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Die Offenbarung bezieht sich auf ein Abgasnachbehandlungssystem und Verfahren zum Detektieren und Beseitigen von Wasser in einem Partikelfilter des Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere um mechanische Schäden an NOx-Sensoren, die im Abgasnachbehandlungssystem angeordnet sind, zu vermeiden, indem eine präventive Regeneration des Partikelfilters getriggert wird.
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Emissionsvorschriften treiben weltweit die Umsetzung neuer Abgasnachbehandlungssysteme voran. Aktuelle Fahrzeuge weisen ein Abgasnachbehandlungssystem auf, das einen Partikelfilter (PF) zum Entfernen von Partikelmaterial oder Ruß aus dem Abgas enthält. Zusätzlich rüsten Fahrzeughersteller Fahrzeuge mit NOx-Sensoren zum Überwachen des vom Fahrzeug emittierten NOx-Pegels aus, um die Einhaltung der Vorschriften in Bezug auf NOx-Emissionen sicherzustellen. Die meisten Abgasnachbehandlungssysteme enthalten mindestens zwei NOx-Sensoren, einen stromaufwärts des Abgasnachbehandlungssystems angeordneten Sensor und einen stromabwärts des Abgasnachbehandlungssystems angeordneten Sensor. Im Betrieb der Brennkraftmaschine können diese NOx-Sensoren unter Umständen aufgrund von Ruß (schwarzer Kohlenstoff) -Ablagerungen auf dem Sensor, Wassereintritt und/oder Schäden am Kabel ausfallen und ein Aufleuchten der Motorprüf-Störanzeigeleuchte (MIL, Malfunction Indicator Light) bewirken.
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In anderen Beispielen kann sich Wasser aus der Verbrennung in der Abgasleitung sammeln, zum Beispiel, wenn die Abgasleitung kalt ist, während eines Kaltstarts oder während einer Fahrzeugwäsche oder anderen Beispielen, die das Ansammeln von Wasser in der Abgasleitung bzw. im Abgasnachbehandlungssystem bewirken. Diese Wassermenge kann fälschlicherweise als Ruß identifiziert werden, und/oder die Wassermenge kann Schäden an den NOx-Sensoren des Abgasnachbehandlungssystems bewirken, z. B. einen Riss in der Sensorkeramik aufgrund der hohen Temperatur der NOx-Sensoren in Verbindung mit darauf auftreffenden Wassertröpfchen, die durch lokales Abkühlen zu Spannungsrissen im Keramikkörper der NOx-Sensoren führen können. Falls beispielsweise der Fahrer jeden Tag nur eine kurze Distanz fährt, würde die Abgasleitung keine ausreichend hohen Temperaturen erreichen, um das Wasser, das sich in der Abgasleitung angesammelt hat, zu beseitigen oder zu verringern.
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Dokument
JP 2013 160 208 A offenbart eine Abgasreinigungsvorrichtung, bei der bestimmt wird, ob sich das Innere eines Partikelfilters, PF, in einem gefrorenen Zustand oder in einem wasserhaltigen Zustand befindet. Beim Starten der Brennkraftmaschine wird anhand des Differenzdruckwerts und der Abgastemperatur festgestellt, ob sich das Innere des PF in einem gefrorenen oder einem wasserhaltigen Zustand befindet.
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Des Weiteren wird in Dokument
DE 10 2013 217 622 A1 ein Abgassystem mit einem Partikelfilter, einem Sensor und einem Controller beschrieben. Der Sensor misst einen momentanen Differenzdruck über den Filter. Der Controller kann den Differenzdruck mit einer kalibrierten Schwelle vergleichen und eine Steueraktion ausführen, wenn der Differenzdruck in einen zulässigen Bereich der Schwelle fällt. Eine solche Steueraktion kann ausgeführt werden, wenn der gemessene Differenzdruck nicht innerhalb des zulässigen Bereiches der Schwelle liegt, einschließlich einem Deaktivieren der Ausführung der Diagnose und einem Setzen eines Diagnosecodes, der angibt, dass der Sensor schadhaft sein kann.
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Ein Verfahren zum Abschätzen einer Rußbeladung in einem Partikelfilter in einem Abgasreinigungssystem wird in Dokument
US 2013/0 145 822 A1 dargestellt. Zum Abschätzen wird ein Druckabfall über dem Partikelfilter genutzt, um die Rußbeladung zu ermitteln. Dabei basiert das Abschätzen auf einem Messen des Druckabfalls zu einer bestimmten Zeit, wenn ein Abgasvolumenstrom des Abgasreinigungssystems einen Strömungsschwellenwert übersteigt und der Partikelfilter für eine ausreichende Zeitdauer eine Temperatur über einem zweiten Temperaturschwellenwert beibehalten hat, der hoch genug ist, um Wasser von dem Partikelfilter zu entfernen, so dass der Filter im Wesentlichen frei von Wasser ist.
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Dokument
JP 2014-98 361 A betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Feinstaubakkumulationsmenge von einem Partikelfilter, der in einem Abgaskanal eines Verbrennungsmotors angeordnet ist. Bei der Berechnung der PM-Akkumulationsmenge des Partikelfilters, wird eine Verringerung der Berechnungsgenauigkeit aufgrund der Beeinflussung durch im Abgaskanal des Verbrennungsmotors auftretendem Kondenswasser berücksichtigt. Dabei wird die Menge von Feinstaub, die aus dem Partikelfilter desorbiert werden soll, unter Berücksichtigung einer durch das Kondenswassers aus dem Partikelfilter ausgespülten Partikelmenge korrigiert.
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Schließlich offenbart Dokument
DE 10 2008 041 105 A1 ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftfahrzeugs, wobei Mittel zur Ansteuerung einer Start-Stopp-Automatik oder einer Zündanlage des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit vom Ergebnis der Auswertung einer erfassten Druckdifferenz im Abgastrakt vorgesehen sind, wobei ein Eintauchen oder Untertauchen eines Endrohrs des Abgastrakts in Wasser, Schlamm oder dergleichen flüssige Medien detektiert wird.
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Daher ist es wünschenswert, ein zuverlässiges Abgasnachbehandlungssystem zur Verfügung zu stellen, das dazu in der Lage ist, Wasseransammlungen in der Abgasleitung bzw. im Abgasnachbehandlungssystem zu detektieren, durch Wasser verursachten Schäden an den NOx-Sensoren vorzubeugen und Anforderungen von Regenerationsprozessen des Partikelfilters zu reduzieren, die durch im Partikelfilter vorhandenes Wasser statt durch Ruß getriggert werden.
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Die vorliegende Erfindung stellt ein verbessertes Abgasnachbehandlungssystem und ein Verfahren bereit, das Wasser in einem Partikelfilter erkennt, was zum Beispiel durch Wasser erzeugende Verbrennung, durch Wasserstrahlen in einer Fahrzeugwaschanlage oder aufgrund von schweren Regenfällen (z. B. im Monsun) oder aufgrund anderer Ursachen, in das Abgas und in den Partikelfilter gelangt, oder durch Beschleunigung/Verlangsamung des Fahrzeugs, die eine Bewegung von Restwasser in den Partikelfilter bewirkt, verursacht wird.
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Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, zum Erkennen und Beseitigen von Wasser in einem Partikelfilter eines Abgasnachbehandlungssystems einer Brennkraftmaschine deren Abgasstrom durch den Partikelfilter geleitet wird, zur Reinigung des Abgasstromes von Partikeln. Die Brennkraftmaschine ist beispielsweise als Motor in einem Fahrzeug angeordnet dessen Abgas, zum Reduzieren der NOx-Konzentration in das Abgasnachbehandlungssystem eingeleitet wird. Das Verfahren beinhaltet, das Empfangen und Auswerten eines Betriebsstatussignals der Brennkraftmaschine mittels einer Steuereinheit. Das Verfahren beinhaltet weiterhin, dass wenn das Betriebsstatussignal anzeigt, dass der Motor nach einem Fahrzyklus gestoppt worden ist, empfangen eines Differenzdruckwertes von einem, am Partikelfilter angeordneten Differenzdrucksensor, mittels der Steuereinheit und speichern des empfangenen Differenzdruckwertes als Differenzdruckspeicherwert in einer Speichereinrichtung der Steuereinheit.
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Des Weiteren erfolgt ein Vergleichen des gespeicherten Differenzdruckwertes mit einem in der Speichereinrichtung hinterlegten Differenzdruckschwellenwert, mittels einer Datenverarbeitungseinrichtung der Steuereinheit, die in Kommunikationsverbindung mit der Speichereinrichtung steht. Das Verfahren beinhaltet ferner, das Erkennen, dass Wasser im Partikelfilter vorhanden ist und das Setzen einer Anforderung für eine präventive Regeneration des Partikelfilters, mittels der Datenverarbeitungseinrichtung, wenn der gespeicherte Differenzdruckwert größer ist als der Differenzdruckschwellenwert, wobei die Anforderung der präventiven Regeneration des Partikelfilters bewirkt, dass eine präventive Regeneration des Partikelfilters zur Entfernung von Wasser im nächsten Fahrzyklus durchgeführt wird, was verhindert, dass NOx-Sensoren, die entlang des Abgasnachbehandlungssystems positioniert sind, aufgrund von Wasserkontakt beschädigt werden.
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Weitere Ausführungen der Erfindung können eines oder mehrere der folgenden optionalen Merkmale beinhalten.
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Einer Ausführung des Verfahrens beinhaltet das Setzen eines Wasser-vorhanden-Merkers, wenn der gespeicherte Differenzdruckwert größer als der Differenzdruckschwellenwert ist, wodurch das Vorhandensein von Wasser im Partikelfilter angezeigt wird.
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Eine weitere Ausführung des Verfahrens umfasst ferner das Löschen eines Wasser-vorhanden-Merkers, wenn der gespeicherte Differenzdruckwert kleiner oder gleich dem Differenzdruckschwellenwert ist, wodurch das Nichtvorhandensein von Wasser im Partikelfilter angezeigt wird.
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Dieser Wasser-vorhanden-Merker kann vorteilhaft an anderer Stelle des Betriebsprogramms der Brennkraftmaschine als Indikator abgefragt werden und entsprechende Anpassungen der Betriebsparameter können abhängig davon vorgenommen werden.
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Weiterhin kann das Verfahren auch beinhalten, dass wenn der gespeicherte Differenzdruckwert größer als der Differenzdruckschwellenwert ist, eine Rußmasse des Rußes, der sich im Partikelfilter abgelagert hat zu bestimmen, mittels eines Verfahrens, das nicht auf dem Differenzdruckwert beruht, so dass das Wasser im Partikelfilter unberücksichtigt bleibt. Dies ermöglicht eine vorteilhafte Anpassung des folgenden Regenerationsprozesses bezüglich Dauer und zugeführter Energie an die Masse des Abgelagerten Rußes.
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Eine weitere Ausführung des Verfahrens beinhaltet, dass das Verfahren zum Bestimmen der Rußmasse, bei dem das Wasser im Partikelfilter unberücksichtigt bleibt, eine Rußmasse auf Basis eines Ruß-Ausstoßes der Brennkraftmaschine und einem Rußansammlungsmodell berechnet oder eine Rußmasse auf Basis eines Fahrstreckenmodells unter Heranziehung von Kennfeldern berechnet oder eine Rußmasse auf Basis einer vorher, vor dem Erkennen, dass Wasser im Partikelfilter vorhanden ist, auf Basis des Differenzdruckwertes berechneten Rußmasse bestimmt wird. Auf diese Weise wird vorteilhaft vermieden, dass ein durch vorhandenes Wasser verfälschter Wert der abgelagerten Rußmasse im weiteren Verfahrensablauf zugrunde gelegt wird.
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Eine weitere Ausführung des Verfahrens umfasst, dass wenn das Auswerten des Betriebsstatussignals der Brennkraftmaschine mittels der Steuereinheit ergibt, dass die Brennkraftmaschine nicht gestoppt worden ist und die Anforderung für eine präventive Regeneration des Partikelfilters gesetzt ist, der Wasser-vorhanden-Merker gesetzt wird und die Rußmasse im Partikelfilter so bestimmt wird, dass das Wasser im Partikelfilter unberücksichtigt bleibt und eine präventive Regeneration des Partikelfilters angestoßen wird, unter Berücksichtigung der bestimmten Rußmasse. Diese Vorgehensweise ermöglicht die Einleitung der präventiven Regeneration in aktuellen Fahrzyklus, nachdem im vorausgehenden Fahrzyklus die Anforderung einer präventiven Regeneration gesetzt worden ist.
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Bei einer weiteren Ausführung des Verfahrens wird, nachdem das Auswerten des Betriebsstatussignals der Brennkraftmaschine mittels der Steuereinheit ergeben hat, dass die Brennkraftmaschine nicht gestoppt worden ist und die Anforderung für eine präventive Regeneration des Partikelfilters nicht gesetzt ist, mittels der Datenverarbeitungseinrichtung ein Kaltstartzähler mit einem in der Speichereinrichtung hinterlegten Kaltstartschwellenwert verglichen. Wenn der Kaltstartzähler größer ist als der Kaltstartschwellenwert, wird ein Wasser-Kontroll-Merker gesetzt. Wobei der Kaltstartzähler angibt, wie viele Betriebsphasen der Brennkraftmaschine ohne Regeneration des Partikelfilters seit einer vorausgehenden erfolgreichen Regeneration erfolgt sind. Weiterhin wird eine Maximal-Rußmasse des Rußes, der sich im Partikelfilter abgelagert hat, bestimmt, die einen Maximalwert der mittels verschiedener Ermittlungsverfahren ermittelten Rußmasse darstellt, und eine präventive Regeneration des Partikelfilters wird angestoßen, unter Berücksichtigung der bestimmten Maximal-Rußmasse. Wobei, wenn der Kaltstartzähler kleiner als oder gleich dem Kaltstartschwellenwert ist keine präventive Regeneration eingeleitet wird. Dies trägt vorteilhaft dem Umstand Rechnung, dass nach einer bestimmten Anzahl von Kaltstarts ohne vorausgehende erfolgreiche Regeneration des Partikelfilters, sich mit hoher Wahrscheinlichkeit Wasser im Abgasnachbehandlungssystem angesammelt hat. So kann vorteilhaft, auch wenn dies noch nicht durch einen gesetzten Wasser-vorhanden-Merker oder eine gesetzte Anforderung einer präventiven Regeneration festgestellt ist, eine präventive Regeneration durchgeführt werden, zum Schutz der NOx-Sensoren.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird immer, wenn ein Wasser-vorhanden-Merker gesetzt wird, der angibt, dass Wasser in dem Abgasnachbehandlungssystem vorhanden ist oder/und ein Wasser-Kontroll-Merker gesetzt wird, der angibt, dass eine gewisse Anzahl von Betriebsphasen bzw. von Kaltstarts der Brennkraftmaschine ohne Regeneration des Partikelfilters seit einer vorausgehenden erfolgreichen Regeneration erfolgt sind, oder/und eine Anforderung für eine präventive Regeneration des Partikelfilters gesetzt wird, ein Taupunkt-Merker zurückgesetzt wird, was bewirkt, dass eine Inbetriebnahme und somit ein Aufheizen von im Abgasnachbehandlungssystem angeordneten NOx-Sensoren auf Betriebstemperatur verhindert wird. Auf diese Weise wird vorteilhaft verhindert, dass die NOx-Sensoren in Betrieb genommen werden, wenn das Vorhandensein von Wasser im Abgasnachbehandlungssystem festgestellt oder mit hoher Wahrscheinlichkeit angenommen wird.
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Das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs ist eingerichtet zum Detektieren und Beseitigen von Wasser in einem Partikelfilter des Abgasnachbehandlungssystems, wobei das Abgasnachbehandlungssystem Folgendes umfasst:
- - Den Partikelfilter zum Aufnehmen von Abgas aus einem Motor;
- - einen Differenzdrucksensor (210), der einen Differenzdruckwert des Partikelfilters misst;
- - zumindest einen NOx-Sensor, zur Ermittlung der NOx-Konzentration im Abgas und
- - eine Steuereinheit in Kommunikationsverbindung mit der Brennkraftmaschine, mit dem Differenzdrucksensor und mit dem zumindest einem NOx-Sensor.
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Die Steuereinheit weist wiederum eine Datenverarbeitungseinrichtung und eine Speichereinrichtung, die in Kommunikationsverbindung mit der Datenverarbeitungseinrichtung steht, auf.
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In der Speichereinrichtung sind Befehle gespeichert, die, wenn sie auf der Datenverarbeitungseinrichtung ausgeführt werden, bewirken, dass die Datenverarbeitungseinrichtung Operationen zur Durchführung eines Verfahrens zum Erkennen und Beseitigen von Wasser in dem Partikelfilter ausführt, wie vorausgehend beschrieben.
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Die Einzelheiten einer oder mehrerer Ausführungen der offenbarten Erfindung werden in den beigefügten Zeichnungen und der dazugehörigen nachstehenden Beschreibung dargestellt. Weitere Aspekte, Merkmale und Vorteile gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen sowie aus den Ansprüchen hervor.
- 1 zeigt eine schematische Ansicht eines beispielhaften Abgasnachbehandlungssystems mit einem Partikelfilter.
- 2 zeigt eine schematische Ansicht eines beispielhaften Abgasnachbehandlungssystems mit einem Dieselpartikelfilter.
- 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs, das das beispielhafte Abgasnachbehandlungssystem und eine Motorsteuereinheit enthält.
- 4 zeigt eine stark vereinfachte Darstellung einer beispielhaften Anordnung von Operationen zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Erkennen und Beseitigen von Wasser in einem Partikelfilter eines in den 1, 2 und 3 gezeigten Abgasnachbehandlungssystems.
- 5 zeigt ein Verfahrensdiagramm einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Gleiche Bezugszeichen in den verschiedenen Zeichnungen geben gleiche Gegenstände an.
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Mit Bezug auf die 1, 2 und 3 wird ein Fahrzeug 10 beschrieben, das ein Abgasnachbehandlungssystem 100 aufweist, zum Reduzieren von schädlichen Abgasemissionen von Brennkraftmaschinen (BKM), auch als Verbrennungsmotoren bezeichnet. Das Abgasnachbehandlungssystem 100 enthält einen Oxidationskatalysator 110, der den Abgasstrom 20a aus der Brennkraftmaschine (BKM), also beispielsweise einem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs, aufnimmt. Der Oxidationskatalysator 110 reduziert Emissionen durch Umwandeln von Kohlenmonoxid (CO) und Kohlenwasserstoffen (HC) in Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O). Der Oxidationskatalysator 110 zerlegt Schadstoffe im Abgasstrom aus der Brennkraftmaschine in unschädliche Bestandteile, was auch zur Reduzierung des Partikelmaterial beiträgt. Dem Oxidationskatalysator 110 nachgelagert ist ein Partikelfilter 120 zur Verwendung bei Benzinfahrzeugen (1) oder Dieselfahrzeugen (2) im Abgasstrang angeordnet. In dem Fall eines Dieselfahrzeugs ist der Partikelfilter 120 ein Dieselpartikelfilter. Der Partikelfilter 120 entfernt Partikelmaterial oder Ruß aus dem Abgasstrom 20a der Brennkraftmaschine. Der Partikelfilter 120 ist dazu konzipiert, die abgelagerten Partikel entweder passiv durch die Verwendung eines Katalysators oder durch aktive Mittel, wie zum Beispiel einem Kraftstoffbrenner, der den Partikelfilter 120 auf eine spezifische Temperatur aufheizt, die eine Verbrennung des Rußes bewirkt, abzubrennen. Die Filterregeneration ist ein Prozess, bei dem die Abgastemperatur entweder mit einem Kraftstoffeinspritzventil in der Abgasleitung 20 oder über unterschiedliche Einspritzeinstellungen der Brennkraftmaschine, wobei Kraftstoff zur Reaktion mit einem Katalysatorelement eingespritzt wird, erhöht wird, um den im Partikelfilter 120 abgelagerten Ruß abzubrennen. Die Partikelfilter-Regeneration kann passiv, aktiv oder zwangsgeführt erfolgen. Die passive Regeneration brennt den im Partikelfilter eingelagerten Ruß während des Fahrens ab, wenn die Kombination von NO2-Konzentration und Temperatur des Abgasstroms 20a das Reduzieren des Rußes durch Verbrennung gestattet. Während der aktiven Regeneration wird Rohkraftstoff in den Oxidationskatalysator 110 eingespritzt, um geeignete Regenerationstemperaturen im Partikelfilter 120 zu erreichen, weil das Fahrzeug unter normalen Fahrbedingungen (eine Ausnahme ist bei Volllast zu erkennen) keine ausreichend hohe Abgastemperatur zum Abbrennen des abgelagerten Rußes produziert. Schließlich erfordert die zwangsgeführte Regeneration eine Aktion der Steuereinheit 300, um einen Selbstreinigungsprozess des Partikelfilters 120 zum Abbrennen des abgelagerten Rußes auszulösen. In einigen Beispielen stellen dem Partikelfilter 120, bezüglich des Abgasstromes 20a, vorgelagerte oder nachgelagerte Drucksensoren (oder, wie gezeigt, ein Differenzdrucksensor 210) Messwerte bereit, die ein dosiertes Zuführen von Kraftstoff in den Abgasstrom 20a auslösen. Im Allgemeinen findet der Partikelfilterregenerationsprozess alle 400 - 800 Kilometer nach einer vorherigen erfolgreichen Regeneration statt. In weiteren Beispielen kann der Partikelfilter 120 ein Dieselpartikelfilter (DPF) oder genauer gesagt ein mit einer SCR-Beschichtung versehener Dieselpartikelfilter (SDPF) sein.
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In weiteren Beispielen wird aus einem Harnstoffbehälter 122 Harnstoff mittels eines dem Partikelfilter 120 im Abgasstrom 20a vorgelagerten Harnstoffeinspritzventils 124a eingespritzt, um die Konzentration von NOx im Abgas zu verringern. Aus dem Harnstoffbehälter 122 kann Harnstoff auch mittels des dem Partikelfilter 120 nachgelagerten Harnstoffeinspritzventils 124b eingespritzt werden, wenn das Abgas wenigstens 180 Grad Celsius hat, was eine chemische Reaktion triggert, die zu reduziertem NOx im Abgas führt. Wie gezeigt, kann das Harnstoffeinspritzventil 124b Harnstoff dem Partikelfilter 120 nachgelagert, das heißt im Abgasstrom stromabwärts des Partikelfilters 120, einspritzen, und ein anderes Harnstoffeinspritzventil 124a kann Harnstoff dem Partikelfilter 120 vorgelagert, das heißt im Abgasstrom stromaufwärts des Partikelfilters 120, einspritzen; allerdings kann der Harnstoff auch an anderen Stellen innerhalb der Abgasleitung 20 eingespritzt werden.
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In weiteren Ausführungen sind ein erster Hochtemperatursensor 220a und ein zweiter Hochtemperatursensor 220b jeweils, bezüglich des Abgasstroms 20a, vorgelagert und nachgelagert dem Oxidationskatalysator 110 positioniert, um die Temperatur des Abgasstroms 20a zu messen. Mit Bezug auf die 2 kann gemäß einem Beispiel zusätzlich, dem Partikelfilter 120 nachgelagert, ein sogenannter SCR-Katalysator 130 (zur Selektiven katalytischen Reduktion)) angeordnet sein, um die NOx-Konzentration des aus dem Partikelfilter 120 ausgegebenen Abgasstroms 20a zu reduzieren. In diesem Fall ist ein dritter Hochtemperatursensor 220c, dem Partikelfilter 120 nachgelagert positioniert.
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Gemäß 1 oder 2 sind ein oder mehrere NOx-Sensoren 230a - 230c, entlang der Abgasleitung 20 des Abgasnachbehandlungssystems 100 positioniert. Beispielsweise ist ein erster NOx-Sensor 230a positioniert, um die NOx-Daten 232 der Rohemissionen des Abgasstromes 20a der Brennkraftmaschine zu messen. Wie gezeigt, ist der erste NOx-Sensor 230a dem Oxidationskatalysator 110 vorgelagert positioniert. Ein zweiter NOx-Sensor 230b ist dem Partikelfilter 120 im Abgasstrom 20a nachgelagert positioniert. Im Beispiel gemäß einem Dieselsystem, wie in 2 gezeigt, ist ein dritter NOx-Sensor 230c dem SCR-Katalysator 130, bezüglich des Abgasstromes 20a, nachgelagert positioniert, um das NOx zu messen und nachzuprüfen, dass die gemessene NOx-Konzentration im Abgasstrom 20a innerhalb der gesetzlich vorgegeben Grenzen liegt. Das Abgasnachbehandlungssystem 100 kann zusätzliche NOx-Sensoren aufweisen, die an anderen Stellen positioniert sein können, basierend auf dem Aufbau des Abgasnachbehandlungssystems 100. Die NOx-Sensoren 230a - 230c sind betriebsfähig, wenn sie auf eine Betriebstemperatur aufgeheizt sind. Die NOx-Sensoren 230a - 230c sind gegenüber Feuchtigkeit empfindlich, weil sie aus Keramik hergestellt sind und nur bei hoher Temperatur arbeiten, das Zuführen eines Wassertropfens auf die NOx-Sensoren 230a -230c kann bewirken, dass die Keramik springt und somit der jeweilige NOx-Sensor beschädigt wird.
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Das Fahrzeug 10 enthält, wie in 3 dargestellt, eine Steuereinheit 300, die beispielsweise eine Motorsteuereinheit (ECU, Engine Control Unit) oder ein Motorsteuermodul (ECM, Engine Control Module) der Brennkraftmaschine BKM sein kann. Die Steuereinheit 300 ist eine elektronische Einheit, die die Brennkraftmaschine BKM und das Abgasnachbehandlungssystem 100 überwacht und auf Basis von empfangenen Daten 212, 222, 232 aus einem oder mehreren Modulen und/oder einem oder mehreren Sensoren bestimmt, welche Aktion(en) das System ausführt. Die Steuereinheit 300 steht in Verbindung mit der Brennkraftmaschine BKM und dem Sensorsystem 200 und enthält eine Datenverarbeitungseinrichtung 302 (z. B. einen oder mehrere Prozessoren) in Kommunikation mit einem nichtflüchtigen Datenspeicher einer Speichereinrichtung 304 (z. B. eine Festplatte, ein Flashspeicher, ein Direktzugriffsspeicher), die in der Lage ist, Befehle zu speichern, die auf der Datenverarbeitungseinrichtung 302 ausführbar sind. Die Steuereinheit 300 führt Befehle aus, die im nichtflüchtigen Speicher der Speichereinrichtung 304 gespeichert sind, die eine oder mehrere Anpassungen der Betriebsparameter des Abgasnachbehandlungssystems 100 und/oder der Brennkraftmaschine bewirken. Die Steuereinheit 300 empfängt Sensordaten 202 aus einem Sensorsystem 200, zum Beispiel Differenzdruckdaten 212 von dem Differenzdrucksensor 210, Temperaturdaten 222 von den Temperatursensoren 220a - 220c, und NOx-Konzentrationsdaten 232 von den NOx-Sensoren 230a - 230c, und weist auf Basis dieser Sensordaten 202 und ggf. weiterer Messwerte und Berechnungen das Abgasnachbehandlungssystem 100 an, ein Verhalten anzupassen, um zum Beispiel unter anderem einen Regenerationsprozess auszulösen oder einen präventiven Regenerationsprozess auszulösen. Die Speichereinrichtung 304 weist weiterhin Speicherbereiche für den Differenzdruckwert DP_MES_STOR, den Differenzdruckschwellenwert TH_DP_MES, einen Merker-Speicherbereich 206 sowie einen Zähler-Speicherbereich 208 auf.
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Die 4 stellt eine beispielhafte, stark vereinfachte Anordnung/Abfolge von Operationen für ein Verfahren 400 zum Erkennen und Beseitigen von Wasser in einem Partikelfilter 120 eines Abgasnachbehandlungssystems 100 einer beispielsweise in einem Fahrzeug angeordneten Brennkraftmaschine, wie in den 1 - 3 beschrieben, dar. Wobei die Brennkraftmaschine dazu eingerichtet ist, Abgas auszugeben, das durch den Partikelfilter 120 aufgenommen wird. Dabei kann das Abgas vor der Aufnahme durch den Partikelfilter 120, beispielsweise durch einen zwischen Motor und Partikelfilter 120 angeordneten Oxidationskatalysator 110 des Abgasnachbehandlungssystem 100, zum Reduzieren von NOx behandelt worden sein.
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Das Verfahren 400 beinhaltet, im Block 402, das Empfangen einen Betriebsstatussignals der Brennkraftmaschine mittels der Steuereinrichtung 300. Das Verfahren 400 beinhaltet weiterhin, dass in Abhängigkeit davon, dass im Block 403 das Betriebsstatussignal anzeigt, dass die Brennkraftmaschine nach einem Fahrzyklus gestoppt worden ist, ein Differenzdruckwert DP_MES, aus einem Differenzdrucksensor 210 am Partikelfilter 120, mittels der Datenverarbeitungseinrichtung 302 empfangen wird. und als Differenzdruckwert DP_MES_STOR gespeichert wird, wie in Block 404 dargestellt.
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Zusätzlich beinhaltet das Verfahren 400, wie im Block 406 dargestellt, das Speichern des Differenzdruckwertes DP_MES als Speicherwert DP_MES_STOR, in einer Speichereinrichtung 304, die in Kommunikationsverbindung mit der Datenverarbeitungseinrichtung 302 steht.
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Das Verfahren 400 beinhaltet weiterhin, wie im Block 408 dargestellt, das Vergleichen des gespeicherten Differenzdruckwertes, DP_MES_STOR, mit einem Differenzdruckschwellenwert TH_DP_MES, mittels der Datenverarbeitungseinrichtung 302.
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Das Verfahren 400 beinhaltet weiterhin, wie durch Block 410 symbolisiert, das Setzen einer Anforderung bzw. das Anstoßen einer präventiven Regeneration (WATER_PV_RGN=1) des Partikelfilter 120 mittels der Datenverarbeitungseinrichtung 302, wenn der gespeicherte Differenzdruckwert, DP_MES_STORE, größer ist als der Differenzdruckschwellenwert TH_DP_MES (DP_MES_STORE > TH_DP_MES). Dabei bewirkt die Anforderung bzw. das Anstoßen der präventiven Regeneration WATER_PV_RGN=1, dass ein Regenerationsprozess des Partikelfilter 120 im nächsten Fahrzyklus durchgeführt wird. Dies verhindert, dass NOx-Sensoren, die entlang des Abgasnachbehandlungssystems 100 positioniert sind, aufgrund einer Wasseransammlung im System beschädigt werden.
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In einer weiteren Ausführung kann das Verfahren 400 beinhalten, dass, wenn der gespeicherte Differenzdruckwert 212, DP_MES_STORE, größer ist als der Differenzdruckschwellenwert TH_DP_MES (DP_MES_STORE > TH_DP_MES), ein Wasser-vorhanden-Merker, WATER_IN, gesetzt wird WATER_IN=1, wodurch ein Vorhandensein von Wasser im Partikelfilter 120 angezeigt wird.
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In weiteren Beispielen bestimmt die Steuereinheit (ECU/ECM) 300 eine Rußmasse M_SOOT, die sich im Partikelfilter 120 befindet, auf Basis eines oder mehrerer Verfahren. Beispielsweise bestimmt die Steuereinheit 300 die Rußmasse M_SOOT auf Basis eines Kennfelds oder eines Durchflusswiderstandsverfahrens, und wenn die Rußmasse größer als ein Rußmassenschwellenwert ist, löst die Steuereinheit 300 den Regenerationsprozess des Partikelfilters 120 aus, der den Partikelfilter 120 von Ruß reinigt. Die Steuereinheit 300 kann ein entsprechendes Kennfeld in der Speichereinrichtung 304 speichern. Das Kennfeld oder das Durchflusswiderstandsverfahren stellt eine Beziehung her zwischen dem Abgasstrom 20a, dem Differenzdruckwert DP_MES über den Partikelfilter 120 und der im Partikelfilter 120 gespeicherten Rußmasse. Dies ermöglicht es der Steuereinheit 300, die Rußmasse M_SOOT des im Partikelfilter 120 gespeicherten Rußes auf Basis des Differenzdruckwertes DP_MES und des Abgasvolumenstroms im Kennfeld abzulesen oder über einen Algorithmus des Durchflusswiderstandsverfahrens zu ermitteln. Der Abgasvolumenstrom (M3/s) charakterisiert das Volumen des Abgasstromes 20a das pro Zeiteinheit den Partikelfilter 120 durchströmt und basiert auf dem Luftmassenstrom und der Kraftstoffeinspritzmasse, die dem Motor zugeführt werden. Wenn zum Beispiel, bei einem vorgegebenen Abgasvolumenstrom, der Differenzdruckwert DP_MES über den Partikelfilter 120 hoch ist, ist auch die im Partikelfilter 120 gespeicherte Rußmasse hoch. Gleichermaßen gibt ein geringerer Differenzdruckwert DP_MES eine geringere Rußmasse im Partikelfilter 120 an.
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Die Steuereinheit 300 kann daher eine aktualisierte Rußmasse beispielsweise während einer Kraftstoffabschaltphase bestimmen, wenn die Motordrehzahl innerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt, der Abgasvolumenstrom in der Abgasleitung 20 innerhalb eines vordefinierten Volumenbereichs liegt und der Differenzdruckwert DP_MES vorliegt. Gemäß anderer Beispiele, kann die Steuereinheit 300 bei der Bestimmung der Rußmasse auf eine vorher bestimmte oder berechnete Rußmasse zurückgreifen, um zu verhindern, dass die Wassermasse in der bestimmten oder berechneten Rußmasse einbezogen wird.
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In einem anderen Beispiel bestimmt die Steuereinheit 300 die Rußmasse auf Basis eines Abgas-Berechnungsverfahrens, das nicht den mittels dem Differenzdrucksensor 210 ermittelten Differenzdruckwert DP_MES berücksichtigt.
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Das Abgas-Berechnungsverfahrens bestimmt die Rußmasse mittels eines Rußablagerungsmodells auf Basis eines Rußspeicherungswirkungsgrads und des Rußmassenstroms, der in den Partikelfilter 120 eintritt (Gramm/Sekunde). Die Gleichung 1 beschreibt das Rußablagerungsmodell.
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Wobei
das Rußablagerungsmodell ist, c
ηSt der bestimmte Partikelfilter-Rußspeicherwirkungsgrad (0 - 1) ist und W der Massenstrom des Rußes, der in den Partikelfilter 120 eintritt, in Gramm pro Sekunde ist.
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Das Rußablagerungsmodell
ist vom Verbrennungsmodus des Motors, der Motordrehzahl, dem Drehmoment oder der Kraftstoffeinspritzmasse, der Motortemperatur, der Ansauggastemperatur nachgelagert dem Ladeluftkühler, dem Lambdawert (der ein Korrekturwertparameter ist) und dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis abhängig.
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Noch ein anderes Verfahren zum Bestimmen der Rußmasse ist ein Laufleistungsverfahren, das ebenfalls nicht den Differenzdruckwert DP_MES des Differenzdrucksensors 210 berücksichtigt. Das Laufleistungsverfahren basiert auf Daten, die während einer Untersuchung einer Fahrzeugflotte gesammelt worden sind. Mehrere Fahrzeuge, die Teil der Flotte sind und die gleichen Eigenschaften aufweisen, wie zum Beispiel unter anderem die Brennkraftmaschine BKM, die Karosserieplattform (Limousine, Sports Utility Vehicle, Lastwagen, ...), werden gefahren, und während diese Flottenfahrzeuge gefahren werden, erfasst ihre jeweilige Steuereinheit 300 Daten, wie zum Beispiel unter anderem durchschnittliche Fahrzeuggeschwindigkeit, Abgastemperatur, Übersetzungsverhältnis, Laufleistung zwischen zwei Regenerationen, abgelagerte Rußmasse (Gewichtsprüfung), etc. Mit diesen Parametern wird eine Rußmasse M_SOOT für ein Fahrzeug, das aktuell nicht zur Flotte gehört, auf Basis der von den Flottenfahrzeugen zusammengetragenen Daten über die Steuereinheit 300 berechnet.
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Zusätzlich gibt es mehrere zusätzliche Verfahren, die verwendet werden können, um die Rußmasse M_SOOT zu bestimmen. In einigen Implementierungen berechnet die Steuereinheit 300 die Rußmasse M_SOOT unter Verwendung mehr als einer Methodik und wählt den Wert aus, der mit der Methodik verknüpft ist, die den höchsten Wert für die Rußmasse also eine Maximal-Rußmasse MAX_SOOT ausgibt.
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Wie vorher erörtert worden ist, bestimmt die Steuereinheit 300 die Rußmasse, um zu bewerten, wann die Steuereinheit 300 eine Regeneration des Partikelfilter 120 einleiten soll. Jedoch kann die Steuereinheit 300 eine Regeneration des Partikelfilter 120 auch fälschlicherweise triggern, was beispielsweise durch eine Fehlberechnung der Rußmasse im Partikelfilter 120 bewirkt wird, zum Beispiel aufgrund von im Partikelfilter 120 gespeichertem Wasser.
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Das erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungssystem 100 kann einen solchen Fall verhindern, weil die Steuereinheit 300 dazu ausgelegt ist, zu bestimmen, ob Wasser im Partikelfilter 120 vorhanden ist, und auf Basis dieser Bestimmung die Rußmasse zu berechnen. Indem so bestimmt wird, ob Wasser im Partikelfilter 120 vorhanden ist, und durch Berechnen der tatsächlichen Menge an Ruß im Partikelfilter 120 auf Basis dieser Bestimmung, reduziert das Abgasnachbehandlungssystem 100 die Anzahl von Regenerationstriggern, die durch eine Fehlberechnung des Rußes bewirkt werden würde.
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Eine mit weiteren Merkmalen und Funktionen erweiterte Ausführung des Verfahrens zum Erkennen und Beseitigen von Wasser in einem Partikelfilter 120 eines Abgasnachbehandlungssystems 100 ist in 5 dargestellt. Die folgenden Ausführungen beziehen sich auf dieses Beispiel.
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Die Steuereinheit 300 ist dazu ausgelegt, Wasser in dem Abgasnachbehandlungssystem 100 der Brennkraftmaschine BKM zu erkennen. In jeder Stoppphase der Brennkraftmaschine, d. h. bei jedem Abschalten der Brennkraftmaschine ENG_STOP (kein Abgasvolumenstrom mehr), sendet der Differenzdrucksensor 210 den unmittelbar nach dem Abschalten gemessenen Differenzdruckwert DP_MES des Partikelfilter 120 an die Steuereinheit 300. Wenn der Motor in einem Ausgeschalteten Zustand ist, sollte der vom Differenzdrucksensor 210 gemessene Differenzdruckwert 212 gleich oder nahe an null Hektopascal (hPa) liegen, weil kein Abgasvolumenstrom mehr in der Abgasleitung 20 fließt und ein Druckausgleich über dem Partikelfilter schnell erfolgt. Falls jedoch der Differenzdrucksensor 210 dennoch einen Differenzdruckwert 212 misst, der größer als null ist, dann gibt dies an, dass Wasser vorhanden ist, das einen schnellen Druckausgleich über den Partikelfilter 120 behindert. Ein Nachlaufen der Steuereinheit 300 während der nötigen Prüfzeit muss sichergestellt werden. Wenn die Brennkraftmaschine BKM gestoppt ist, werden die gemessenen Differenzdruckwerte DP_MES in der Speichereinrichtung 304 als gespeicherte gemessene Daten DP_MES_STOR gespeichert. Die gespeicherten gemessenen Daten DP_MES_STOR werden von der Datenverarbeitungseinrichtung 302 der Steuereinheit 300 mit einem Differenzdruckschwellenwert TH_DP_MES verglichen.
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Falls die Datenverarbeitungseinrichtung 302 der Steuereinheit 300 bestimmt, dass die gespeicherten gemessenen Daten DP_MES_STOR größer als der Differenzdruckschwellenwert TH_DP_MES sind (DP_MES_STOR > TH_DP_MES), dann erkennt die Datenverarbeitungseinrichtung 302, dass sich Wasser im Partikelfilter 120 angesammelt hat. Daher setzt die Datenverarbeitungseinrichtung 302 einen Wasser-vorhanden-Merker (WATER_IN=1), der beispielsweise in einem dafür vorgesehenen Merker-Speicherbereich 206 der Speichereinrichtung 304 gespeichert wird, was angibt, dass Wasser im Partikelfilter 120 vorhanden ist.
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In weiterer Ausführung ist in dem Merker-Speicherbereich 206 der Speichereinrichtung ein sogenannter Taupunkt-Merker DEW_POINT hinterlegt, der angibt, ob eine Messung mittels der Nox-Sensoren 230a - 230c erfolgen kann bzw. ob diese auf Betriebstemperatur aufgeheizt werden dürfen. Wenn der Taupunkt-Merker DEW_POINT gesetzt wird (DEW_POINT = 1), dann startet die Steuereinheit 300 die Aufheizung und die Messung mit dem jeweiligen NOx-Sensor 230a - 230c. Wenn der Taupunkt-Merker DEW_POINT nicht gesetzt ist (DEW_POINT = 0), dann wird die Inbetriebnahme der NOx-Sensoren 230a - 230c nicht gestartet bzw. unterbunden. Der Taupunkt-Merker DEW_POINT wird gelöscht bzw. zurückgesetzt (DEW_POINT=0), wenn der Wasser-vorhanden-Merker WATER_IN gesetzt wird bzw. gesetzt ist (WATER_IN=1), der angibt, dass Wasser im PF 120 vorhanden ist, um die Inbetriebnahme der NOx-Sensoren 230a - 230c zu unterbinden und deren Beschädigung zu verhindern.
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Zusätzlich kann die Steuereinheit 300 die Rußmasse des Partikelfilters 120 auf Basis von bekannten Modellen und Verfahren bestimmen (oben erörtert). Wenn der Wasser-vorhanden-Merker gesetzt ist (WATER_IN=1), aktualisiert die Steuereinheit 300 nicht die Berechnung der Rußmasse mit dem Verfahren, das den aktuellen Differenzdruck DP_MES verwendet, da die Aktualisierung der Rußmasse aufgrund des im Partikelfilter 120 vorhandenen Wassers fälschlicherweise in einer größeren Rußmasse resultieren würde.
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Falls die Steuereinheit 300, nachdem ein Fahrzyklus gestoppt worden ist (ENG_STOP), ermittelt, dass die gespeicherten gemessenen Daten DP_MES_STOR kleiner als oder gleich dem Differenzdruckschwellenwert sind, DP_MES_STOR ≤ TH_DP_MES, dann erkennt die Steuereinheit 300, dass sich kein Wasser im Partikelfilter 120 angesammelt hat. Daher löscht die Steuereinheit 300 den in der Speichereinrichtung gespeicherten Wasser-vorhanden-Merker (WATER_IN=0), was anzeigt, dass kein Wasser im Partikelfilter 120 vorhanden ist. In diesem Fall setzt die Steuereinheit 300 den Taupunkt-Merker DEW_POINT nicht zurück bzw. setzt diesen (DEW_POINT=1). Zusätzlich kann die Steuereinheit 300 in diesem Fall die Rußmasse M_SOOT auf die Maximal-Rußmasse (MAX_SOOT) des Rußes, der sich im Partikelfilter 120 abgelagert hat, aktualisieren, die einen Maximalwert der mittels verschiedener Ermittlungsverfahren, unter Einbeziehung der Berechnung der Rußmasse auf Basis des aktuellen Differenzdruckes DP_MES, ermittelten Rußmasse darstellt.
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Falls die Steuereinheit 300 im Betrieb der Brennkraftmaschine BKM, also wenn die Brennkraftmaschine BKM gestartet und nicht gestoppt worden ist, die Anforderung (WATER_PV_RGN=1) für eine präventive Regeneration PV_RGN des Partikelfilters 120 erkennt, so wird sichergestellt, dass der Wasser-vorhanden-Merker gesetzt ist (WATER_IN=1), dass der Taupunkt-Merker zurückgesetzt ist (DEW_POINT=0) und es wird die im Partikelfilter 120 eingelagerte Rußmasse M_SOOT_CAL nach einem Verfahren ermittelt, das den aktuellen Differenzdruck DP_MES unberücksichtigt lässt, so dass Wasser im Partikelfilter 120 unberücksichtigt bleibt (M_SOOT=M_SOOT_CAL). Darauffolgend wird eine präventive Regeneration PV_RGN des Partikelfilters 120 angestoßen, die unter Berücksichtigung der bestimmten Rußmasse M_SOOT_CAL, bei der Wasser im Partikelfilter 120 unberücksichtigt bleibt, durchgeführt wird. Dies erfolgt beispielsweise durch Anpassung der Betriebsparameter (CMB_MODE=PV_RGN) der Brennkraftmaschine BKM und des Abgasnachbehandlungssystems 100 derart, dass eine präventive Regeneration PV_RGN des Partikelfilters 120 zur Entfernung von Wasser im aktuellen Fahrzyklus durchgeführt wird.
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In einer weiteren Ausführung verfolgt die Steuereinheit 300 die Anzahl von Motor-Stop-Ereignissen ENG_STOP und bezieht einen Motorkaltstart_Zähler CTR_COLD mit ein, der Betriebsphasen des Motors zählt, während denen der Motor, auch wenn er für einen Zeitraum gefahren wird, keine so hohen Temperaturen erreicht, dass ein Regenerationsprozess angestoßen werden konnte. Der Motorkaltstart-Zähler CTR_COLD ist in einem Zähler-Speicherbereich 208 der Speichereinrichtung 304 hinterlegt, wird bei jedem Neustart ENG_START um einen Zähler erhöht (CTR_COLD=CTR_COLD+1) und zählt so die Anzahl von Kaltstarts, bei denen der Taupunkt-Merker nicht gesetzt ist (DEW_POINT=0), mit anderen Worten, bei denen im vorausgehenden Fahrzyklus kein Regenerationsprozess erfolgreich durchgeführt wurde. Nach einer erfolgreich durchgeführten Regeneration (PV_RGN=COMPLETE) wird der Motorkaltstartzähler neu initialisiert (CTR_COLD=0).
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Falls die Steuereinheit 300 im Betrieb der Brennkraftmaschine BKM, also wenn die Brennkraftmaschine BKM nicht gestoppt worden ist, feststellt, dass keine Anforderung (WATER_PV_RGN=1) für eine präventive Regeneration PV_RGN des Partikelfilters 120 gesetzt ist, wird der Motorkaltstartzähler CTR_COLD mit einem Kaltstartschwellenwert THD_CTR verglichen. Zum Beispiel kann nach wenigen Fahrzyklen, die jeweils nur über eine kurze Distanz verlaufen, der Differenzdrucksensor 210 eine Zunahme des Differenzdruckwertes DP_MES messen, ohne dass jedoch der Differenzdruckschwellenwert TH_DP_MES überschritten wird. Weil es sich allerdings nur um kurze Distanzen handelt, kann sich seit der letzten erfolgreichen Regeneration kaum Ruß im Partikelfilter 120 angesammelt haben. Daher kann die Zunahme des Differenzdruckwertes DP_MES hier mit hoher Wahrscheinlichkeit durch eine Wasseransammlung im Partikelfilter 120 und nicht durch Rußablagerung bewirkt worden sein. In einem solchen Fall kann die Steuereinheit 300 den Kaltstartzähler CTR_COLD, also die Anzahl von vorausgehenden Kaltstarts, mit einbeziehen, um zu bestimmen, ob eine präventive Regeneration angestoßen werden soll.
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Falls die Steuereinheit 300 im Betrieb der Brennkraftmaschine BKM, also wenn die Brennkraftmaschine BKM nicht gestoppt worden ist und keine Anforderung (WATER_PV_RGN=1) für eine präventive Regeneration PV_RGN des Partikelfilters 120 gesetzt ist, bestimmt, dass der Motorkaltstartzähler CTR_COLD größer als der Kaltstartschwellenwert ist (CTR_COLD > THD_CTR), dann setzt die Steuereinheit 300 einen Wasser-Kontroll-Merker (WATER_CTR=1) und der Taupunkt-Merker wird dagegen nicht gesetzt oder zurückgesetzt (DEW_POINT = 0), um die Inbetriebnahme der Nox-Sensoren 230a - 230c und somit deren mögliche Beschädigung zu verhindern. Zusätzlich bestimmt die Steuereinheit 300 die eingelagerte Maximal-Rußmasse MAX_SOOT des Rußes, der sich im Partikelfilter 120 abgelagert hat, die einen Maximalwert der mittels verschiedener Ermittlungsverfahren, unter Einbeziehung der Berechnung der Rußmasse auf Basis des Differenzdruckes DP_MES, ermittelten Rußmasse M_SOOT_DP darstellt. Darauffolgend wird eine präventive Regeneration PV_RGN des Partikelfilters 120 angestoßen, die unter Berücksichtigung der bestimmten Maximal-Rußmasse MAX_SOOT durchgeführt wird. Dies erfolgt beispielsweise durch Anpassung der Betriebsparameter (CMB_MODE=PV_RGN) der Brennkraftmaschine BKM und des Abgasnachbehandlungssystems 100 derart, dass eine präventive Regeneration PV_RGN des Partikelfilters 120 zur Entfernung von Wasser im aktuellen Fahrzyklus durchgeführt wird.
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Falls die Steuereinheit 300 jedoch ermittelt, dass der Motorkaltstartzähler CTR_COLD kleiner als oder gleich dem Schwellenwert THD_CTR ist (CTR_COLD ≤ THD_CTR), dann wird keine präventive Regeneration PV_RGN eingeleitet und es wird erneut überprüft, ob die Brennkraftmaschine gestoppt worden ist.
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Zur Ausführung der präventiven Regeneration PV_RGN modifiziert die Steuereinheit 300, bestimmte Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, mit dem Ziel das Abgas aufzuheizen, damit es eine Temperatur zwischen 400 - 650 Grad Celsius erreicht. Die Steuereinheit 300 empfängt beispielsweise dabei gleichzeitig Temperaturmessdaten 222 von einem Temperatursensor 220b, der dem Partikelfilter 120 nachgelagert positioniert ist, um ggf. einen Regeleingriff zu ermöglichen und eine Überhitzung des Systems zu vermeiden.
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Die präventive Regeneration des Partikelfilters erfolgt unter Berücksichtigung der jeweils ermittelten, im Partikelfilter eingelagerten Rußmasse M_SOOT (M_SOOT_CAL, MAX_SOOT). Dazu kann auf Basis der ermittelten Rußmasse M_SOOT eine Schwellenwert für die Regenerationszeit THD_TIME und ein Schwellenwert für die zur Regeneration erforderlichen Energie THD_EGY ermittelt werden. Nach Einleitung der präventiven Regeneration wird dann sowohl die aktuelle Regenerationszeit TIME_RGN als auch die aktuelle dem Partikelfilter 120 zugeführte Regenerationsenergie EGY_PF überwacht, das heißt, mit dem jeweiligen Schwellenwert THD_TIME, THD_EGY verglichen.
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Wird zumindest einer oder beide Schwellenwerte THD_TIME, THD_EGY überschritten (TIME_RGN > THD_RGN oder EGY_PF >THD_EGY), so wird die präventive Regeneration als erfolgreich abgeschlossen und es werden die verschiedenen Merker und Zähler initialisiert wie folgt: WATER_PV_RGN=0; WATER_IN=0; WATER_CTR=0; DEW_POINT=1; CTR_COLD=0 und M_SOOT=0. Die Überwachung der Brennkraftmaschine BKM wird dann entsprechend fortgesetzt.
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Es kann jedoch vorkommen, dass die Steuereinheit 300 den Regenerationsprozess des Partikelfilters 120 vorzeitig stoppen muss, bevor eine der Bedingungen TIME_RGN > THD_RGN oder EGY_PF >THD_EGY erfüllt ist. Dies erfolgt beispielsweise, wenn die Fahrbedingungen bzw. die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine für das Aufrechterhalten einer ausreichend hohen Regenerationstemperatur nicht vorteilhaft sind oder die Brennkraftmaschine aus anderen Gründen gestoppt worden ist. In diesem Fall werden die gesetzten Merker und Zähler unverändert beibehalten und der Prozess der Überwachung der Brennkraftmaschine BKM wird entsprechend fortgesetzt, bis ein Regenerationsprozess des Partikelfilters erfolgreich abgeschlossen wurde.
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Eine Regenerationsphase des Partikelfilters beinhaltet die Aufheizphase gefolgt von der Phase der aktiven Regeneration. Während dieser aktiven Regeneration beträgt die Temperatur vor dem Partikelfilter 120 ungefähr 400 - 650 Grad Celsius, wodurch der Ruß im Partikelfilter 120 abgebrannt wird. In dieser Phase werden die nicht verbrannte Kohlenwasserstoffe HC des eingespritzten Kraftstoffs in dem Oxidationskatalysator 110 umgewandelt, wodurch die Temperatur des Abgases und des Oxidationskatalysators erhöht wird. Falls der Oxidationskatalysator 110 die gewünschte Temperatur nicht erzeugen kann, erfolgt gegebenenfalls eine zusätzliche HC-Einspritzung, um den Oxidationskatalysator 110 weiter aufzuheizen. Eine Nicht-Umwandlung der Kohlenwasserstoffe HC würde eine HC-Verunreinigung in der Atmosphäre erzeugen, und die Temperatur würde zu niedrig bleiben, um den Ruß im Partikelfilter 120 abzubrennen. Ein weiteres Problem, das sich aus einer Nicht-Umwandlung der Kohlenwasserstoffe HC ergeben kann, ist, dass eine HC-Ablagerung im Partikelfilter 120 zusammen mit dem Ruß erfolgt, was zu einer unerwünschten, unkontrollierten Verbrennung des Rußes führen kann, sobald die Temperatur hoch genug ist.
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Während der Aufheizphase kann eine Verzögerung der Haupteinspritzung in den jeweiligen Brennraum des Motors angewendet werden, so dass die Haupteinspritzung erst erfolgt, wenn der jeweilige Kolben den oberen Totpunkt TDC überschritten hat. Dies führt zu einer Verzögerung in der Kraftstoffverbrennung im jeweiligen Brennraum und zu einer Temperaturerhöhung des Abgases. Zum Beispiel kann dann, wenn die Temperaturen nach dem Aufheizen etwa 300 Grad Celsius betragen, die Regeneration des Partikelfilters 120 durch Abbrennen der Rußmasse erfolgen, gegebenenfalls durch Unterstützung durch Nacheinspritzung von Kraftstoff.
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In der Phase der aktiven Regeneration kann eine Nach-Einspritzung von Kraftstoff in den jeweiligen Brennraum des Motors, also nachdem der jeweilige Kolben den oberen Totpunkt TDC überschritten hat (z. B. 120 Grad nach dem TDC), angewendet werden, zum weiteren Aufheizen. Die so spät eingespritzten Kohlenwasserstoffe HC verbrennen nicht in der Brennkammer, weil die thermischen Bedingungen dazu nicht erfüllt sind. Über den Abgasstrom 20a werden die meisten dieser Kohlenwasserstoffe HC zum Oxidationskatalysator 110 transportiert. Weil der Oxidationskatalysator 110 bereits heiß genug ist, wird er die HC in einer exothermen Reaktion umwandeln. Somit wird sich die Temperatur vor dem Partikelfilter 120 weiter erhöhen (z. B. auf 550-630°C) und mit dem im Abgasstrom 20a vorhandenen Sauerstoff wird der Ruß im Partikelfilter 120 abgebrannt. Da der per Nach-Einspritzung eingebrachte Kraftstoff nicht in der Brennkammer verbrennt, wird die Nach-Einspritzung kein Drehmoment erzeugen, allerdings wird sie sich negativ auf den Kraftstoffverbrauch und somit auch auf die CO2-Emissionen auswirken. Während der Phase der aktiven Regeneration kann die verbleibende Rußmasse beispielsweise über ein Thermodynamik-/Wärmemodell berechnet werden, und zwar ohne Beachtung des mittels des Differenzdrucksensors 210 ermittelten Differenzdruckes. Die Phase der aktiven Regeneration wird erfolgreich gestoppt, sobald die Rußmasse im Partikelfilter 120 unter einen bestimmten Schwellenwert gesunken ist, dazu kann als Indikator die Regenerationszeit TIME_RGN als auch die Regenerationsenergie EGY_PF herangezogen werden. Sobald die Regeneration des Partikelfilter 120 gestoppt ist, beginnt die Steuereinheit 300 erneut auf Basis der verbleibenden Rußmasse die aktuelle Rußmasse auf Basis des einen oder der mehreren oben beschriebenen Verfahren zu berechnen.
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Die verschiedenen Ausführungen der hier beschriebenen Systeme und Verfahren können in digitalen elektronischen Schaltungen, integrierten Schaltungen, speziell entwickelten ASICs (anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen), Computergeräten, Firmware, Software und/oder Kombinationen davon umgesetzt werden. Diese verschiedenen Ausführungen können die Implementierung in einem oder mehreren Computerprogrammen umfassen, die auf einem programmierbaren System ausführbar und/oder interpretierbar sind. Wobei das programmierbare System mindestens einen programmierbaren Prozessor, der ein Spezial- oder Allzweckprozessor sein kann, enthält und der so gekoppelt ist, dass er Daten und Befehle von einem Speichersystem empfängt und Daten und Befehle an ein Speichersystem überträgt, sowie mindestens eine Eingabeeinrichtung und mindestens eine Ausgabeeinrichtung enthält.
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Obwohl diese Spezifikation viele Spezifika enthält, sollten diese nicht als Beschränkungen des Schutzbereichs der Offenbarung oder der Ansprüche ausgelegt werden, sondern vielmehr als Beschreibungen von Merkmalen, die für spezielle Implementierungen der Offenbarung spezifisch sind. Bestimmte Merkmale, die in dieser Spezifikation im Kontext von separaten Implementierungen beschrieben sind, können auch in Kombination in einer einzigen Implementierung implementiert werden. Dagegen können verschiedene Merkmale, die im Kontext einer einzigen Implementierung beschrieben sind, auch separat in mehreren Implementierungen oder in irgendeiner geeigneten Unterkombination implementiert werden. Obwohl Merkmale oben so beschrieben sind, dass sie in bestimmten Kombinationen arbeiten, und sogar anfangs als solche beansprucht sind, können eines oder mehrere Merkmale einer beanspruchten Kombination in manchen Fällen aus der Kombination entfernt werden, und die beanspruchte Kombination kann für eine Unterkombination oder eine Variante einer Unterkombination gelten.
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Auch wenn Operationen in den Zeichnungen in einer speziellen Reihenfolge dargestellt sind, ist dies gleichermaßen nicht so zu verstehen, dass diese Operationen in der gezeigten Reihenfolge oder in einer sequentiellen Reihenfolge ausgeführt werden müssen oder dass alle veranschaulichten Operationen ausgeführt werden müssen, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen. Unter bestimmten Umständen können auch Multitasking- und Parallelverarbeitung vorteilhaft sein. Darüber hinaus sollte die Trennung verschiedener Systemkomponenten in den oben beschriebenen Ausführungsformen nicht so verstanden werden, dass eine solche Trennung in allen Ausführungsformen erforderlich ist, und es sollte verstanden werden, dass die beschriebenen Programmkomponenten und Systeme grundsätzlich zusammen in ein einziges Softwareprodukt integriert oder in mehrere Softwareprodukte verpackt werden können.
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Es sind eine Reihe von Implementierungen beschrieben worden. Nichtsdestotrotz versteht sich, dass verschiedene Modifikationen vorgenommen werden können, ohne sich vom Wesen und Umfang der Offenbarung zu entfernen. Dementsprechend liegen andere Implementierungen innerhalb des Umfangs der folgenden Ansprüche.
