DE112015005978T5 - System und Verfahren zum Detektieren einer Flächenverstopfung einer Abgasnachbehandlungskomponente - Google Patents

System und Verfahren zum Detektieren einer Flächenverstopfung einer Abgasnachbehandlungskomponente Download PDF

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Abstract

Ein Abgasnachbehandlungssystem kann einen Oxidationskatalysator, einen Rußsensor, einen Filter und ein Steuermodul umfassen. Der Oxidationskatalysator kann in einem Abgaskanal angeordnet sein und kann von einem Motor ausgestoßenes Abgas aufnehmen. Der Rußsensor kann zumindest teilweise in dem Abgaskanal stromabwärts des Oxidationskatalysators angeordnet sein. Der Filter kann in dem Abgaskanal stromabwärts des Rußsensors angeordnet sein. Das Steuermodul kann mit dem Rußsensor in Verbindung stehen und kann einen Flächenverstopfungszustand des Oxidationskatalysators basierend auf von dem Rußsensor empfangenen Daten bestimmen.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 15. Januar 2015 eingereichten US-Gebrauchsmusteranmeldung Nr. 14/597,745. Es wird hier auf die gesamte Offenbarung der obigen Anmeldung Bezug genommen.
  • GEBIET
  • Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zum Detektieren einer Flächenverstopfung einer Abgasnachbehandlungskomponente.
  • HINTERGRUND
  • Dieser Abschnitt stellt Hintergrundinformationen zur vorliegenden Offenbarung bereit und stellt nicht zwangsweise den Stand der Technik dar.
  • In dem Bestreben, die Menge an NOx und Partikeln, die während Verbrennungsmotorbetriebs in die Atmosphäre ausgestoßen werden, zu reduzieren, sind eine Reihe von Abgasnachbehandlungsvorrichtungen entwickelt worden. Ein Bedarf an Abgasnachbehandlungssystemen entsteht insbesondere bei der Implementierung von Dieselverbrennungsprozessen. Typische Nachbehandlungssysteme für Dieselmotorabgas können eine Kohlenwasserstoff(HC – Hydrocarbon)-Einspritzvorrichtung, einen Dieseloxidationskatalysator (DOC – Diesel Oxidation Catalyst), einen Dieselpartikelfilter (DPF – Diesel Particulate Filter) und ein SCR-System (SCR – Selective Catalytic Reduction; selektive katalytische Reduktion) (umfassend eine Harnstoffeinspritzvorrichtung) umfassen.
  • Ein Problem, das durch die Verwendung derartiger Nachbehandlungssysteme auftreten kann, besteht in der Zusetzung oder Verstopfung des DOC. DOC-Flächenverstopfung kann beispielsweise den Gegendruck im Auslasssystem erhöhen, die katalytische Leistung reduzieren und eine Regeneration des DPF behindern. Somit ist es wünschenswert, ein Nachbehandlungssystem bereitzustellen, das effektiv einen DOC-Flächenverstopfungszustand detektieren und eine korrigierende Maßnahme zur Behebung des Flächenverstopfungszustands implementieren kann.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Kurzdarstellung der Offenbarung bereit und ist keine umfassende Offenbarung ihres gesamten Schutzumfangs oder aller ihrer Merkmale.
  • Bei einer Ausführung stellt die vorliegende Offenbarung ein Abgasnachbehandlungssystem bereit, das einen Oxidationskatalysator, einen Rußsensor, einen Filter und ein Steuermodul umfassen kann. Der Oxidationskatalysator kann in einem Abgaskanal angeordnet sein und kann von einem Motor ausgestoßenes Abgas aufnehmen. Der Rußsensor kann somit zumindest teilweise in dem Abgaskanal stromabwärts des Oxidationskatalysators angeordnet sein. Der Filter kann in dem Abgaskanal stromabwärts des Rußsensors angeordnet sein. Das Steuermodul kann mit dem Rußsensor in Verbindung stehen und kann einen Flächenverstopfungszustand des Oxidationskatalysators basierend auf von dem Rußsensor empfangenen Daten bestimmen.
  • Bei einigen Konfigurationen handelt es sich bei dem Filter um einen Dieselpartikelfilter.
  • Bei einigen Konfigurationen handelt es sich bei dem Filter um einen SCR-Filter.
  • Bei einigen Konfigurationen steht das Steuermodul mit einer Einspritzvorrichtung in Verbindung, die dazu konfiguriert ist, Kraftstoff in den Abgaskanal stromaufwärts des Oxidationskatalysators als Reaktion darauf, dass das Steuermodul den Flächenverstopfungszustand detektiert, einzuspritzen.
  • Bei einigen Konfigurationen berechnet das Steuermodul einen modellierten Rußdurchsatzwert und vergleicht den modellierten Rußdurchsatzwert mit einem gemessenen Rußdurchsatzwert, der von dem Rußsensor empfangen wird.
  • Bei einigen Konfigurationen berechnet das Steuermodul eine Summe aus einem modellierten Rußdurchsatzwert und einem vorigen modellierten Rußdurchsatzwert. Das Steuermodul kann als Reaktion darauf, dass die Summe bei oder über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt, ein Regenerationsereignis und/oder eine Störungswarnung auslösen.
  • Bei einigen Konfigurationen bestimmt das Steuermodul den Flächenverstopfungszustand basierend auf einem Vergleich eines Schwellenwerts mit einer Differenz zwischen einem modellierten Rußdurchsatzwert und einem von dem Rußsensor empfangenen gemessenen Rußdurchsatzwert.
  • Bei einigen Konfigurationen löst das Steuermodul ein Regenerationsereignis als Reaktion auf die Detektion des Flächenverstopfungszustands des Oxidationskatalysators aus.
  • Bei einigen Konfigurationen löst das Steuermodul eine Störungswarnung als Reaktion auf die Detektion des Flächenverstopfungszustands des Oxidationskatalysators aus.
  • Bei einigen Konfigurationen umfasst das Abgasnachbehandlungssystem eine Fluideinspritzvorrichtung, die mit dem Steuermodul in Verbindung steht. Das Steuermodul kann bewirken, dass die Fluideinspritzvorrichtung als Reaktion auf die Detektion des Flächenverstopfungszustands des Oxidationskatalysators ein Fluid in den Abgaskanal einspritzt.
  • Bei einigen Konfigurationen umfasst das Fluid Kohlenwasserstoffkraftstoff.
  • Bei einer weiteren Ausführung stellt die vorliegende Offenbarung ein Verfahren bereit, das Positionieren eines Rußsensors zumindest teilweise in einem Abgaskanal stromabwärts eines Oxidationskatalysators, wobei der Abgaskanal aus einem Motor ausgestoßenes Abgas aufnimmt; Verwenden des Rußsensors zur Durchführung von Messungen, die eine Menge an Ruß in dem aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgas angeben; und Bestimmen eines Flächenverstopfungszustands des Oxidationskatalysators basierend auf von dem Rußsensor empfangenen Daten umfassen kann.
  • Bei einigen Konfigurationen ist der Rußsensor stromaufwärts eines Filters positioniert. Bei dem Filter kann es sich beispielsweise um einen Dieselpartikelfilter oder einen SCR-Filter handeln.
  • Bei einigen Konfigurationen umfasst das Verfahren Verwenden einer Einspritzvorrichtung zum Einspritzen eines Kraftstoffs in den Abgaskanal stromaufwärts des Oxidationskatalysators als Reaktion auf die Detektion des Flächenverstopfungszustands.
  • Bei einigen Konfigurationen umfasst das Verfahren Berechnen eines modellierten Rußdurchsatzwerts und Vergleichen des modellierten Rußdurchsatzwerts mit einem gemessenen Rußdurchsatzwert, der von dem Rußsensor empfangen wird.
  • Bei einigen Konfigurationen umfasst das Verfahren Berechnen einer Summe aus dem modellierten Rußdurchsatzwert und einem vorigen modellierten Rußdurchsatzwert. Das Steuermodul kann als Reaktion darauf, dass die Summe bei oder über einem ersten Schwellenwert liegt, ein Regenerationsereignis und/oder eine Störungswarnung auslösen.
  • Bei einigen Konfigurationen wird der Flächenverstopfungszustand basierend auf einem Vergleich eines zweiten Schwellenwerts mit einer Differenz zwischen dem modellierten Rußdurchsatzwert und dem von dem Rußsensor empfangenen gemessenen Rußdurchsatzwert bestimmt.
  • Bei einigen Konfigurationen umfasst das Verfahren Auslösen eines Regenerationsereignisses als Reaktion auf die Detektion des Flächenverstopfungszustands des Oxidationskatalysators.
  • Bei einigen Konfigurationen umfasst das Verfahren Auslösen einer Störungswarnung als Reaktion auf die Detektion des Flächenverstopfungszustands des Oxidationskatalysators.
  • Weitere Anwendungsbereiche gehen aus der hier bereitgestellten Beschreibung hervor. Die Beschreibung und spezifische Beispiele in der vorliegenden Kurzdarstellung dienen lediglich der Veranschaulichung und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken.
  • ZEICHNUNGEN
  • Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich der Veranschaulichung ausgewählter Ausführungsformen und nicht aller möglichen Implementierungen und sollen nicht den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung einschränken.
  • 1 ist eine schematische Darstellung eines Motors und eines Abgasnachbehandlungssystems gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung; und
  • 2 ist ein Ablaufdiagramm, das ein Verfahren gemäß den Prinzipien der vorliegenden Offenbarung darstellt.
  • Übereinstimmende Bezugszeichen geben über die verschiedenen Ansichten der Zeichnungen hinweg übereinstimmende Teile an.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Beispielhafte Ausführungsformen werden nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen umfassender beschrieben.
  • Es werden beispielhafte Ausführungsformen bereitgestellt, so dass diese Offenbarung gründlich ist und dem Fachmann den Schutzumfang vollständig übermittelt. Es werden zahlreiche spezielle Details angeführt, wie z. B. Beispiele für spezielle Komponenten, Vorrichtungen und Verfahren, um ein gründliches Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung bereitzustellen. Für den Fachmann liegt auf der Hand, dass die speziellen Details nicht eingesetzt werden müssen, dass beispielhafte Ausführungsformen in vielen verschiedenen Formen ausgestaltet werden können und dass keine als den Schutzumfang der Offenbarung einschränkend ausgelegt werden soll. Bei einigen Ausführungsbeispielen werden allseits bekannte Verfahren, allseits bekannte Vorrichtungsstrukturen und allseits bekannte Technologien nicht ausführlich beschrieben.
  • Die hier verwendete Terminologie dient nur zum Zweck der Beschreibung bestimmter Ausführungsbeispiele und soll nicht als Einschränkung verstanden werden. Wie hier verwendet wird, sollen die Singularformen "ein", "eine" und "der/die/das" auch die Pluralformen umfassen, sofern der Kontext nicht ausdrücklich etwas anderes angibt. Die Ausdrücke "umfasst", "umfassen(d)", "enthalten(d)" und "aufweisen(d)" sind inklusiv gemeint und geben deshalb das Vorhandensein von angeführten Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsgängen, Elementen und/oder Komponenten an, schließen aber das Vorhandensein oder Hinzufügen von einem/einer oder mehreren anderen Merkmalen, ganzen Zahlen, Schritten, Arbeitsgängen, Elementen, Komponenten und/oder Gruppen derselben nicht aus. Die hier beschriebenen Verfahrensschritte, Verfahren und Arbeitsschritte dürfen nicht so verstanden werden, dass ihre Durchführung unbedingt in der speziellen erörterten oder dargestellten Reihenfolge erforderlich ist, sofern diese nicht spezifisch als die Reihenfolge der Durchführung angegeben ist. Es versteht sich ferner, dass weitere oder alternative Schritte angewendet werden können.
  • Wenn ein Element oder eine Schicht als "an", "in Eingriff mit", "verbunden mit" oder "gekoppelt mit" einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben ist, kann es bzw. sie sich direkt an dem anderen Element oder der anderen Schicht, in Eingriff damit, verbunden damit oder gekoppelt damit befinden, oder es können dazwischenliegende Elemente oder Schichten vorhanden sein. Wenn hingegen ein Element als "direkt an", "direkt in Eingriff mit", "direkt verbunden mit" oder "direkt gekoppelt mit" einem anderen Element oder einer anderen Schicht beschrieben wird, können keine dazwischenliegenden Elemente oder Schichten vorhanden sein. Ein anderer Wortlaut, der zur Beschreibung der Beziehung zwischen Elementen verwendet wird, sollte auf eine ähnliche Weise interpretiert werden (beispielsweise "zwischen" versus "direkt zwischen", "neben" versus "direkt neben" usw.). Wie hier verwendet, umfasst der Begriff "und/oder" beliebige und alle Kombinationen aus einem oder mehreren der zugeordneten aufgelisteten Objekte.
  • Obwohl hier die Begriffe erster, zweiter, dritter etc. zur Beschreibung verschiedener Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte verwendet werden können, sollten diese Elemente, Komponenten, Bereiche, Schichten und/oder Abschnitte nicht durch diese Begriffe eingeschränkt werden. Diese Begriffe können nur dazu verwendet werden, ein Element, eine Komponente, einen Bereich, eine Schicht oder einen Abschnitt von einem anderen Bereich, einer anderen Schicht oder einem anderen Abschnitt zu unterscheiden. Begriffe wie "erster", "zweiter" und sonstige hier verwendete numerische Begriffe implizieren keine Abfolge oder Reihenfolge, sofern dies nicht eindeutig aus dem Kontext hervorgeht. Somit könnte ein erstes Element, eine erste Komponente, ein erster Bereich, eine erste Schicht oder ein erster Abschnitt, die nachstehend erörtert werden, als ein zweites Element, eine zweite Komponente, ein zweiter Bereich, eine zweite Schicht oder ein zweiter Abschnitt bezeichnet werden, ohne von den Lehren der beispielhaften Ausführungsformen abzuweichen.
  • Räumlich bezogene Begriffe wie "innerer", "äußerer", "unterhalb", "unter", "unterer", "über", "oberer" und dergleichen können hier zur Vereinfachung der Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder eines Merkmals zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Merkmalen, wie in den Figuren veranschaulicht, leichter zu beschreiben. Mit räumlich bezogenen Begriffen kann bezweckt werden, zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Ausrichtung verschiedene Ausrichtungen der Vorrichtung im Gebrauch oder Betrieb mit zu umfassen. Wenn die Vorrichtung in den Figuren zum Beispiel umgedreht wird, würden Elemente, die als "unter" oder "unterhalb" von anderen Elementen oder Merkmalen beschrieben wurden, dann "über" den anderen Elementen oder Merkmalen ausgerichtet sein. Somit kann der exemplarische Begriff "unter" sowohl eine Ausrichtung von über als auch von unter umfassen. Die Vorrichtung kann auch anders (um 90 Grad gedreht oder in anderen Ausrichtungen) ausgerichtet sein, und die hier verwendeten räumlich bezogenen beschreibenden Begriffe werden entsprechend ausgelegt.
  • Mit Bezug auf 1 wird ein Abgasnachbehandlungssystem 10 bereitgestellt, das die Abgasausgabe von einem Verbrennungsmotor 12 behandeln kann. Das Abgasnachbehandlungssystem 10 kann einen Abgaskanal 14, einen Oxidationskatalysator (z. B. einen Dieseloxidationskatalysator oder DOC) 16, einen Filter 18 und einen SCR-Katalysator 20 umfassen. Der DOC 16, der Filter 18 und der SCR-Katalysator 20 sind derart in dem Abgaskanal 14 angeordnet, dass ein Teil oder die gesamte Abgasausgabe vom Motor 12 dort hindurch strömt. Bei dem Filter 18 kann es sich beispielsweise um einen Dieselpartikelfilter (DPF) oder einen SCR-Filter handeln.
  • Eine Kohlenwasserstoff(HC)-Einspritzvorrichtung 22 kann zumindest teilweise in dem Abgaskanal 14 stromaufwärts des DOC 16 angeordnet sein. Die HC-Einspritzvorrichtung 22 kann Kohlenwasserstoffkraftstoff von einem Kraftstofftank (nicht gezeigt) empfangen und kann den Kraftstoff in den Abgasstrom stromaufwärts des DOC 16 einspritzen. Ein Brenner 24 kann zumindest teilweise in dem Abgaskanal 14 stromaufwärts des DOC 16 an oder neben der HC-Einspritzvorrichtung 22 angeordnet sein. Der Brenner 24 kann den durch die HC-Einspritzvorrichtung 22 eingespritzten Kraftstoff zur Regeneration des DOC 16 und/oder des Filters 18 einspritzen.
  • Eine Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung 26 kann zumindest teilweise in dem Abgaskanal 14 stromabwärts des Filters 18 und stromaufwärts des SCR-Katalysators 20 angeordnet sein. Die Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung 26 kann ein Reduktionsmittel (z. B. Harnstoff) von einem Reduktionsmitteltank (nicht gezeigt) empfangen und das Reduktionsmittel in den Abgasstrom stromaufwärts des SCR-Katalysators 20 einspritzen.
  • Ein Rußsensor 28 kann beispielsweise zumindest teilweise in dem Abgaskanal 14 an einer Stelle stromabwärts des DOC 16 und stromaufwärts des Filters 18 angeordnet sein. Bei dem Rußsensor 28 kann es sich um eine beliebige Art von Sensor, der zum Messen einer Rußmasse oder einer Rußdurchsatzrate in dem Abgasstrom in der Lage ist, oder eine beliebige Art von Sensor, der zum Messen eines Parameters des Abgasstroms, der einen Rußmassenwert und eine Rußdurchsatzrate anzeigt, in der Lage ist, handeln. Beispielsweise könnte der Rußsensor 28 bei einigen Konfigurationen eine Schaltung umfassen, die ein Paar elektrisch leitfähiger Platten oder Sonden (nicht gezeigt) aufweist, die derart konfiguriert sind, dass eine Ansammlung oder ein Vorliegen von Ruß an den Platten oder Sonden den Widerstand in der Schaltung ändert, wodurch eine Rußmasse in dem Abgas angezeigt wird.
  • Ein Steuermodul 30 kann mit der HC-Einspritzvorrichtung 22, dem Brenner 24, der Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung 26 und dem Rußsensor 28 in Verbindung stehen. Das Steuermodul 30 kann den Betrieb der HC-Einspritzvorrichtung 22, des Brenners 24 und der Reduktionsmitteleinspritzvorrichtung 26 steuern. Wie im Folgenden genauer beschrieben wird, kann das Steuermodul 30 das Vorliegen oder Nichtvorliegen eines Flächenverstopfungszustands an dem DOC 16 detektieren. Wenn das Steuermodul 30 bestimmt, dass der DOC 16 verstopft ist, kann das Steuermodul 30 ein Regenerationsereignis (beispielsweise unter Verwendung der HC-Einspritzvorrichtung 22 und des Brenners 24) zur Säuberung des DOC 16 auslösen. Wenn der Flächenverstopfungszustand durch das Regenerationsereignis nicht behoben wird, kann das Steuermodul 30 eine Störungswarnung (z. B. einen hörbaren Alarm oder eine hörbare Warnung oder eine sichtbare Warnung für Motorstörungen usw.) auslösen, die einen Fahrer des Fahrzeugs zu einer Wartung des DOC anhält.
  • Mit Bezug auf 2 wird ein Verfahren zum Detektieren einer DOC-Flächenverstopfung beschrieben. Bei Schritt 110 kann das Steuermodul 30 einen modellierten Rußdurchsatzwert unter Verwendung bekannter Gleichungen basierend beispielsweise auf Motorbetriebsparametern und/oder einer oder mehreren Nachschlagetabellen berechnen. Bei Schritt 120 kann das Steuermodul 30 bestimmen, ob sich der Rußsensor 28 in einem betriebsbereiten Zustand befindet (d. h., ob der Rußsensor 28 in der Lage ist, Messungen von dem Abgasstrom durchzuführen und mit dem Steuermodul 30 zu kommunizieren). Wenn sich der Rußsensor 28 nicht in einem betriebsbereiten Zustand befindet, kann das Steuermodul 30 bei Schritt 130 den bei Schritt 110 bestimmten modellierten Rußdurchsatzwert mit einem zuvor berechneten Rußdurchsatzwert summieren.
  • Wenn das Steuermodul 30 bei Schritt 120 bestimmt, dass sich der Rußsensor 28 in einem betriebsbereiten Zustand befindet, kann das Steuermodul 30 bei Schritt 140 einen gemessenen Rußdurchsatzwert von dem Rußsensor 28 empfangen und ablesen oder von dem Rußsensor 28 empfangene Daten in einen gemessenen Rußdurchsatzwert umwandeln. Bei Schritt 150 kann das Steuermodul 30 eine Differenz zwischen dem modellierten Rußdurchsatzwert und dem gemessenen Rußdurchsatzwert berechnen. Bei Schritt 160 kann das Steuermodul 30 die bei Schritt 150 berechnete Differenz in einem dem Steuermodul 30 zugeordneten Speicherkreis speichern. Bei Schritt 170 kann das Steuermodul 30 einen Delta-Vergleichswert durch Vergleichen der bei Schritt 150 berechneten Differenz mit einer zuvor gespeicherten Differenz (das heißt einer zuvor berechneten Differenz zwischen einem vorigen modellierten Rußdurchsatzwert und einem vorigen gemessenen Rußdurchsatzwert) bestimmen.
  • Bei Schritt 180 kann das Steuermodul 30 bestimmen, ob der bei Schritt 170 bestimmte Delta-Vergleichswert weniger als ein vorbestimmter Aktivierungsschwellenwert beträgt. Wenn der Delta-Vergleichswert größer gleich dem vorbestimmten Aktivierungsschwellenwert ist, kann das Steuermodul 30 bei Schritt 190 (auf die oben mit Bezug auf Schritt 110 beschriebene Art und Weise) einen modellierten Rußdurchsatzwert berechnen. Bei Schritt 200 kann das Steuermodul 30 den bei Schritt 190 oder bei Schritt 110 bestimmten modellierten Rußdurchsatzwert mit einem zuvor berechneten Rußdurchsatzwert summieren.
  • Wenn das Steuermodul 30 bei Schritt 180 bestimmt, dass der Delta-Vergleichswert weniger als der vorbestimmte Aktivierungsschwellenwert beträgt, kann das Steuermodul 30 bei Schritt 210 bestimmen, ob der Delta-Vergleichswert weniger als ein vorbestimmter Auslösungsschwellenwert (der ein von dem Aktivierungsschwellenwert verschiedener Schwellenwert sein kann) beträgt. Wenn der Delta-Vergleichswert größer gleich dem vorbestimmten Auslösungsschwellenwert ist, kann das Steuermodul 30 bei Schritt 220 bestimmen, ob ein seit einem letzten Rußsensorregenerationsereignis vergangener Zeitraum über einem vorbestimmten Zeitraumschwellenwert liegt. Wenn der seit dem letzten Rußsensorregenerationsereignis vergangene Zeitraum über dem vorbestimmten Zeitraumschwellenwert liegt, kann das Steuermodul 30 bei Schritt 230 ein Rußsensorregenerationsereignis auslösen. Das Rußsensorregenerationsereignis kann Erwärmen des Rußsensors 28 unter Verwendung einer elektrischen Heizvorrichtung umfassen. Beispielsweise könnte der Rußsensor 28 eine Glühkerze (nicht gezeigt) oder eine andere Heizvorrichtung, die durch das Steuermodul 30 gesteuert wird und Ruß und/oder andere Verunreinigungen von dem Rußsensor 28 wegbrennen kann, umfassen.
  • Nach dem Rußsensorregenerationsereignis bei Schritt 230 kann das Steuermodul 30 bei Schritt 190 einen modellierten Rußdurchsatzwert gemäß obiger Beschreibung berechnen. Danach kann das Steuermodul 30 bei Schritt 200 den bei Schritt 190 oder bei Schritt 110 bestimmten modellierten Rußdurchsatzwert mit einem zuvor berechneten Rußdurchsatzwert gemäß obiger Beschreibung summieren.
  • Wenn das Steuermodul 30 bei Schritt 220 bestimmt, dass der seit dem letzten Rußsensorregenerationsereignis vergangene Zeitraum nicht über dem vorbestimmten Zeitraumschwellenwert liegt, kann das Steuermodul 30 bei Schritt 240 bestimmen, ob ein DOC-Flächenverstopfungsdetektionsmodus aktiviert (eingeschaltet) ist. Wenn der DOC-Flächenverstopfungsdetektionsmodus nicht aktiviert ist, kann das Steuermodul 30 den DOC-Flächenverstopfungsdetektionsmodus bei Schritt 250 aktivieren. Danach kann der Algorithmus zu Schritt 200 übergehen, um den bei Schritt 190 oder bei Schritt 110 bestimmten modellierten Rußdurchsatzwert mit einem zuvor berechneten Rußdurchsatzwert gemäß obiger Beschreibung zu summieren. Wenn der Steuermodul 30 bei Schritt 240 bestimmt, dass der DO-Flächenverstopfungsdetektionsmodus aktiviert ist, kann der Algorithmus direkt zu Schritt 200 übergehen.
  • Wenn das Steuermodul 30 bei Schritt 210 bestimmt, dass der Delta-Vergleichswert unter dem vorbestimmten Auslösungsschwellenwert liegt, kann das Steuermodul 30 bei Schritt 260 bestimmen, ob ein DOC-Flächenverstopfungsdetektionsmodus aktiviert (einschaltet) ist. Wenn der DOC-Flächenverstopfungsdetektionsmodus nicht aktiviert ist, kann das Steuermodul 30 bei Schritt 270 eine Rußsensorstörung oder eine Flächenverstopfungsdetektionssystemstörung aufzeichnen. Wenn eine vorbestimmte Anzahl an Rußsensorstörungen oder an Flächenverstopfungsdetektionssystemstörungen aufgezeichnet wird, kann das Steuermodul 30 eine Warnung (z. B. eine hörbare und/oder sichtbare Warnung, wie z. B. eine Warnleuchte oder eine Nachricht für Motorstörungen) auslösen, die dem Fahrzeugfahrer und/oder -besitzer anzeigt, dass der Rußsensor 28 und/oder das Flächenverstopfungsdetektionssystem gewartet möglicherweise werden müssen (z. B. durch Fahrzeuginstandhaltungs- oder -wartungspersonal). Nach Schritt 270 kann das Steuermodul 30 bei Schritt 280 den bei Schritt 110 bestimmten modellierten Rußdurchsatzwert mit einem zuvor berechneten Rußdurchsatzwert summieren.
  • Wenn das Steuermodul 30 bei Schritt 260 bestimmt, dass der DOC-Flächenverstopfungsdetektionsmodus aktiviert ist, kann das Steuermodul 30 bei Schritt 290 eine DOC-Flächenverstopfungsstörung festlegen (die das Vorliegen eines Flächenverstopfungszustands an dem DOC 16 anzeigt) und bei Schritt 300 einen Zählwert von DOC-Flächenverstopfungsstörungen inkrementieren. Danach kann das Steuermodul 30 bei Schritt 280 den bei Schritt 110 bestimmten modellierten Rußdurchsatzwert mit einem zuvor berechneten Rußdurchsatzwert summieren.
  • Der oben beschriebene und in 2 gezeigte Algorithmus kann während des Betriebs des Motors 12 durchgängig oder periodisch wiederholt werden. Wenn der DOC-Flächenverstopfungsdetektionsmodus aktiviert ist und der bei einem der Schritte 130, 200, 280 bestimmte Summenwert bei oder über einem vorbestimmten Schwellenwert (z. B. etwa drei Gramm pro Liter bei einer beispielhaften Ausführungsform) liegt, kann das Steuermodul 30 ein DOC-Regenerationsereignis und/oder eine Störungswarnung auslösen. Zusätzlich oder alternativ dazu kann das Steuermodul 30, wenn die Anzahl an DOC-Flächenverstopfungsstörungen (d. h. wenn die Anzahl an bei Schritt 300 inkrementierten Störungen) bei oder über einem vorbestimmten Störungsschwellenwert liegt, ein DOC-Regenerationsereignis und/oder eine Störungswarnung auslösen. Das DOC-Regenerationsereignis kann Verwenden des Brenners 24 zum Zünden des durch die Einspritzvorrichtung 22 stromaufwärts des DOC 16 in den Abgaskanal 14 eingespritzten Kraftstoffs umfassen. Durch das Zünden des Kraftstoffs erzeugte heiße Gase können Ruß von dem DOC 16 wegbrennen, wodurch der DOC 16 gesäubert wird. Die Störungswarnung kann ausgelöst werden, um einen Benutzer oder Besitzer eines Fahrzeugs (nicht gezeigt), in dem der Motor 12 und das Nachbehandlungssystem 10 installiert sind, darauf aufmerksam zu machen, dass der DOC 16 (z. B. durch Fahrzeuginstandhaltungs- oder -wartungspersonal) möglicherweise gewartet werden muss, um den DOC 16 zu säubern oder auszutauschen. Die Störungswarnung kann beispielsweise ein hörbarer Ton oder Alarm und/oder eine sichtbare Warnanzeige (z. B. eine Leuchte für Motorstörungen und/oder eine Warnnachricht, die auf einer Fahrzeuginformationsanzeige angezeigt wird) sein.
  • Bei einigen Konfigurationen könnte das Nachbehandlungssystem 10 einen oder mehrere zusätzliche Rußsensoren, die stromabwärts des SCR-Katalysators 20 oder zwischen dem Filter 18 und dem SCR-Katalysator 20 angeordnet sind, umfassen. Bei einigen Konfigurationen kann das Steuermodul 30 zusätzlich zur Bestimmung einer Menge an Rußablagerungen an dem DOC 16 eine Menge an Rußablagerungen an dem Filter 18 und/oder dem SCR-Katalysator 20 bestimmen. Basierend auf derartigen Informationen kann das Steuermodul eine Regeneration des DOC 16 und/oder des Filters 18 und/oder des SCR-Katalysators 20 auslösen.
  • Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann das Steuermodul 30, wenn der DOC-Ruß mehr als drei Gramm pro Liter beträgt, der Filterruß weniger als 2,5 Gramm pro Liter beträgt und/oder der SCR-Ruß weniger als 1,5 Gramm pro Liter beträgt, ein DOC-Regenerationsereignis auslösen. Wenn der DOC-Ruß mehr als drei Gramm pro Liter beträgt, der Filterruß weniger als 2,5 Gramm pro Liter beträgt und/oder der SCR-Ruß mehr als 1,5 Gramm pro Liter beträgt, kann das Steuermodul 30 ein SCR-Regenerationsereignis auslösen. Wenn der DOC-Ruß mehr als drei Gramm pro Liter beträgt und der Filterruß mehr als 2,5 Gramm pro Liter beträgt, kann das Steuermodul 30 ein Filterregenerationsereignis auslösen. Wenn der DOC-Ruß weniger als drei Gramm pro Liter beträgt und der Filterruß mehr als fünf Gramm pro Liter beträgt, kann das Steuermodul 30 ein Filterregenerationsereignis auslösen. Wenn der DOC-Ruß mehr als drei Gramm pro Liter beträgt und der SCR-Ruß mehr als 3 Gramm pro Liter beträgt, kann das Steuermodul 30 ein SCR-Regenerationsereignis auslösen.
  • Bei der vorliegenden Anmeldung, einschließlich der nachstehenden Definitionen, kann der Begriff „Modul“ durch den Begriff „Schaltung“ ersetzt werden. Der Begriff „Modul“ kann sich auf Folgendes beziehen, Bestandteil davon sein oder umfassen: eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine digitale, analoge oder gemischt analoge/digitale diskrete Schaltung; eine digitale, analoge oder gemischt analoge/digitale integrierte Schaltung; eine Verknüpfungslogikschaltung; eine feldprogrammierbare Gatteranordnung (FPGA); eine Prozessorschaltung (geteilt, dediziert oder gruppiert), die Code ausführt; eine Speicherschaltung (geteilt, dediziert oder gruppiert), die Code speichert, der von der Prozessorschaltung ausgeführt wird; andere geeignete Hardware-Komponenten, die die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination von einigen oder sämtlichen des Vorstehenden wie in einem System auf Chip.
  • Das Modul kann eine oder mehrere Schnittstellenschaltungen umfassen. In einigen Beispielen können die Schnittstellenschaltungen drahtgebundene oder drahtlose Schnittstellen umfassen, die mit einem Lokalbereichsnetzwerk (LAN), dem Internet, einem Weitverkehrsnetzwerk (WAN) oder Kombinationen davon verbunden sind. Die Funktionalität eines gegebenen Moduls der vorliegenden Offenbarung kann über mehrere Module, die über Schnittstellenschaltungen verbunden sind, verteilt sein. Zum Beispiel können mehrere Module einen Lastausgleich gestatten. In einem weiteren Beispiel kann ein Server (auch bekannt als entfernte Vorrichtung oder Cloud) eine gewisse Funktionalität im Auftrag eines Client-Moduls durchführen.
  • Der Begriff Code, wie vorstehend verwendet, kann Software, Firmware und/oder Mikrocode umfassen und kann sich auf Programme, Routinen, Funktionen, Klassen, Datenstrukturen und/oder Objekte beziehen. Der Begriff geteilte Prozessorschaltung umfasst eine einzige Prozessorschaltung, die einigen oder sämtlichen Code von mehreren Modulen ausführt. Der Begriff gruppierte Prozessorschaltung umfasst eine Prozessorschaltung, die in Kombination mit zusätzlichen Prozessorschaltungen einigen oder sämtlichen Code von einem oder mehreren Modulen ausführt. Bezugnahmen auf mehrere Prozessorschaltungen umfassen mehrere Prozessorschaltungen auf diskreten Plättchen, mehrere Prozessorschaltungen auf einem einzigen Plättchen, mehrere Kerne einer einzigen Prozessorschaltung, mehrere Threads einer einzigen Prozessorschaltung oder eine Kombination des Vorstehenden. Der Begriff geteilte Speicherschaltung umfasst eine einzige Speicherschaltung, die einigen oder sämtlichen Code von mehreren Modulen speichert. Der Begriff gruppierte Speicherschaltung umfasst eine Speicherschaltung, die in Kombination mit zusätzlichen Speichern einigen oder sämtlichen Code von einem oder mehreren Modulen speichert.
  • Der Begriff Speicherschaltung ist eine Teilmenge des Begriffs computerlesbares Medium. Der Begriff computerlesbares Medium, wie hierin verwendet, umfasst nicht flüchtige elektrische oder elektromagnetische Signale, die sich durch ein Medium ausbreiten (wie auf einer Trägerwelle); der Begriff computerlesbares Medium kann daher als greifbar und nichtflüchtig angesehen werden. Nicht einschränkende Beispiele eines nichtflüchtigen, greifbaren computerlesbaren Mediums sind nichtflüchtige Speicherschaltungen (wie eine Flash-Speicherschaltung, eine löschbare programmierbare Nur-Lese-Speicherschaltung oder eine Masken-Nur-Lese-Speicherschaltung), flüchtige Speicherschaltungen (wie eine statische Direktzugriffspeicherschaltung oder eine dynamische Direktzugriffspeicherschaltung), magnetische Speichermedien (wie ein analoges oder digitales Magnetband oder ein Festplattenlaufwerk) und optische Speichermedien (wie eine CD, eine DVD oder eine Blu-Ray-Disc).
  • Die in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig durch einen Spezialcomputer implementiert sein, der durch Konfigurieren eines Allzweck-Computers zum Ausführen einer oder mehrerer besonderer Funktionen, die in Computerprogrammen eingebettet sind, geschaffen wird. Die oben beschriebenen Funktionsblöcke und Ablaufdiagrammelemente und/oder weitere obige Beschreibungen dienen als Software-Spezifikationen, die durch die routinemäßige Arbeit eines geschulten Technikers oder Programmierers in die Computerprogramme übersetzt werden können.
  • Die Computerprogramme umfassen prozessorausführbare Anweisungen, die auf mindestens einem nichtflüchtigen, greifbaren computerlesbaren Medium gespeichert sind. Die Computerprogramme können außerdem gespeicherte Daten umfassen oder darauf beruhen. Die Computerprogramme können ein grundlegendes Ein-/Ausgabesystem (BIOS), das mit Hardware des Spezialcomputers zusammenwirkt, Gerätetreiber, die mit bestimmten Geräten des Spezialcomputers zusammenwirken, ein oder mehrere Betriebssysteme, Benutzeranwendungen, Hintergrunddienste, Hintergrundanwendungen usw. umfassen.
  • Die Computerprogramme können Folgendes umfassen: (i) beschreibenden Text, der zu zergliedern ist, wie HTML (Hypertext-Markierungssprache) oder XML (erweiterungsfähige Markierungssprache), (ii) Assembly-Code, (iii) Objektcode, von einem Compiler aus Quellcode erzeugt, (iv) Quellcode für Ausführung durch einen Interpreter, (v) Quellcode für Kompilierung und Ausführung durch einen benutzungssynchronen Compiler usw. Quellcode kann, lediglich beispielhaft, unter Verwendung von Syntax aus Sprachen einschließlich von C, C++, C#, Objective C, Haskell, Go, SQL, R, Lisp, Java®, Fortran, Perl, Pascal, Curl, OCaml, Javascript®, HTML5, Ada, ASP (aktive Serverseiten), PHP, Scala, Eiffel, Smalltalk, Erlang, Ruby, Flash®, Visual Basic®, Lua und Python® geschrieben werden.
  • Keine der in den Ansprüchen angeführten Elemente sollen ein Mittel-plus-Funktion-Element in der Bedeutung von 35 U.S.C. §112(f) sein, außer wenn ein Element ausdrücklich unter Verwendung der Phrase „Mittel für“ oder, im Fall eines Verfahrensanspruchs, unter Verwendung der Phrasen „Betrieb für“ oder „Schritt für“ angeführt wird.
  • Die vorstehende Beschreibung der Ausführungsformen ist zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt worden. Sie soll nicht erschöpfend sein oder die Offenbarung einschränken. Einzelne Elemente oder Merkmale einer bestimmten Ausführungsform sind im Allgemeinen nicht auf diese bestimmte Ausführungsform beschränkt, sondern, wo zutreffend, austauschbar und können in einer gewählten Ausführungsform verwendet werden, selbst wenn nicht speziell gezeigt oder beschrieben. Diese kann auch auf verschiedene Weise geändert werden. Solche Varianten sollen nicht als Abweichung von der Offenbarung betrachtet werden, und alle solchen Modifikationen sollen im Schutzumfang der Offenbarung mit enthalten sein.

Claims (21)

  1. Abgasnachbehandlungssystem, das Folgendes umfasst: einen Oxidationskatalysator, der in einem Abgaskanal angeordnet ist und von einem Motor ausgestoßenes Abgas aufnimmt; einen Rußsensor, der zumindest teilweise in dem Abgaskanal stromabwärts des Oxidationskatalysators angeordnet ist; einen Filter, der in dem Abgaskanal stromabwärts des Rußsensors angeordnet ist; und ein Steuermodul, das mit dem Rußsensor in Verbindung steht und einen Flächenverstopfungszustand des Oxidationskatalysators basierend auf von dem Rußsensor empfangenen Daten bestimmt.
  2. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Filter um einen Dieselpartikelfilter handelt.
  3. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Filter um einen SCR-Filter handelt.
  4. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul mit einer Einspritzvorrichtung in Verbindung steht, die dazu konfiguriert ist, Kraftstoff in den Abgaskanal stromaufwärts des Oxidationskatalysators als Reaktion darauf, dass das Steuermodul den Flächenverstopfungszustand detektiert, einzuspritzen.
  5. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul einen modellierten Rußdurchsatzwert berechnet und den modellierten Rußdurchsatzwert mit einem gemessenen Rußdurchsatzwert, der von dem Rußsensor empfangen wird, vergleicht.
  6. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul eine Summe aus einem modellierten Rußdurchsatzwert und einem vorigen modellierten Rußdurchsatzwert berechnet und wobei das Steuermodul als Reaktion darauf, dass die Summe bei oder über einem vorbestimmten Schwellenwert liegt, ein Regenerationsereignis und/oder eine Störungswarnung auslöst.
  7. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul den Flächenverstopfungszustand basierend auf einem Vergleich eines Schwellenwerts mit einer Differenz zwischen einem modellierten Rußdurchsatzwert und einem von dem Rußsensor empfangenen gemessenen Rußdurchsatzwert bestimmt.
  8. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul ein Regenerationsereignis als Reaktion auf die Detektion des Flächenverstopfungszustands des Oxidationskatalysators auslöst.
  9. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, wobei das Steuermodul eine Störungswarnung als Reaktion auf die Detektion des Flächenverstopfungszustands des Oxidationskatalysators auslöst.
  10. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 1, das ferner eine Fluideinspritzvorrichtung umfasst, die mit dem Steuermodul in Verbindung steht, wobei das Steuermodul bewirkt, dass die Fluideinspritzvorrichtung als Reaktion auf die Detektion des Flächenverstopfungszustands des Oxidationskatalysators ein Fluid in den Abgaskanal einspritzt.
  11. Abgasnachbehandlungssystem nach Anspruch 10, wobei das Fluid Kohlenwasserstoffkraftstoff umfasst.
  12. Verfahren, das Folgendes umfasst: Positionieren eines Rußsensors zumindest teilweise in einem Abgaskanal stromabwärts eines Oxidationskatalysators, wobei der Abgaskanal aus einem Motor ausgestoßenes Abgas aufnimmt; Verwenden des Rußsensors zur Durchführung von Messungen, die eine Menge an Ruß in dem aus dem Oxidationskatalysator austretenden Abgas angeben; und Bestimmen eines Flächenverstopfungszustands des Oxidationskatalysators basierend auf von dem Rußsensor empfangenen Daten.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Rußsensor stromaufwärts eines Filters positioniert ist.
  14. Verfahren nach Anspruch 13, wobei es sich bei dem Filter um einen Dieselpartikelfilter handelt.
  15. Verfahren nach Anspruch 13, wobei es sich bei dem Filter um einen SCR-Filter handelt.
  16. Verfahren nach Anspruch 12, das ferner Verwenden einer Einspritzvorrichtung zum Einspritzen eines Kraftstoffs in den Abgaskanal stromaufwärts des Oxidationskatalysators als Reaktion auf die Detektion des Flächenverstopfungszustands umfasst.
  17. Verfahren nach Anspruch 12, das ferner Berechnen eines modellierten Rußdurchsatzwerts und Vergleichen des modellierten Rußdurchsatzwerts mit einem gemessenen Rußdurchsatzwert, der von dem Rußsensor empfangen wird, umfasst.
  18. Verfahren nach Anspruch 17, das ferner Berechnen einer Summe aus dem modellierten Rußdurchsatzwert und einem vorigen modellierten Rußdurchsatzwert umfasst und wobei das Steuermodul als Reaktion darauf, dass die Summe bei oder über einem ersten Schwellenwert liegt, ein Regenerationsereignis und/oder eine Störungswarnung auslöst.
  19. Verfahren nach Anspruch 18, wobei der Flächenverstopfungszustand basierend auf einem Vergleich eines zweiten Schwellenwerts mit einer Differenz zwischen dem modellierten Rußdurchsatzwert und dem von dem Rußsensor empfangenen gemessenen Rußdurchsatzwert bestimmt wird.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, das ferner Auslösen eines Regenerationsereignisses als Reaktion auf die Detektion des Flächenverstopfungszustands des Oxidationskatalysators umfasst.
  21. Verfahren nach Anspruch 12, das ferner Auslösen einer Störungswarnung als Reaktion auf die Detektion des Flächenverstopfungszustands des Oxidationskatalysators umfasst.
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