SE536180C2 - Förfarande och system för bestämning av partikelutsläpp vid en förbränningsmotor - Google Patents

Abstract

Föreliggande uppfinning hänför sig till ett förfarande förbestamning av partikelutslapp vid en förbranningsmotor, varvidett efterbehandlingssystem innefattande åtminstone ettpartikelfilter ar inrattat för efterbehandling av en vidförbranning i namnda förbranningsmotor resulterande avgasström. Förfarandet innefattar att: - för en position uppströms namnda partikelfilter och genomutnyttjande av en uppströms namnda partikelfilter anordnad PM-sensor bestamma en första partikelhalt i namnda från namnda förbranningsmotor resulterande avgasström, och - baserat på namnda bestamda första partikelhalt bestammahuruvida partikelhalten i namnda avgasström nedströms namnda partikelfilter uppfyller ett första villkor.Uppfinningen avser aven ett system och ett fordon. Fig. 3

Description

536 'IBO en eller flera katalysatorerna, ofta andra komponenter. T.ex. innefattar efterbehandlingssystem vid fordon med dieselmotor ofta partikelfilter.

Vid förbränning av bränsle i förbränningsmotorns förbränningskammare (t.ex. cylindrar) bildas sotpartiklar.

Enligt ovan finns utsläppsbestämmelser och standarder även avseende dessa sotpartiklar, och för att uppfylla bestämmelserna kan partikelfilter användas för att fånga upp sotpartiklarna. I detta fall leds avgasströmmen t.ex. genom en filterstruktur där sotpartiklar fångas upp från den passerande avgasströmmen för upplagring i partikelfiltret.

Således förekommer ett flertal metoder för att minska utsläpp från en förbränningsmotor. Förutom bestämmelser avseende utsläppsnivåer blir det också allt vanligare med lagstadgade krav på fordonsinterna diagnossystem, s.k. OBD-system (On- Board Diagnostics) för att säkerställa att fordonet också i daglig drift, och inte enbart vid t.ex. verkstadsbesök, faktiskt uppfyller uppställda bestämmelser avseende utsläpp.

Beträffande partikelutsläpp kan detta t.ex. åstadkommas med hjälp av en i avgassystemets ändrör anordnad partikelsensor, i följande beskrivning och patentkrav benämnd PM-sensor (PM = Particulate Matter, Particulate Mass), vilken mäter partikelhalten i avgasströmmen innan avgasströmmen släpps ut i fordonets omgivning.

Efterbehandlingssystem med partikelfilter kan vara mycket effektiva, och den resulterande partikelhalten efter avgasströmmens passage genom fordonets efterbehandlingssystem är ofta låg vid fullt fungerande efterbehandlingssystem. Detta betyder också att de signaler som sensorn avger kommer att indikera ett lågt eller inget partikelutsläpp. 535 180 Sammanfattning av uppfinningen Det är ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla ett förfarande för bestämning av partikelutsläpp vid ett fordon. Detta syfte uppnås med ett förfarande enligt patentkrav 1.

Föreliggande uppfinning hänför sig till ett förfarande för bestämning av partikelutsläpp vid en förbränningsmotor, varvid ett efterbehandlingssystem innefattande åtminstone ett partikelfilter är inrättat för efterbehandling av en vid förbränning i nämnda förbränningsmotor resulterande avgasström. Förfarandet innefattar att: - för en position uppströms nämnda partikelfilter och genom utnyttjande av en uppströms nämnda partikelfilter anordnad PM- sensor bestämma en första partikelhalt i nämnda från nämnda förbränningsmotor resulterande avgasström, och - baserat på nämnda bestämda första partikelhalt bestämma huruvida partikelhalten i nämnda avgasström nedströms nämnda partikelfilter uppfyller ett första villkor.

Genom att bestämma en partikelhalt för en position uppströms nämnda partikelfilter och sedan baserat på denna partikelhalt bestämma huruvida partikelhalten nedströms partikelfiltret uppfyller ett första villkor, såsom att understiga en andra partikelhalt, kan det t.ex. bestämmas om partikelhalten i den efter nämnda partikelfilter i förbränningsmotorns omgivning, såsom t.ex. ett fordons omgivning, utsläppta avgasströmmen understiger föreskrivna bestämmelser. Dessa bestämmelser kan t.ex. utgöras av en maximalt tillåten partikelhalt bestämd av t.ex. partikelmassa per motoreffektenhet, såsom en viss partikelmassa per kW utvecklad eller avgivbar motoreffekt, varvid också nämnda villkor kan utgöras av att den utsläppta partikelhalten ska uppfylla bestämmelserna. T.ex. kan nämnda andra partikelhalt vara satt till en halt som precis eller med 535 'H30 önskad marginal uppfyller bestämmelserna. Såsom förklaras nedan kan villkoret, såsom den andra partikelhalten, även vara satt till en jämfört med bestämmelserna högre halt.

Enligt nedan har uppfinningen har vidare fördelen att problem med att säkerställa sensorns tillförlitlighet vid sensorlösningar av ovan beskrivna typ kan minskas, varvid också ett förbättrat förfarande för att bestämma partikelutsläpp vid förbränning med en förbränningsmotor kan tillhandahållas.

I en utföringsform kan förbränningsmotorn i sig uppfylla rådande bestämmelser, varvid partikelhalten i nämnda avgasström nedströms nämnda partikelfilter kan vara anordnat att uppfylla nämnda första villkor om nämnda bestämda första partikelhalt uppfyller nämnda första villkor. I en annan utföringsform kan partikelhalten i nämnda avgasström nedströms nämnda partikelfilter vara anordnad att uppfylla nämnda första villkor om nämnda bestämda första partikelhalt uppfyller ett bestämt förhållande till nämnda maximalt tillåtna partikelutsläpp, såsom att t.ex. maximalt utgöra nämnda maximalt tillåtna partikelutsläpp multiplicerat med någon tillämplig faktor.

Enligt en utföringsform beror nämnda första villkor av ett differentialtryck över partikelfiltret, där t.ex. ett villkor i form av en partikelhalt kan bero av differentialtrycket så att den partikelhalt som nämnda första partikelhalt maximalt får uppgå till kan vara anordnad att minska i takt med ökande differentialtryck.

Föreliggande uppfinning har även fördelen att PM-sensorn, tack vare det högre partikelinnehållet i avgasströmmen uppströms partikelfiltret, mer frekvent och mer eller mindre regelbundet kommer att avge en signal indikerande att sot finns i avgasströmmen. Signalen kommer därmed också att vara betydligt 535 180 mer pålitlig, och därför också enklare att diagnostisera.

T.ex. kan, till skillnad från sensorplacering nedströms partikelfiltret enligt ovan, en plötsligt utebliven signal direkt analyseras och t.ex. användas som indikation på att sensorn fungerar felaktigt. Placering av PM-sensorn uppströms har även fördelen att sensorn med stor säkerhet kan placeras på ett sådant sätt att den kommer att passeras av en väl blandad och homogen avgasström utan större fördelningsproblem, varvid också ett mer korrekt mätvärde kan säkerställas.

Således möjliggör föreliggande uppfinning övervakning av att bestämmelser avseende partikelutsläpp efter partikelfiltret är uppfyllda utan att mätning av partikelhalt efter partikelfiltret faktiskt behöver utföras, och även vid motorer där partikelhalten i avgasströmmen uppströms partikelfiltret inte uppfyller rådande bestämmelser.

Ytterligare kännetecken för föreliggande uppfinning och fördelar därav kommer att framgå ur följande detaljerade beskrivning av exempelutföringsformer och de bifogade ritningarna.

Kort beskrivning av ritningar Fig. la visar schematiskt ett fordon vid vilket föreliggande uppfinning kan användas.

Fig. lb visar en styrenhet i styrsystemet för det i fig. l visade fordonet.

Fig. 2 visar efterbehandlingssystemet mer i detalj för det i fig. 1 visade fordonet.

Fig. 3 visar ett exempelförfarande enligt föreliggande uppfinning. 535 180 Detaljerad beskrivning av utföringsformer Uttrycket partikelhalt innefattar i nedanstående beskrivning och efterföljande patentkrav både halt 1 form av massa per enhet samt halt/koncentration, dvs. antal partiklar per enhet.

Vidare kan enheten utgöras av godtycklig tillämplig enhet och halten uttryckas såsom t.ex. massa eller antal partiklar per volymenhet, per tidsenhet, per uträttat arbete, eller per sträcka som fordonet färdats.

Fig. la visar schematiskt en drivlina i ett fordon 100 enligt en utföringsform av föreliggande uppfinning. Det i fig. 1 schematiskt visade fordonet 100 innefattar endast en axel med drivhjul 113, 114, men uppfinningen är tillämplig även vid fordon där fler än en axel är försedd med drivhjul. Drivlinan innefattar en förbränningsmotor 101, vilken på ett sedvanligt sätt, via en på förbränningsmotorn 101 utgående axel, vanligtvis via ett svänghjul 102, är förbunden med en växellåda 103 via en koppling 106. Förbränningsmotorn 101 styrs av fordonets styrsystem via en styrenhet 115. Likaså styrs kopplingen 106, vilken t.ex. kan utgöras av en automatiskt styrd koppling, och växellådan 103 av fordonets styrsystem med hjälp av en eller flera tillämpliga styrenheter (ej visat). Naturligtvis kan fordonets drivlina även vara av annan typ såsom av en typ med konventionell automatväxellåda etc.

En från växellådan 103 utgående axel 107 driver sedan drivhjulen 113, 114 via en slutväxel 108, såsom t.ex. en sedvanlig differential, och drivaxlar 104, 105 förbundna med nämnda slutväxel 108.

Fordonet 100 innefattar vidare ett efterbehandlingssystem (avgasreningssystem) 200 för behandling (rening) av avgasutsläpp resulterande från förbränning i förbränningsmotorn 101 förbränningskammare (t.ex. cylindrar). 535 180 Efterbehandlingssystemet visas mer i detalj i fig. 2. Figuren visar fordonets 100 förbränningsmotor l0l, där de vid förbränningen genererade avgaserna (avgasströmmen) leds via ett turboaggregat 220. Vid turbomotorer driver ofta den från förbränningen resulterande avgasströmmen ett turboaggregat som i sin tur komprimerar den inkommande luften till cylindrarnas förbränning. Alternativt kan turboaggregatet t.ex. vara av compound-typ. Funktionen för olika typer av turboaggregat är välkänd, och beskrivs därför inte närmare här. Avgasströmmen leds sedan via ett rör 204 (indikerat med pilar) till ett partikelfilter (Diesel Particulate Filter, DPF) 202 via en oxidationskatalysator (Diesel Oxidation Catalyst, DOC) 205.

Oxidationskatalysatorn DOC 205 har flera funktioner, och används normalt primärt för att oxidera kvarvarande kolväten och kolmonoxid i avgasströmmen till koldioxid och vatten. Vid oxidationen av kolväten (dvs. oxidation av bränsle) bildas även värme, som kan nyttjas för att höja partikelfiltrets temperatur vid tömning, s.k. regenerering, av partikelfiltret.

Oxidationskatalysatorn kan även användas för att oxidera kvävemonoxid (NO) till kvävedioxid (N02), vilken kan nyttjas vid s.k. passiv regenerering.

Efterbehandlingssystem av den visade typen kan även innefatta andra komponenter såsom t.ex. en (i föreliggande exempel) nedströms om partikelfiltret 202 anordnad SCR (Selective Catalytic Reduction) -katalysator 201. SCR-katalysatorer använder ammoniak (NH3), eller sammansättning ur vilken ammoniak kan genereras/bildas, som tillsatsmedel för reduktion av mängden kväveoxider NOX.

Vidare kan efterbehandlingssystemet 200 även innefatta fler komponenter än vad som har exemplifierats ovan, eller omvänt färre komponenter. T.ex. kan efterbehandlingssystemet i tillägg till, eller istället för, nämnda DOC 205 och/eller SCR 535 180 201 innefatta en ASC (ammoniakslip) -katalysator (ej visad). I den visade utföringsformen är DOC 205, DPF 202 samt även SCR- katalysatorn 201 integrerade i en och samma avgasreningsenhet 203. Det ska dock förstås att DOC 205 och DPF 202 inte behöver vara integrerade i en och samma avgasreningsenhet, utan enheterna kan vara anordnade på annat sätt där så befinnes lämpligt.

Enligt föreliggande uppfinning innefattar efterbehandlingssystemet 200 en uppströms DPF 202 anordnad PM- sensor 222. PM-sensorn 222, liksom andra vid efterbehandlingssystemet 200 anordnade sensorer, såsom t.ex. en trycksensor 209 kan avge signaler till en styrenhet 208, eller annan tillämplig styrenhet, vilken styr eller övervakar efterbehandlingssystemets funktion. T.ex. kan bestämning av lämplig tidpunkt för regenerering av partikelfiltret utföras med hjälp av styrenheten 208 åtminstone delvis med hjälp av signaler från trycksensorn 209, vilken mäter differentialtrycket över partikelfiltret. Ju mer partikelfiltret 202 fylls upp, desto större kommer tryckskillnaden över partikelfiltret 202 att vara.

Trycksensorn 209 kan t.ex. även användas vid diagnostisering av DPF 202, men också vid bestämning huruvida en partikelhalt efter partikelfiltret uppfyller ett villkor enligt föreliggande uppfinning, vilket beskrivs nedan.

Allmänt består styrsystem i moderna fordon av ett kommunikationsbussystem bestående av en eller flera kommunikationsbussar för att sammankoppla ett antal elektroniska styrenheter (ECU:er) såsom styrenheterna, eller controllers, 115, 208, och olika på fordonet lokaliserade komponenter. Ett dylikt styrsystem kan innefatta ett stort antal styrenheter, och ansvaret för en specifik funktion kan vara uppdelat pà fler än en styrenhet. 538 QBO För enkelhetens skull visas i fig. la endast styrenheterna 115, 208.

Föreliggande uppfinning är i den visade utföringsformen implementerad i styrenheten 208, vilken i den visade utföringsformen enligt ovan är ansvarig för andra funktioner i efterbehandlingssystemet, såsom t.ex. regenerering (tömning) av partikelfiltret 202, men uppfinningen kan likaväl implementeras i en för föreliggande uppfinning dedikerad styrenhet, eller helt eller delvis i en eller flera andra vid fordonet redan befintliga styrenheter, såsom t.ex. motorstyrenheten 115.

Styrenhetens 208 (eller den/de styrenheter vid vilken/vilka föreliggande uppfinning är implementerad) funktion enligt föreliggande uppfinning kommer, förutom att bero av sensorsignaler från PM-sensorn 222, sannolikt att t.ex. bero av information som t.ex. mottas från den/de styrenhet(er) som styr motorfunktioner, dvs. i föreliggande exempel styrenheten 115.

Styrenheter av den visade typen är normalt anordnade att ta emot sensorsignaler från olika delar av fordonet. Styrenheten 208 kan t.ex. motta sensorsignaler enligt ovan, liksom från motorstyrenheten 115 och andra styrenheter. Dylika styrenheter är vidare vanligtvis anordnade att avge styrsignaler till olika fordonsdelar och -komponenter. T.ex. kan styrenheten 208 avge signaler till t.ex. motorstyrenheten 115.

Styrningen styrs ofta av programmerade instruktioner. Dessa programmerade instruktioner utgörs typiskt av ett datorprogram, vilket när det exekveras i en dator eller styrenhet åstadkommer att datorn/styrenheten utför önskad styrning, såsom förfarandesteg enligt föreliggande uppfinning.

Datorprogrammet utgör vanligtvis del av en datorprogramprodukt, där datorprogramprodukten innefattar ett 538 'H30 digitalt lagringsmedium 121 (se fig. lb) med datorprogrammet 109 lagrat på nämnda lagringsmedium 121. Nämnda digitala lagringsmedium 121 kan t.ex. utgöras av någon ur gruppen: ROM (Read-Only Memory), PROM (Programmable Read-Only Memory), EPROM (Erasable PROM), Flash-minne, EEPROM (Electrically Erasable PROM), en hàrddiskenhet, etc., och vara anordnat i eller i förbindelse med styrenheten, varvid datorprogrammet exekveras av styrenheten. Genom att ändra datorprogrammets instruktioner kan således fordonets uppträdande i en specifik situation anpassas.

En exempelstyrenhet (styrenheten 208) visas schematiskt i fig. lb, varvid styrenheten i sin tur kan innefatta en beräkningsenhet 120, vilken kan utgöras av t.ex. någon lämplig typ av processor eller mikrodator, t.ex. en krets för digital signalbehandling (Digital Signal Processor, DSP), eller en krets med en förutbestämd specifik funktion (Application Specific Integrated Circuit, ASIC). Beräkningsenheten 120 är förbunden med en minnesenhet 121, vilken tillhandahåller beräkningsenheten 120 t.ex. den lagrade programkoden 109 och/eller den lagrade data beräkningsenheten 120 behöver för att kunna utföra beräkningar. Beräkningsenheten 120 är även anordnad att lagra del- eller slutresultat av beräkningar i minnesenheten 121.

Vidare är styrenheten försedd med anordningar 122, 123, 124, 125 för mottagande respektive sändande av in- respektive utsignaler. Dessa in- respektive utsignaler kan innehålla vågformer, pulser, eller andra attribut, vilka av anordningarna 122, 125 för mottagande av insignaler kan detekteras som information för behandling av beräkningsenheten 120. Anordningarna 123, 124 för sändande av utsignaler är anordnade att omvandla beräkningsresultat från beräkningsenheten 120 till utsignaler för överföring till 535 180 11 andra delar av fordonets styrsystem och/eller den/de komponenter för vilka signalerna är avsedda. Var och en av anslutningarna till anordningarna för mottagande respektive sändande av in- respektive utsignaler kan utgöras av en eller flera av en kabel; en databuss, såsom en CAN-bus (Controller Area Network bus), en MOST-bus (Media Oriented Systems Transport), eller någon annan busskonfiguration; eller av en trådlös anslutning.

Såsom nämnts bildas partiklar vid förbränning i förbränningsmotorns lO1 förbränningskammare (vanligtvis cylindrar). Enligt ovan bör dessa partiklar inte, och får i många fall heller inte, släppas ut i fordonets omgivning. De partiklar som bildas vid förbränning i t.ex. en dieselmotor består till stor del av kolväten, kol (sot) och oorganiska ämnen såsom svavel och aska. Sotpartiklar kan t.ex. bildas när bränsle-/luftförhållandet vid förbränning i förbränningsmotorns förbränningskammare blir för stort, dvs. vid s.k. ”fet” bränsleblandning med alltför hög andel bränsle i förhållande till andelen luft. Även om bränsle-/luftförhållandet för en specifik förbränning, dvs. insprutningsmängderna av luft och bränsle vid ett specifikt kolvslag, kan vara sådant att kraven för icke- sotande förbränning uppfylls kan det fortfarande uppstå bränsle-/luftförhållanden lokalt i delar av förbränningskammaren där andelen bränsle är högre, och blandningen således är fetare, varvid dessa lokalt fetare blandningar kan ge upphov till sot vid förbränning.

Likaså kan sot bildas av t.ex. oljestänk från motorns smörjning som kommit in i förbränningskammaren via t.ex. kolvens rörelser. Vidare kan t.ex. metallfragment från slitage och/eller tillverkning av motorn ge upphov till partikelbildning. Beträffande fordonets bränsle kan detta vara 536 180 12 mer eller mindre ”rent”, och därmed i sig ge upphov till olika partikelbildning vid förbränning.

Dessa sotpartiklar samlas således upp av partikelfiltret 202 genom att avgasströmmen leds genom partikelfiltrets filterstruktur där sotpartiklarna fångas upp från den passerande avgasströmmen för att sedan upplagras i partikelfiltret 202. Med hjälp av ett partikelfilter 202 kan vanligtvis en mycket stor andel av de i avgasströmmen förekommande partiklarna avskiljas.

I vissa jurisdiktioner finns redan framtaget, och i andra jurisdiktioner förväntas, lagstadgade krav på att fordonet med hjälp av egna system, s.k. OBD (On-Board Diagnostics) -system, också i kommersiell drift, och inte enbart vid t.ex. verkstadsbesökskontroller, ska kunna säkerställa att fordonets partikelutsläpp håller sig under föreskrivna nivåer.

Detta kan åstadkommas på ett förhållandevis rättframt sätt genom att placera en partikelsensor (PM-sensor) vid efterbehandlingssystemets slutrör, dvs. väsentligen vid den position där avgasströmmen släpps ut i fordonets omgivning.

Denna placering finns indikerad med 221 i fig. 2. Genom att sedan övervaka sensorsignaler från sensorn 221, t.ex. med hjälp av en styrenhet motsvarande styrenheten 208, kan det säkerställas att partikelhalten i den avgasström som lämnar fordonet också underskrider föreskrivna nivåer.

Denna sensorplacering medför dock nackdelar.

Partikeluppsamling från avgasströmmen med hjälp av partikelfilter är i regel så pass effektiv att den mängd partiklar som faktiskt lämnar fordonet i allmänhet är mycket liten när partikelfiltret fungerar felfritt.

Detta innebär att så länge som partikelfiltret fungerar på avsett sätt kommer det att vara svårt att veta att sensorn faktiskt fungerar, eftersom de av sensorn då avgivna 538 180 13 signalerna kommer att indikera inga eller mycket låga partikelhalter. Försök har visat att partikelhalterna i en avgasström efter passage genom ett partikelfilter kan vara så pass låga att det för många sensorer kan ta lång tid (exempelvis i storleksordningen 5-15 minuter) innan en signal avges där partikelförekomst överhuvudtaget indikeras.

Detta gäller inte enbart vid normalt framförande av fordonet, utan även vid provokation, dvs. vid situationer där förbränningsmotorn i provningshänseende med avsikt styrs på ett sådant sätt att höga partikelhalter skall avges.

Således kan det vara svårt att veta om sensorn faktiskt är hel och fungerar såsom förväntat, eftersom sensorsignaler där inga eller låga partikelhalter indikeras i bästa fall är ett resultat av att efterbehandlingssystemet fungerar felfritt, men där sensorsignalerna också kan vara ett resultat av att PM-sensorn 221 fungerar felaktigt.

Den i fig. 2 indikerade placeringen 221 har vidare nackdelen att i de fall partikelfiltret fungerar felaktigt, t.ex. på grund av att ett mekaniskt fel plötsligt uppstår, och därmed förorsakar markant ökade partikelutsläpp, är det mycket svårt att förutse hur avgasströmmens strömninqsväg kommer att förändras vid sådana situationer, varvid, beroende på strömningsväg, det inte är säkert att PM-sensorn är placerad på ett sådant sätt att de förhöjda partikelhalterna faktiskt kommer att detekteras.

Denna nackdel kan mildras genom att efter partikelfiltret, men fortfarande uppströms PM-sensorn, placera en omblandare för att homogenisera avgasströmmen, och därmed öka sannolikheten för att förhöjda partikelhalter också detekteras av PM- sensorn. Dylika omblandare ger dock av sin natur upphov till tryckfall, vilket medför, förutom kostnader för omblandaren, oönskad ökning av bränsleförbrukning. Alternativt kan 538 180 14 strömningsvägen mellan partikelfilter och PM-sensor förlängas genom en lösning med längre rör, men även detta medför ökad kostnad.

Fortfarande lider dock även dessa lösningar av ovan nämnda problem med osäkerhet i sensorns funktion. Även om denna osäkerhet kan mildras genom att använda flera sensorer, kvarstår, förutom ökad kostnad, fortfarande problematiken med att sensorerna så pass sällan avger signaler, att korrekt funktion är svår att säkerställa, varvid det också är svårt att säkerställa att fordonets utsläpp inte överstiger föreskrivna nivåer.

Enligt ovan placeras PM-sensorn enligt föreliggande uppfinning uppströms om partikelfiltret istället för nedströms partikelfiltret, vilket visas i fig. 2 med sensorn 222. Med hjälp av en utföringsform av det uppfinningsenliga förfarandet för att med hjälp av den uppströms partikelfiltret anordnade PM-sensorn 222 bestämma huruvida fordonets 100 utsläpp understiger föreskrivna nivåer, nämligen om den med hjälp av PM-sensorn 222 bestämda partikelhalten understiger den högsta partikelhalt som får släppas ut av fordonet enligt rådande bestämmelser, kan dylika problem minskas eller helt elimineras.

Ett förfarande 300 enligt föreliggande uppfinning för bestämning av ett partikelutsläpp visas i fig. 3. Förfarandet är enligt den visade utföringsformen implementerad i styrenheten 208, och förfarandet börjar i steg 301, där det bestäms om fordonets 100 förbränningsmotor 101 är startad. Om förbränningsmotorn 101 är startad fortsätter förfarandet till steg 302, i annat fall kvarstår förfarandet i steg 301, eller avslutas.

I steg 302 bestäms om signaler från PM-sensorn 222 erhålls.

Förfarandet kvarstår i steg 302 till dess att sensorsignaler 536 180 erhålls, dock längst till dess att en timer tl nått en tid T1.

Om inga sensorsignaler har erhållits innan räknaren nått tiden T1, vilken t.ex. kan utgöras av en del av en sekund eller ett tillämpligt antal sekunder, fortsätter förfarandet till ett steg 303 för diagnos av sensorn, se nedan. Om, däremot, sensorsignaler har erhållits inom tiden T1 fortsätter förfarandet till steg 304 för bestämning av en partikelhalt i avgasströmmen.

I steg 304 bestäms en första partikelhalt med hjälp av de av PM-sensorn 222 avgivna signalerna. Eftersom bestämningen sker med hjälp av en uppströms partikelfiltret 202 anordnad PM- sensor 222 kommer ett kontinuerligt flöde av partiklar hela tiden att passera sensorn 222 när förbränningsmotorn 101 är i drift.

Detta innebär också att partikelhalten vid sensorn 222 kommer att vara väsentligt högre jämfört med partikelhalten nedströms partikelfiltret, varvid PM-sensorn 222 vid mätning enligt föreliggande uppfinning kommer att avge en kontinuerlig signal. Denna signal kommer att avges snabbare eftersom den högre partikelhalten medför att den minsta mängd partiklar som erfordras för att PM-sensorn ska indikera förekomst av partiklar snabbare kommer att uppnås. Dessutom kommer signalen att indikera en högre partikelmängd, vilken därmed är lättare både att storleksbestämma och att diagnostisera.

Förutom att PM-sensorn 222 kommer att vara placerad i en omgivning där avgasströmmen har ett högre partikelinnehàll har placering av sensorn uppströms partikelfiltret dessutom fördelen att sensorn kan placeras på ett sådant sätt att den kommer vara placerad i en väl blandad och homogen avgasström och därmed också kunna utföra mätning på en representativ del av avgasströmmen. I den visade utföringsformen är PM-sensorn 222 anordnad uppströms både DPF 202 och DOC 205. Såsom 535 180 16 exemplifieras nedan kan dock PM-sensorn 222 vara placerad på ett antal andra positioner (dock fortfarande uppströms partikelfiltret 202).

När sedan en första partikelhalt har bestämts i steg 304 med hjälp av PM-sensorn 222 avgivna signalerna fortsätter förfarandet till steg 305, där den bestämda första partikelhalten jämförs med en andra partikelhalt.

Om det i steg 305 bestäms att den i steg 304 bestämda partikelhalten överstiger nämnda andra partikelhalt fortsätter förfarandet till steg 307 för vidare utredning. T.ex. kan stegen 301-305 upprepas en eller ett flertal gånger till dess att stegen genomlöpts y gånger, varvid aktuellt antal gånger x räknas upp varje gång förfarandet övergår till steg 307.

Förfarandet kan t.ex. återgå till steg 301 från steg 307 när en timer tg har räknat till en tid T2, såsom ett tillämpligt antal sekunder. Genom att förfara på detta sätt kan det fastställas om den förhöjda partikelhalten endast var temporär för att sedan åter sjunka under föreskriven nivå. Om förhöjda nivåer kvarstår efter nämnda flertal bestämningar, dvs. xäy, kan förfarandet fortsätta till ett steg 308 för att om möjligt med hjälp av diagnostisering utröna anledningen till de förhöjda halterna. Denna diagnostisering kan t.ex. utföras med hjälp av det i den parallella svenska ansökan med titeln "FÖRFARANDE OCH SYSTEM FÖR DIAGNOSTISERING AV EN EÖRBRÃNNINGSMDTO ” och samma uppfinnare och inlämningsdag som föreliggande ansökan, beskrivna diagnosförfarandet. Enligt nämnda ansökan tillhandahålls ett förfarande för diagnostisering av en förbränningsmotor vid ett fordon där en partikelhalt i en avgasström från nämnda förbränningsmotorn bestäms vid en position uppströms ett partikelfilter med hjälp av en uppströms partikelfiltret anordnad PM-sensor. Med hjälp av den bestämda partikelhalten bestäms huruvida 535 180 17 förbränningsmotorn fungerar felaktigt. Det visade förfarandet medger att felfunktioner kan upptäckas på ett mycket tidigt stadium, och tillämpliga åtgärder vidtagas. Fel som kanske annars inte skulle upptäckas förrän vid en väsentligt senare tidpunkt, t.ex. i samband med verkstadsbesök, kan med hjälp av det i nämnda ansökan beskrivna förfarandet upptäckas väsentligt tidigare.

Alternativt kan t.ex. en serviceindikator sättas i fordonets styrsystem t.ex. tillsammans med en felkod för de för höga partikelutsläppen, varvid fordonet 100 kan tas in för service så snart som möjligt.

Om nämnda första partikelhalt understiger nämnda andra partikelhalt fortsätter förfarandet till steg 306, där det fastställs att fordonets 100 utsläppsnivåer understiger de för fordonet gällande föreskrivna nivåerna. Med hjälp av nämnda bestämda första partikelhalt kan således bestämmas om partikelhalten i avgasströmmen nedströms nämnda partikelfilter uppfyller ett bestämt villkor, såsom t.ex. att nämnda andra partikelhalt underskrids. Förfarandet avslutas sedan i steg 309.

Nämnda andra partikelhalt kan t.ex. utgöras av den högsta partikelhalt som får släppas ut av fordonet enligt rådande bestämmelser, och kan således vara olika för olika fordon, men också olika för likadana fordon som framförs i olika jurisdiktioner med olika bestämmelser avseende partikelutsläpp. Utsläppen normeras vanligtvis mot en specifik körcykel, och nämnda andra partikelhalt kan t.ex. bestämmas av tillåten partikelmängd per kWh arbete som uträttas av förbränningsmotorn, dvs. ju mer arbete förbränningsmotorn uträttar, desto högre utsläpp tillåts i avgasströmmen. Allmänt uttrycks utsläppsbestämmelser ofta i partikelmassa per enhet motorarbete, såsom t.ex. kg/kWh, g/kWh eller mg/kWh, där 535 180 18 motorarbetet t.ex. kan utgöra utvecklad eller avgivbar motoreffekt.

Denna andra partikelhalt kan dock även utgöras av en jämfört med rådande bestämmelser högre partikelhalt.

Nämnda andra partikelhalt kan således bero av olika parametrar, och i steg 305 kan den andra partikelhalten t.ex. bestämmas som funktion av en eller flera av tryck före respektive efter partikelfiltret, differentialtryck över partikelfiltret, tid, avgastemperatur och avgasflöde, där dylika data t.ex. kan användas för att bestämma en andra partikelhalt som uppfyller rådande utsläppsbestämmelser.

Idag släpper många motorer från olika motortillverkare ut en alltför hög partikelhalt från förbränningsmotorns förbränning för att bestämmelser avseende partikelförekomst skall kunna uppfyllas utan efterbehandling med hjälp av partikelfilter.

Det finns dock motorer, såsom åtminstone vissa motorer tillverkade av t.ex. Scania, som uppvisar en såpass god förbränning att förbränningens resulterande utsläpp av partiklar uppfyller bestämmelser avseende PM-utsläpp redan innan avgasströmmen når partikelfiltret. Partikelfiltret används således vid dessa motorer för att i än högre grad rena avgasströmmen.

Enligt en utföringsform kan alltså enligt ovan nämnda andra partikelhalt i steg 305 utgöra en lagstadgad utsläppsnivå, och föreliggande uppfinning är således mycket tillämplig vid motorer där föreskrivna utsläppsnivàer kan hållas redan före partikelfiltrering. Genom att fastställa att partikelmassan redan före partikelfiltret understiger lagstadgad nivå kommer automatiskt partikelhalten även efter DPF att hållas under lagstadgad nivå, även om DPF skulle fungera felaktigt.

Uppfinningen möjliggör således övervakning av att bestämmelser avseende partikelutsläpp efter partikelfiltret är uppfyllda 538 180 19 utan att mätning av partikelhalt efter partikelfiltret faktiskt behöver utföras.

I de fall motorer används, där bestämningar avseende partikelutsläpp inte kan uppfyllas utan efterföljande partikelfilterbehandling, kan nämnda andra partikelhalt utgöras av ett jämfört med rådande bestämmelser högre värde.

T.ex. kan den andra partikelhalten vara satt med hänsyn tagen till partikelfiltrets reningsförmåga, vilken t.ex. kan vara teoretiskt bestämd eller uppmätt. På detta sätt kan nämnda andra partikelhalt sättas till en nivå som, trots att den är högre än föreskrivna bestämmelser, fortfarande kommer att säkerställa att den partikelhalt som faktiskt lämnar fordonet fortfarande understiger föreskriven nivå.

I takt med att partiklar avskiljs från avgasströmmen med hjälp av partikelfiltret 202 ansamlas de avskiljda partiklarna i partikelfiltret 202, varvid detta med tiden fylls upp av sot.

Beroende på t.ex. aktuella körförhållanden, förarens körsätt och fordonslast kommer en större eller mindre mängd sotpartiklar att genereras, och sot-/partikeluppfyllnad kommer att ske mer eller mindre snabbt. När filtret är uppfyllt till en viss nivå måste filtret "tömmas”, vilket utförs med hjälp av s.k. regenerering, vilket är välkänt för fackmannen.

Beroende på fyllnadsgrad kan dock filtrets reningsförmåga variera, varför också nämnda andra partikelhalt i en utföringsform kan vara anordnad att variera i beroende av partikelfiltrets 202 fyllnadsgrad. Fyllnadsgraden kan t.ex. bestämmas med hjälp av signaler från en tryckgivare 209, vilken mäter differentialtrycket över partikelfiltret 202. Ju mer partikelfiltret 202 fylls upp, desto större kommer tryckskillnaden över partikelfiltret 202 att vara. Enligt en utföringsform kan således nämnda andra partikelhalt vara anordnad att bero av differentialtrycket över partikelfiltret 535 180 202, där nämnda andra partikelhalt kan vara anordnad att minska i takt med ökande differentialtryck.

I det ovan beskrivna förfarandet godkänns partikelutsläpp baserat på ett enda värde. Enligt en utföringsform bestäms istället ett flertal värden för nämnda första partikelhalt, varvid dessa flertal värden sedan kan vägas samman till ett genomsnittligt värde som jämförs med nämnda andra partikelhalt. Enligt denna utföringsform kan enstaka värden tillåtas överskrida nämnda andra partikelhalt så länge som det sammanvägda värdet understiger nämnda andra partikelhalt.

Vidare kan det i fig. 3 visade förfarandet upprepas med vissa intervall, såsom t.ex. l gång/s, 1 gång/min, eller annat kortare eller längre tillämpligt intervall.

Således möjliggör föreliggande uppfinning övervakning av att bestämmelser avseende partikelutsläpp efter partikelfiltret är uppfyllda utan att mätning av partikelhalt efter partikelfiltret faktiskt behöver utföras, och även vid motorer där partikelhalten i avgasströmmen uppströms partikelfiltret inte uppfyller rådande bestämmelser.

Placering av PM-sensorn uppströms partikelfiltret för att övervaka utsläppsbestämmelser har flera fördelar. Eftersom sensorn är placerad på ett sådant sätt att mätsignaler hela tiden kommer att avges kan sensorns funktion säkerställas genom att betrakta den av sensorn avgivna signalen över tiden.

Så länge som sensorn avger väsentligen kontinuerlig signal, eller för likartade driftsfall avger väsentligen samma signal, kan sensorn antas fungera korrekt. Om sensorn däremot plötsligt indikerar väsentligt lägre utsläpp än normalt för ett givet körfall kan det antas att sensorn fungerar felaktigt, varvid t.ex. en serviceflagga kan aktiveras i fordonets styrsystem för att indikera behov av service. 536 ¶B0 21 Beträffande sensorn kan denna vara av en typ som avger t.ex. en spänning eller ström, eller som uppvisar en kapacitans, induktans eller resistans som varierar i beroende av partikelförekomst, varvid styrenheten 208 sedan med hjälp av tillämpligt matematiskt förhållande eller en tabell kan omvandla erhållet mätvärde till en motsvarande partikelhalt.

Sensorn kan dock även vara av en typ med egen styrlogik, där sensorns interna styrlogik beräknar en partikelhalt som sedan skickas till styrenheten 208 via t.ex. fordonsnätverket eller en dedikerad kabel.

Vidare kan sensorn användas för att detektera situationer när partikelhalten i avgasströmmen plötsligt överskrider normal nivå eller nivå enligt bestämmelser. Även om partikelfiltret i sig många gånger säkerställer att bestämmelser avseende faktiska utsläpp i fordonets omgivning fortfarande uppfylls indikerar ändå den högre partikelhalten att förbränningsmotorn inte fungerar felfritt, varvid det även i denna situation är önskvärt att fordonet kommer in på service så fort som möjligt för att åtgärda den/de orsaker som ger upphov till den ökade partikelhalten i avgaserna. Detta beskrivs närmare i ovan nämnda parallella ansökan med titeln "FÖRFARANDE OCH SYSTEM rön DIAGNOSTISERING Av En Fömanännzussuoron".

Föreliggande uppfinning har även fördelen att aktiva test av sensorns funktion kan utföras. T.ex. kan förbränningsmotorn avsiktligt inställas till driftspunkter som förväntas resultera i ett väsentligt högre partikelutsläpP« Genom att samtidigt betrakta de av sensorn avgivna signalerna kan det bestämmas om sensorsignalerna faktiskt reflekterar den förväntade ökningen av partikelhalten i avgasströmmen. Så länge som förväntad förändring i sensorsignalen erhålls kan också sensorn antas fungera korrekt. Om sensorsignalerna inte 535 180 22 ökar trots körfallets ökade partikelutsläpp kan sensorn antas fungera felaktigt.

Såsom nämnts har placering av PM-sensorn uppströms partikelfiltret även fördelen att sensorn med större säkerhet kan placeras pà ett sätt som medför att sensorsignalerna är representativa för förbränningsmotorns avgivna avgasström.

T.ex. kan sensorn såsom i fig. 2 placeras efter ett turboaggregat 220 ur vilken avgasströmmen vanligtvis avges pà ett förutsägbart sätt. Sensorn 222 kan likaså vara anordnad att placeras t.ex. nedströms DOC 205 men uppströms partikelfiltret 202. I den visade utföringsformen är SCR- katalysatorn 203 placerad nedströms partikelfiltret 202, men i en utföringsform är SCR-katalysatorn istället placerad uppströms DPF 202, varvid PM-sensorn 222 kan placeras nedströms eller uppströms SCR-katalysatorn.

Fordonet kan även vara utrustat med en s.k. avgasbroms, varvid sensorn 222 t.ex. kan vara anordnad uppströms denna avgasbroms. Likaså kan sensorn 222 vara placerad i den EGR- áterföring av en del av avgasströmmen som är vanligt förekommande vid fordon av ovanstående typ eftersom denna del av avgasströmmen är representativ, vad gäller sammansättning, för den totala avgasströmmen. Sensorn 222 kan även t.ex. vara anordnad uppströms turboaggregatet 220. Turboaggregatet kan både vara av typen med fast geometri (EGT), av typen med variabel geometri (VGT) och vara försedd med turbin avsedd för kraftåterföring till vevaxel (turbo compound) eller till annan del av drivlinan. Vidare kan fordonet vara försett med en s.k. ammoniakslipkatalysator (ASC), varvid PM-sensorn kan vara anordnad uppströms eller nedströms denna. Således finns det ett stort antal möjliga placeringar av PM-sensorn uppströms partikelfiltret. 536 180 23 Vidare har nämnda andra partikelhalt hittills refererats till i förhållande till olika bestämmelser. Detta värde kan dock, t.ex. i jurisdiktioner där bestämmelser saknas, även vara satt till ett värde som bestämts av fordonets tillverkare. T.ex. kan värdet vara satt baserat på ett värde som säkerställer god motorfunktion.

Vidare har föreliggande uppfinning ovan exemplifierats i anknytning till fordon. Uppfinningen är dock även tillämplig vid godtyckliga farkoster/processer där partikelfiltersystem enligt ovan är tillämpliga, såsom t.ex. vatten- eller luftfarkoster med förbränningsprocesser enligt ovan.

Ytterligare utföringsformer av förfarandet och systemet enligt uppfinningen återfinns i de bilagda patentkraven.

Det skall också noteras att systemet kan modifieras enligt olika utföringsformer av förfarandet enligt uppfinningen (och vice versa) och att föreliggande uppfinning inte på något vis är begränsad till de ovan beskrivna utföringsformerna av förfarandet enligt uppfinningen, utan avser och innefattar alla utföringsformer inom de bifogade självständiga kravens skyddsomfång.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 l. 536 180 24 Patentkrav Förfarande för bestämning av pgrtikelutsläpp vid en förbränningsmotor, varvid ett efterbehandlingssystem (200) innefattande åtminstone ett partikelfilter (202) är inrättat för efterbehandling av en vid förbränning i nämnda förbränningsmotor (101) resulterande avgasström, varvid förfarandet är kännetecknat av att: - för en position uppströms nämnda partikelfilter (202) och genom utnyttjande av en uppströms nämnda partikelfilter anordnad PM-sensor (222) bestämma en första partikelhalt i nämnda från nämnda förbränningsmotor (101) resulterande avgasström, och - baserat på nämnda bestämda första partikelhalt bestämma huruvida en partikelhalt i nämnda avgasström nedströms nämnda partikelfilter (202) uppfyller ett första villkor. Förfarande enligt krav 1, varvid den efter nämnda partikelfilter (202) utsläppta partikelhalten uppfyller nämnda första villkor när nämnda första partikelhalt understiger en andra partikelhalt. Förfarande enligt krav 2, varvid nämnda andra partikelhalt utgör ett för nämnda förbränningsmotor maximalt tillåtet partikelutsläpp. Förfarande enligt krav 2, varvid nämnda andra partikelhalt utgör ett för nämnda förbränningsmotor maximalt tillåtet partikelutsläpp multiplicerat med en första faktor. Förfarande enligt nägot av kraven l-4, varvid nämnda partikelhalter bestäms som någon ur gruppen: - ett partikelantal eller en partikelmassa per 10 15 20 25 10. 536 '180 25 volymenhet; - ett partikelantal eller en partikelmassa per tidsenhet; - ett partikelantal eller en partikelmassa per ett uträttat arbete. Förfarande enligt nagot av kraven 1-5, varvid nämnda första villkor beror av förbränningsmotorns arbete. Förfarande enligt något av kraven 1-6, varvid nämnda första villkor beror av partikelfiltrets (202) fyllnadsgrad. Förfarande enligt krav 7, varvid nämnda partikelhalt i nämnda avgasström nedströms nämnda partikelfilter (202) uppfyller nämnda första villkor när nämnda första partikelhalt understiger en andra partikelhalt, varvid nämnda andra partikelhalt ändras med ökande fyllnadsgrad. Förfarande enligt nagot av kraven l-8, varvid nämnda första villkor beror av ett differentialtryck över partikelfiltret (202). Förfarande enligt något av kraven 1-9, varvid en första partikelhalt i nämnda fràn nämnda förbränningsmotor (101) resulterande avgasström för en position uppströms nämnda partikelfilter (202) bestäms för ett flertal tidpunkter, och - varvid partikelhalten i nämnda avgasström nedströms nämnda partikelfilter (202) uppfyller nämnda första villkor när ett sammanvägt värde av partikelhaltbestämningarna för nämnda flertal tidpunkter uppfyller nämnda första villkor. 10 15 20 25 538 180 26 ll.Förfarande enligt något av kraven l-10, varvid förfarandet vidare innefattar att bestämma en funktion för nämnda PM-sensor baserat på en av nämnda PM-sensor avgiven sensorsignal representerande en partikelhalt i nämnda avgasström. l2.Förfarande enligt krav ll, varvid nämnda funktion bestäms baserat på variationer i nämnda sensorsignal. 13.Förfarande enligt krav ll eller 12, vidare innefattande 14. 15 l6 17 att: - styra den av nämnda förbränningsmotor avgivna partikelhalten genom styrning av motorn, såsom genom styrning av åtminstone en av bränsle-, EGR- och lufttillförsel till nämnda förbränning, och - bestämma huruvida den av nämnda PM-sensor avgivna signalen motsvarar en förväntad sensorsignal. Förfarande enligt något av kraven ll-13, innefattande att generera en signal indikerande en felfunktion för nämnda sensor när den av nämnda PM-sensor avgivna signalen inte motsvarar förväntad sensorsignal. .Datorprogram innefattande programkod, vilket när nämnda programkod exekveras i en dator åstadkommer att nämnda dator utför förfarandet enligt något av patentkrav 1-14. .Datorprogramprodukt innefattande ett datorläsbart medium och ett datorprogram enligt patentkrav 15, varvid nämnda datorprogram är innefattat i nämnda datorläsbara medium. .System för bestämning av partikelutsläpp vid en förbränningsmotor, varvid ett efterbehandlingssystem (200) innefattande åtminstone ett partikelfilter (202) är 10 535 'IBO 27 inrättat för efterbehandling av en vid förbränning i nämnda förbränningsmotor (101) resulterande avgasström, kännetecknat av att systemet innefattar: - organ för att, för en position uppströms nämnda partikelfilter (202) och genom utnyttjande av en uppströms nämnda partikelfilter anordnad PM-sensor (222), bestämma en första partikelhalt i nämnda från nämnda förbränningsmotor (101) resulterande avgasström, och - organ för att baserat på nämnda bestämda första partikelhalt bestämma huruvida en partikelhalt i nämnda avgasström nedströms nämnda partikelfilter (202) uppfyller ett första villkor. l8.Fordon (100), kännetecknat av att det innefattar ett system enligt krav 17.