harnstoff, Biuret und Melamin enthält und wobei der dritte Bestandteil Kohlenstoff enthält.
System nach Anspruch 4, wobei der erste Temperaturbereich kleiner als der zweite Temperaturbereich ist und wobei der zweite Temperaturbereich kleiner als der dritte Temperaturbereich ist.
System nach Anspruch 4, wobei der erste Temperaturbereich etwa 200 Grad Celsius beträgt und die erste Dauer etwa 15 Sekunden ist, wobei der zweite Temperaturbereich etwa 400 Grad Celsius und die zweite Dauer etwa 15 Sekunden ist und wobei der dritte Temperaturbereich etwa oder mehr als 700 Grad Celsius beträgt und die dritte Dauer etwa 15 Sekunden ist.
System nach Anspruch 1, wobei der volle Zustand auf einem Widerstand über den Feinstaubsensorsensor basiert ist, der kleiner als eine nominalen Widerstandsschwelle ist.
System nach Anspruch 1, wobei der Feinstaubsensor als Interdigital-Elektrodensensor aufgebaut ist.
Verfahren zur Wiederherstellung eines Feinstaubsensors in einem Abgasnachbehandlungssystem, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Empfangen von Feinstaubdaten, die einen Zustand eines Feinstaubsensors anzeigen; Bestimmen auf Grundlage der Feinstaubdaten, dass sich der Feinstaubsensor in einem vollen Zustand befindet; Aktivieren eines Heizelements des Feinstaubsensors auf einen ersten Temperaturbereich für eine erste Dauer; Aktivieren des Heizelements auf einen zweiten Temperaturbereich für eine zweite Dauer nach der ersten Dauer; und Aktivieren des Heizelements auf einen dritten Temperaturbereich für eine dritte Dauer nach der zweiten Dauer.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Feinstaubsensor als Interdigital-Elektrodensensor aufgebaut ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der erste Temperaturbereich und die erste Dauer einer Abbrandtemperatur und -dauer eines ersten Bestandteils eines Abgases in dem System entsprechen, wobei der zweite Temperaturbereich und die zweite Dauer einer Abbrandtemperatur und -dauer eines zweiten Bestandteils eines Abgases in dem System entsprechen und wobei der dritte Temperaturbereich und die dritte Dauer einer Abbrandtemperatur und -dauer eines dritten Bestandteils des Abgases in dem System entsprechen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der erste Temperaturbereich kleiner als der zweite Temperaturbereich ist und wobei der zweite Temperaturbereich kleiner als der dritte Temperaturbereich ist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der volle Zustand auf einem Widerstand über den Feinstaubsensorsensor basiert ist, der kleiner als eine nominalen Widerstandsschwelle ist, wobei die nominale Widerstandsschwelle etwa 10 Megaohm beträgt.
Vorrichtung, umfassend: ein Feinstaub-(PM-)-Sensormodul, das aufgebaut ist, Feinstaubdaten zu empfangen und auf Basis der Feinstaubdaten zu bestimmen, dass ein Feinstaubsensor eines Abgasnachbehandlungssystems sich in einem vollen Zustand befindet; und ein mit dem PM-Sensormodul kommunikativ gekoppeltes Heizelementmodul, wobei das Heizelementmodul aufgebaut ist, ein Heizelement des Feinstaubsensors vor einer Endtemperatur mehrmals bei intermittierenden Temperaturen zu aktivieren.
Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei das Heizelement aufgebaut ist: das Heizelement des Feinstaubsensors auf einen ersten Temperaturbereich für eine erste Dauer zu aktivieren; das Heizelement auf einen zweiten Temperaturbereich für eine zweite Dauer nach der ersten Dauer zu aktivieren; und das Heizelement auf einen dritten Temperaturbereich für eine dritte Dauer nach der zweiten Dauer zu aktivieren.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der erste Temperaturbereich und die erste Dauer einer Abbrandtemperatur und -dauer eines ersten Bestandteils eines Abgases in dem System entsprechen, wobei der zweite Temperaturbereich und die zweite Dauer einer Abbrandtemperatur und -dauer eines zweiten Bestandteils eines Abgases in dem System entsprechen und wobei der dritte Temperaturbereich und die dritte Dauer einer Abbrandtemperatur und -dauer eines dritten Bestandteils des Abgases in dem System entsprechen.
Vorrichtung nach Anspruch 18, wobei der erste Bestandteil zumindest eines von Ammoniak und Wasser enthält, wobei der zweite Bestandteil mindestens eines von Harnstoff, Biuret und Melamin enthält und wobei der dritte Bestandteil Kohlenstoff enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 17, wobei der erste Temperaturbereich kleiner als der zweite Temperaturbereich ist und wobei der zweite Temperaturbereich kleiner als der dritte Temperaturbereich ist.