DE112013003883B4

DE112013003883B4 - Verfahren und System zum Feststellen einer Sensorfunktion für einen PM-Sensor in einem Abgasstrom

Info

Publication number: DE112013003883B4
Application number: DE112013003883.8T
Authority: DE
Inventors: Ola Stenlåås
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2012-08-30
Filing date: 2013-08-28
Publication date: 2018-09-20
Anticipated expiration: 2033-08-29
Also published as: DE112013003883T5; SE1250966A1; WO2014035324A1; SE537009C2

Abstract

Verfahren zum Feststellen einer Sensorfunktion für einen PM-Sensor (213), der zum Bestimmen eines Partikelgehalts in einem Abgasstrom, der aus der Verbrennung in einem Verbrennungsmotor (101) entsteht, vorgesehen ist, wobei ein Nachbehandlungssystem (202) zur Nachbehandlung des Abgasstroms installiert ist und das Fahrzeug Elemente für die Zufuhr von Zusatzstoffen in den Abgasstrom umfasst und das Verfahren durch die Schritte gekennzeichnet ist:- Feststellen einer Repräsentation einer Änderung (ΔP12) bei dem Signal, das vom PM-Sensor (213) als Reaktion auf die Änderung bei der Zufuhr von Zusatzstoff ausgesendet wird,- Feststellen einer Repräsentation eines ersten Drucks im PM-Sensor mittels eines im PM-Sensor eingerichteten Drucksensors,- Vergleichen der Repräsentation der Änderung (ΔP12) bei dem vom PM-Sensor (213) ausgesendeten Signal mit einer Repräsentation einer erwarteten Änderung (ΔPexp) des vom PM-Sensor (213) ausgesendeten Signals, und- basierend auf dem Vergleich der Repräsentation der Änderung (ΔP12) beim Signal des PM-Sensors (213) mit der Repräsentation der erwarteten Änderung (ΔPexp) des vom PM-Sensor (213) ausgesendeten Signals, und ferner basierend auf dem festgestellten ersten Druck, Feststellen, ob der PM-Sensor (213) ein Signal aussendet, das für den Abgasstrom repräsentativ ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Behandlung von Abgasströmen, welche aus einem Verbrennungsprozess resultieren, und insbesondere ein Verfahren, mit dem eine Sensorfunktion für einen PM-Sensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 festgestellt wird. Die Erfindung betrifft auch ein System und ein Fahrzeug sowie ein Computerprogramm und ein Computerprogrammprodukt, in denen das Verfahren gemäß der Erfindung implementiert ist.
Hintergrund der Erfindung
Im Zusammenhang mit erhöhten staatlichen Interessen in Bezug auf Umweltverschmutzung und Luftqualität, vor allem in Ballungsräumen, wurden in vielen Gerichtsbarkeiten Emissionsnormen und -vorschriften verfasst.
Solche Emissionsvorschriften bestehen oft aus Anforderungen, welche zulässige Grenzwerte für Abgasemissionen bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotoren definieren. So werden beispielsweise die Werte von Stickoxiden (NOx), Kohlenwasserstoffen (HC) und Kohlenmonoxid (CO) oftmals geregelt. Diese Emissionsvorschriften betreffen in der Regel auch, wenigstens in Bezug auf bestimmte Typen von Fahrzeugen, das Vorhandensein von Partikeln in Abgasemissionen.
In dem Bemühen, diese Emissionsvorschriften zu erfüllen, werden die Abgase, welche durch die Verbrennung des Verbrennungsmotors verursacht werden, behandelt (gereinigt). Beispielhaft kann ein sogenannter katalytischer Reinigungsprozess verwendet werden, so dass Nachbehandlungssysteme beispielsweise bei Fahrzeugen und anderen Transportmitteln in der Regel einen oder mehrere Katalysatoren umfassen.
Ferner umfassen solche Nachbehandlungssysteme oftmals als Alternative zu oder in Kombination mit einem einzelnen oder mehreren Katalysatoren weitere Komponenten. Nachbehandlungssysteme bei Fahrzeugen mit Dieselmotoren umfassen beispielsweise oft Partikelfilter.
Durch Verbrennung von Kraftstoff im Brennraum des Motors (beispielsweise Zylinder) bilden sich Rußpartikel. Gemäß dem Obigen gibt es Emissionsvorschriften und - normen, welche ebenfalls diese Rußpartikel betreffen, und um die Vorschriften zu erfüllen, können Partikelfilter zum Auffangen der Rußpartikel verwendet werden. In solchen Fällen wird der Abgasstrom beispielsweise durch eine Filterstruktur geleitet, wo Rußpartikel aus dem durchgeleiteten Abgasstrom zur Aufbewahrung im Partikelfilter aufgefangen werden.
Folglich gibt es zahlreiche Verfahren, um Emissionen von einem Verbrennungsmotor zu reduzieren. Zusätzlich zu Vorschriften, welche Emissionswerte betreffen, sind legislative Anforderungen in Bezug auf sogenannte OBD-Systeme (On-Board-Diagnose) immer häufiger, um sicherzustellen, dass Fahrzeuge die regulatorischen Anforderungen in Bezug auf Emissionen während des täglichen Betriebs tatsächlich erfüllen, und beispielsweise nicht nur bei Besuchen in einer Werkstatt.
In Bezug auf Partikelemissionen kann dies beispielsweise mit Hilfe eines Partikelsensors erreicht werden, welcher im Abgassystem oder Nachbehandlungssystem installiert ist, nachstehend in der Beschreibung und im Patentanspruch als PM-Sensor (PM = Partikelmaterie, Partikelmasse (Feinstaub)) bezeichnet, der die Partikelkonzentration im Abgasstrom misst. Die Partikelkonzentration kann beispielsweise als eine Partikelmasse pro Volumen oder Gewichtseinheit oder als eine bestimmte Anzahl von Partikeln bestimmter Größe pro Volumeneinheit bestimmt werden, und es können mehrere Bestimmungen der Menge von Partikeln unterschiedlicher Größen verwendet werden, um die Partikelemission zu bestimmen.
Nachbehandlungssysteme mit Partikelfiltern können sehr effizient sein, und die resultierende Partikelkonzentration nach dem Durchleiten des Abgasstroms durch das Nachbehandlungssystem des Fahrzeugs ist bei einem voll funktionsfähigen Nachbehandlungssystem oft gering. Dies bedeutet ebenfalls, dass die Signale, welche der Sensor aussendet, eine geringe oder keine Partikelemission anzeigen werden.
DE 10 2012 203 378 A1 beschreibt ein Verfahren zur Diagnose des Betreibens eines Partikelsensors. Durch Einspritzen einer Flüssigkeit in das Abgassystem ist es möglich, einen Partikelfilter oder Katalysator mit der Flüssigkeit zu sättigen, so dass sich mindestens ein Teil der eingespritzten Flüssigkeit auf dem Partikelsensor ablagert und so Betrieb des Partikelsensors verifiziert werden kann.
DE 10 2011 006 923 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Diagnose der Funktion eines Partikelsensors. Der Partikelsensor wird bereichsweise mit einer Funktionsschicht zur Umwandlung von langkettigen Kohlenwasserstoffen in Ruß beschichtet.
DE 10 2009 028 953 A1 beschreibt ein Verfahren zum Ermitteln eines Maßes für ein Auftreten von Reagenzmitteltropfen im Abgasbereich einer Brennkraftmaschine, in welchem ein Partikelsensor angeordnet ist. Hierbei wird ein zeitlicher Anstieg des Partikelsensorsignals ermittelt und mit einem Schwellenwert verglichen.
Kurzdarstellung der Erfindung
Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist das Bereitstellen eines Verfahrens zum Feststellen einer Sensorfunktion für einen PM-Sensor, welcher eine Partikelkonzentration in einem Abgasstrom, der aus der Verbrennung in einem Verbrennungsmotor resultiert, bestimmen soll. Dieses Ziel wird mit einem Verfahren nach Patentanspruch 1 erreicht.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, um eine Sensorfunktion für einen PM-Sensor festzulegen, welcher eine Partikelkonzentration in einem Abgasstrom, der aus der Verbrennung in einem Verbrennungsmotor resultiert, bestimmen soll, wobei ein Nachbehandlungssystem zur Nachbehandlung des Abgasstroms installiert ist und wobei das Fahrzeug Elemente zum Zuführen von Zusatzstoffen in den Abgasstrom umfasst. Das Verfahren umfasst:

- Erreichen einer Änderung bei einem Signal, das vom PM-Sensor als Reaktion auf eine Änderung bei der Zufuhr von Zusatzstoffen ausgegeben wird, und
- basierend auf der Änderung bei dem vom PM-Sensor ausgegebenen Signal, Feststellen, ob der PM-Sensor ein Signal aussendet, das für den Abgasstrom repräsentativ ist
- Feststellen einer Repräsentation des ersten Drucks im PM-Sensor mittels eines im PM-Sensor eingerichteten Drucksensors, und
- Feststellen, ob der PM-Sensor ein Signal aussendet, das für den Abgasstrom repräsentativ ist, auch basierend auf dem festgestellten ersten Druck.

Wie oben erwähnt, können PM-Sensoren verwendet werden, um sicherzustellen, dass die Partikelwerte im Abgasstrom, der aus dem Verbrennungsmotor resultiert, festgelegte Werte nicht überschreiten.
Um sicherzustellen, dass das Vorhandensein von Partikeln im Abgasstrom unter den festgelegten Werten liegt, muss der PM-Sensor jedoch ein korrektes Signal aussenden. Ein PM-Sensor kann an verschiedenen Stellen im Abgasstrom eingerichtet werden, und abhängig von seiner Position kann ein PM-Sensor so eingerichtet werden, dass das Vorhandensein von Partikeln an der Stelle des PM-Sensors sehr gering ist. Dies gilt beispielsweise für einen PM-Sensor, der stromabwärts von einem Partikelfilter eingerichtet ist, wobei ein korrekt funktionierender Partikelfilter oft fähig ist, einen sehr signifikanten Teil der vom Brennraum des Verbrennungsmotors ausgestoßenen Partikel zu trennen.
Dies bedeutet wiederum, dass es schwierig sein kann, eine Situation, in der der Partikelfilter korrekt funktioniert, in der aber die Konzentration der Partikel stromabwärts vom Partikelfilter sehr gering ist, von einer Situation, in der der PM-Sensor eine geringe Konzentration aufgrund einer tatsächlichen Fehlfunktion des PM-Sensors oder Fehlen eines repräsentativen Signals aus einem anderen Grund angibt, zu unterscheiden.
Es kann mehrere Gründe geben, warum ein PM-Sensor kein repräsentatives Signal aussendet, d. h. nicht nur eine Störung des PM-Sensors bewirkt eine geringere Konzentration als die tatsächlich vorliegende. Jedoch kann der PM-Sensor als solcher ein Signal aussenden, das repräsentativ für die Umgebung ist, in der der PM-Sensor angeordnet ist, wobei der PM-Sensor und/oder das Nachbehandlungssystem manipuliert wurden, so dass der Sensor nicht mehr die Partikelkonzentration in einem repräsentativen Abgasstrom misst.
Beispielsweise kann der Sensor von der beabsichtigten Position im Abgasstrom beispielsweise zu einer Position bewegt worden sein, wo er die Partikelkonzentration in der Umgebung des Fahrzeugs misst. In solchen Fällen wird der PM-Sensor immer ein Signal aussenden, welches unabhängig von der tatsächlichen Partikelkonzentration des Abgasstroms eine sehr geringe oder keine Partikelkonzentration repräsentiert.
Eine weitere Möglichkeit der Manipulation des vom PM-Sensor ausgesendeten Signals, um die erfasste Partikelkonzentration zu reduzieren, besteht darin, den gesamten oder einen Teil des Abgasstroms am PM-Sensor vorbeizuleiten, so dass letzterer nicht mehr dem repräsentativen Abgasstrom ausgesetzt ist. Auf diese Weise kann der PM-Sensor ebenfalls dazu gebracht werden, Signale auszusenden, die eine geringere Partikelkonzentration als die tatsächlich vorliegende repräsentieren. Eine weitere Möglichkeit der Manipulation des Sensorsignals besteht darin, den Sensor zu blockieren, so dass der Abgasstrom nicht durch den Sensor geleitet wird.
Somit gibt es zahlreiche Möglichkeiten der Manipulation eines PM-Sensors, und da der PM-Sensor gemäß dem Obigen in einer Weise angeordnet werden kann, dass nur eine sehr geringe Partikelkonzentration erfasst wird, kann die Bestimmung, ob der Sensor manipuliert wurde oder nicht, schwierig sein.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren bereitgestellt, um zu bestimmen, ob angenommen werden kann, dass der PM-Sensor ein repräsentatives Signal aussendet, und um zu bestimmen, ob der Sensor fehlerhaft ist oder manipuliert wurde.
Dies wurde erfindungsgemäß dank einer Erkenntnis erreicht, dass verschiedene Arten von PM-Sensoren querempfindlich gegenüber im Abgasstrom zugeführten Zusatzstoffen sein können. Beispielsweise ist der Katalysator mit selektiver katalytischer Reaktion (Selective Catalyst Reduction SCR) wenigstens in bestimmten Nachbehandlungssystemen verbreitet, und vielleicht primär bei Schwerfahrzeugen.
SCR-Katalysatoren verwenden in der Regel Ammoniak (NH₃) oder eine Zusammensetzung, aus der Ammoniak erzeugt/gebildet werden kann, beispielsweise Harnstoff, als Zusatzstoff zur Reduktion von Stickstoffoxiden NO_x im Abgasstrom. Dieser Zusatzstoff wird in den aus dem Verbrennungsmotor stammenden Abgasstrom stromaufwärts vom SCR-Katalysator eingespritzt, und der zum Katalysator hinzugefügte Zusatzstoff wird im Katalysator adsorbiert (gespeichert), so dass Stickstoffoxide im Abgas mit dem im Katalysator gespeicherten Zusatzstoff reagieren.
Es wurde auch ersichtlich, dass das Signal, das wenigstens von manchen PM-Sensoren ausgesendet wird, d. h. das Signal, das normalerweise eine Repräsentation der Partikelkonzentration im Abgasstrom darstellt, gegenüber solchen Zusatzstoffen querempfindlich ist. Diese Querempfindlichkeit bringt es mit sich, dass der PM-Sensor auf das Vorhandensein eines Zusatzstoffes im Abgasstrom reagiert und somit ein Signal erzeugt, das eine höhere Partikelkonzentration als die tatsächlichen Werte angibt.
Diese Erkenntnis wird erfindungsgemäß auf solche Weise genutzt, dass eine Änderung bei einem Signal, das von einem der PM-Sensoren als Reaktion auf eine Änderung bei der Zufuhr von Zusatzstoffen ausgesendet wird, festgestellt wird, und basierend auf der Änderung bei dem vom PM-Sensor ausgesendeten Signal wird festgestellt, ob der PM-Sensor ein Signal aussendet, das für den Abgasstrom repräsentativ ist.
Wenn das vom PM-Sensor ausgesendete Signal keine erwartete Änderung zeigt, kann angenommen werden, dass der PM-Sensor keine Messungen eines repräsentativen Abgasstroms durchführt, d. h. eines Abgasstroms, der die Zusammensetzung im Abgasstrom, der den Brennraum des Verbrennungsmotors verlässt, korrekt wiedergibt, und somit gestört ist oder manipuliert wurde.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung und deren Vorteile werden in der nachstehend dargelegten detaillierten Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen und den beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Figurenliste

1a zeigt ein Schaubild eines Fahrzeugs, bei dem die vorliegende Erfindung verwendet werden kann.
1b zeigt eine Steuerungsvorrichtung im Steuerungssystem für das Fahrzeug in 1.
2 zeigt das Nachbehandlungssystem für das Fahrzeug in 1 etwas detaillierter.
3 zeigt eine erfindungsgemäße beispielhafte Ausführungsform.
4 zeigt eine erfindungsgemäße alternative beispielhafte Ausführungsform.

Ausführliche Beschreibung der Ausführungsformen
Die ausgedrückte Partikelkonzentration umfasst in der nachstehenden Beschreibung und dem darauf folgenden Patentanspruch eine Konzentration in Form der Masse pro Einheit und eine Konzentration als Anzahl von Partikeln pro Einheit. Ferner kann die Einheit aus jeder anwendbaren Einheit bestehen und die Konzentration kann beispielsweise als Masse oder Anzahl von Partikeln pro Volumeneinheit, pro Masseeinheit, pro Zeiteinheit, pro abgeschlossene Arbeit oder pro Entfernung, die vom Fahrzeug zurückgelegt wird, ausgedrückt werden.
1A zeigt ein Schaubild eines Antriebsstrangs in einem Fahrzeug 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Schaubild des Fahrzeugs 100 in 1a umfasst nur eine Welle mit Rädern 113, 114, aber die Erfindung ist auch auf Fahrzeuge, bei denen mehr als eine Welle mit Rädern ausgestattet ist, und Fahrzeuge mit einer oder mehreren Wellen wie etwa einer oder mehreren Stützwellen anwendbar. Der Antriebsstrang umfasst einen Verbrennungsmotor 101, der in einer üblichen Weise über eine Abtriebswelle am Verbrennungsmotor 101, in der Regel ein Schwungrad 102, über eine Kupplung 106 mit einem Getriebe 103 verbunden ist.
Der Verbrennungsmotor 101 wird durch das Motorsteuerungssystem über eine Steuerungsvorrichtung 115 gesteuert. Genauso wird die Kupplung 106, die beispielsweise aus einer automatisch gesteuerten Kupplung bestehen kann, sowie das Getriebe 103 durch das Steuerungssystem des Fahrzeugs mit Hilfe einer oder mehrerer anwendbarer Steuerungsvorrichtungen (nicht abgebildet) gesteuert. Natürlich kann der Antriebsstrang des Fahrzeugs auch von anderer Art sein, wie etwa einer Art mit einem konventionellen Automatikgetriebe usw.
Eine Abtriebswelle 107 vom Getriebe 103 treibt die Räder 113, 114 über einen Endantrieb 108 wie etwa ein übliches Differentialgetriebe und die Antriebswellen 104, 105, die mit dem Endantrieb 108 verbunden sind, an.
Das Fahrzeug 100 umfasst außerdem ein Abgassystem mit einem Nachbehandlungssystem 200 zum Behandeln (zur Reinigung) von Abgasemissionen, die aus der Verbrennung im Brennraum (z. B. Zylinder) des Verbrennungsmotors 101 entstehen.
Ein Beispiel für ein Nachbehandlungssystem 200 ist detaillierter in 2 dargestellt. Die Figur zeigt den Verbrennungsmotor 101 des Fahrzeugs 100, bei dem das Abgas, das durch die Verbrennung erzeugt wird, (der Abgasstrom) über den Turbolader 220 geführt wird. Bei Turbomotoren treibt der Abgasstrom, der durch die Verbrennung entsteht, oft einen Turbolader an, der wiederum die hereinströmende Luft für die Verbrennung im Zylinder komprimiert.
Alternativ kann der Turbolader beispielsweise vom Verbundtyp sein. Die Funktion der verschiedenen Typen von Turboladern ist gut bekannt und wird deshalb hier nicht im Detail beschrieben. Der Abgasstrom wird anschließend über ein Rohr 204 (mit Pfeilen angegeben) über einen Diesel-Oxidationskatalysator (DOC) 205 zu einem Diesel-Partikelfilter (DPF) 202 geführt.
Der DOC 205 hat mehrere Funktionen und wird normalerweise in erster Linie in der Nachbehandlung eingesetzt, um restliche Kohlenwasserstoffe und restliches Kohlenstoffmonoxid im Abgasstrom in Kohlenstoffdioxid zu oxidieren. Während der Oxidation von Kohlenwasserstoffen bildet sich auch Wärme, die dazu genutzt werden kann, um die Temperatur des Partikelfilters zu erhöhen, beispielsweise wenn der Partikelfilter geleert (regeneriert) wird.
Der Oxidationskatalysator 205 kann auch Stickstoffmonoxid (NO) in Stickstoffdioxid (NO₂) oxidieren, das beispielsweise für eine Regeneration auf NO₂-Basis genutzt wird. In einem Oxidationskatalysator können weitere Reaktionen stattfinden.
Zusätzlich kann das Nachbehandlungssystem mehr Komponenten, als in den obigen Beispielen angegeben sind, oder weniger Komponenten enthalten. Beispielsweise kann das Nachbehandlungssystem wie im vorliegenden Beispiel einen SCR-Katalysator (Katalysator mit selektiver katalytischer Reduktion) 201 stromabwärts vom Partikelfilter 202 umfassen. Wie oben erwähnt, verwenden SCR-Katalysatoren in der Regel Ammoniak (NH₃) oder eine Zusammensetzung, aus der Ammoniak erzeugt/gebildet werden kann, beispielsweise Harnstoff, als Zusatzstoff zur Reduktion von Stickstoffoxiden NO_x im Abgasstrom. Dieser Zusatzstoff kann erfindungsgemäß dazu verwendet werden, zu festzustellen, ob der PM-Sensor ein repräsentatives Signal aussendet.
Bei der gezeigten Ausführungsform sind die Komponenten DOC 205, DPF 202 und der SCR-Katalysator 201 in ein und dieselbe Abgasreinigungseinheit 203 integriert. Es sollte jedoch ersichtlich sein, dass diese Komponenten nicht in ein und dieselbe Abgasreinigungseinheit integriert sein müssen, sondern die Komponenten in anderer Weise angeordnet sein können, wie es sich eignet, und eine oder mehrere der Komponenten können beispielsweise aus separaten Einheiten bestehen. 2 zeigt auch die Temperatursensoren 210 bis 212 und einen Differentialdrucksensor 209. Die Figur zeigt auch einen PM-Sensor 213, dessen Funktion erfindungsgemäß festgestellt wird und der im vorliegenden Beispiel stromabwärts von der Abgasreinigungseinheit 203 dargestellt ist. Jedoch kann der PM-Sensor auch stromaufwärts von der Abgasreinigungseinheit 203 sowie stromaufwärts vom Turbolader 220 eingerichtet sein. Zusätzlich kann das Abgassystem des Fahrzeugs mehr als einen PM-Sensor umfassen, der an verschiedenen Stellen angeordnet sein kann, und aufgrund dessen die Funktionalität aller PM-Sensoren im Fahrzeug beurteilt werden kann. Der PM-Sensor 213 ist bei der vorliegenden Erfindung in einen Konzentrations-/Fraktionssensor 214 integriert oder mit diesem ortsgleich angeordnet, wobei der Konzentrations-/Fraktionssensor 214 dazu geeignet ist, die Konzentration eines anwendbaren Stoffes, der normalerweise im Abgasstrom vorkommt, zu bestimmen.
Wie oben erwähnt, werden während der Verbrennung im Verbrennungsmotor 101 Rußpartikel gebildet, und diese Rußpartikel dürfen in vielen Fällen nicht in die Umwelt, die das Fahrzeug umgibt, ausgestoßen werden. Die Rußpartikel werden vom Partikelfilter 202 aufgefangen, der so funktioniert, dass der Abgasstrom durch eine Filterstruktur geführt wird, wo Rußpartikel vom durchgeleiteten Abgasstrom aufgefangen und anschließend im Partikelfilter 202 abgelagert werden. Mit Hilfe des Partikelfilters 202 kann ein sehr großer Teil der Partikel vom Abgasstrom getrennt werden.
Der PM-Sensor 213 kann dazu verwendet werden, um zu steuern, dass der Partikelfilter 202 auf die gewünschte Weise funktioniert, aber auch zum Überwachen beispielsweise der Funktionalität des Verbrennungsmotors 101 beispielsweise im Falle einer Position des PM-Sensors stromaufwärts vom Partikelfilter. Der PM-Sensor 213 kann auch für andere Zwecke verwendet werden.
Damit jedoch das Vorkommen von Partikeln, das mit Hilfe der Signale des PM-Sensors bestimmt wurde, repräsentativ ist, muss der PM-Sensor 213 Signale aussenden, die für die Umgebung repräsentativ sind, in der der PM-Sensor installiert werden soll.
Die vorliegende Erfindung verbessert die Zuverlässigkeit der Signale des PM-Sensors durch Beurteilung der Umgebung um den PM-Sensor. 3 zeigt eine erfindungsgemäße beispielhafte Ausführungsform 300, mit deren Hilfe der PM-Sensor beurteilt werden kann und inkorrekte Sensorsignale, die durch nicht-repräsentative Abgasströme bedingt sind, erkannt werden können. Das Verfahren wird gemäß dem vorliegenden Beispiel für eine Steuerungsvorrichtung 208 durchgeführt, die in 1A bis B und 2 gezeigt ist.
Im Allgemeinen bestehen Steuerungssysteme bei modernen Fahrzeugen aus einem Kommunikationsbussystem, das aus einem oder mehreren Kommunikationsbussen besteht, zum Verbinden einer Anzahl elektronischer Steuerungsvorrichtungen (ECUs) wie etwa die Steuerungsvorrichtungen oder Steuerungseinheiten, 115, 208, und verschiedener am Fahrzeug angeordneter Komponenten. Ein solches Steuerungssystem kann eine große Anzahl von Steuerungsvorrichtungen umfassen, und die Zuständigkeit für eine bestimmte Funktion kann auf mehr als eine Steuerungsvorrichtung verteilt sein.
Der Einfachheit halber zeigt 1A bis B nur die Steuerungsvorrichtungen 115, 208.
Somit ist die vorliegende Erfindung bei der dargestellten Ausführungsform in der Steuerungsvorrichtung 208, die bei der dargestellten Ausführungsform für andere Funktionen zuständig sein kann, sowie im Nachbehandlungssystem 200 implementiert, wie etwa Regeneration (Leeren) des Partikelfilters 202, aber die Erfindung kann somit auch in einer Steuerungsvorrichtung, die für die vorliegende Erfindung dediziert ist, oder insgesamt oder teilweise in einer oder mehreren im Fahrzeug bereits vorhandenen Steuerungsvorrichtungen wie etwa der Motorsteuerungsvorrichtung 115, implementiert werden.
Die erfindungsgemäße Funktion der Steuerungsvorrichtung 208 (oder der Steuerungsvorrichtung(en), in der die vorliegende Erfindung implementiert ist) wird zusätzlich zur Abhängigkeit von den Sensorsignalen von einem Sensor 210 zur Bestimmung einer Konzentration und/oder Fraktion eines Stoffes wahrscheinlich beispielsweise von Informationen abhängen, die beispielsweise von einem PM-Sensor empfangen werden, und beispielsweise der/den Steuerungsvorrichtung(en), welche die Motorfunktion steuern, abhängen, d. h. beim vorliegenden Beispiel die Steuerungsvorrichtung 115. Steuerungsvorrichtungen der dargestellten Art sind normalerweise so angeordnet, dass sie Sensorsignale von verschiedenen Teilen des Fahrzeugs empfangen. Beispielsweise kann die Steuerungsvorrichtung 208 Sensorsignale wie oben und von anderen Steuerungsvorrichtungen als der Steuerungsvorrichtung 115 empfangen. Solche Steuerungsvorrichtungen sind ferner gewöhnlich dafür eingerichtet, Steuerungssignale an verschiedene Teile und Komponenten des Fahrzeugs auszusenden. Beispielsweise kann die Steuerungsvorrichtung 208 Signale beispielsweise zur Motorsteuerungsvorrichtung 115 aussenden.
Die Steuerung wird häufig durch programmierte Anweisungen gesteuert. Diese programmierten Anweisungen bestehen typischerweise aus einem Computerprogramm, das beim Ausführen in einem Computer oder einer Steuerungsvorrichtung den Computer/die Steuerungsvorrichtung veranlasst, die gewünschte Steuerung als Verfahrensschritt im Prozess erfindungsgemäß durchzuführen.
Das Computerprogramm besteht gewöhnlich aus einem Computerprogrammprodukt, wobei das Computerprogrammprodukt ein anwendbares Speichermedium 121 umfasst (siehe 1B), bei dem das Computerprogrammprodukt 109 auf dem Speichermedium 121 gespeichert ist. Das digitale Speichermedium 121 kann beispielsweise aus einem der folgenden Gruppe bestehen: einem ROM (Read-Only Memory, Nur-Lese-Speicher), einem PROM (Programmable Read-Only Memory, programmierbarer Nur-Lese-Speicher), einem EPROM (Erasable PROM, löschbarer programmierbarer Nur-Lese-Speicher), einem Flash-Speicher, EEPROM (Electrically Erasable PROM, elektrisch löschbarer Nur-Lese-Speicher), einer Festplatteneinheit usw. und kann in oder in Kombination mit der Steuerungsvorrichtung eingerichtet sein, wobei das Computerprogramm durch die Steuerungsvorrichtung ausgeführt wird. Durch Ändern der Anweisungen des Computerprogramms kann das Verhalten des Fahrzeugs somit einer bestimmten Situation angepasst werden.
Eine beispielhafte Steuerungsvorrichtung (Steuerungsvorrichtung 208) ist in 1B dargestellt, und die Steuerungsvorrichtung kann wiederum eine Recheneinheit 120 umfassen, die beispielsweise aus einer geeigneten Art von Prozessor oder Mikrocomputer bestehen kann, beispielsweise einem Schaltkreis für die digitale Signalverarbeitung (Digitalsignalprozessor, DSP) oder einem Schaltkreis mit einer bestimmten Funktion (anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis, ASIC). Die Recheneinheit 120 ist mit einer Speichereinheit 121 verbunden, die beispielsweise für die Recheneinheit 120 den gespeicherten Programmcode 109 und/oder die gespeicherten Daten bereitstellt, welche die Recheneinheit 120 benötigt, um zum Ausführen von Rechenoperationen in der Lage zu sein. Die Recheneinheit 120 ist auch dafür eingerichtet, Zwischen- oder Endergebnisse der Rechenoperationen in der Speichereinheit 121 zu speichern.
Ferner ist die Steuerungsvorrichtung zum Empfangen und Senden von Eingangs- und Ausgangssignalen mit den Vorrichtungen 122, 123, 124, 125 ausgestattet. Diese Eingangs- und Ausgangssignale können Signalverläufe, Impulse oder andere Attribute enthalten, die von den Vorrichtungen 122, 125 zum Empfang von Eingangssignalen, die als Informationen zum Verarbeiten durch die Recheneinheit 120 erkannt werden, erkannt werden. Die Vorrichtungen 123, 124 zum Senden von Ausgangssignalen sind dafür eingerichtet, das Rechenergebnis von der Recheneinheit 120 umzuwandeln, um Signale zum Übermitteln an andere Teile des Fahrzeugsteuerungssystems und/oder die Komponente(n), für die die Signale vorgesehen sind, auszugeben. Jede der Verbindungen zu Vorrichtungen zum Empfang und Senden von Eingangs- und Ausgangssignalen kann aus einem oder mehreren Kabeln oder Datenbussen wie etwa einem CAN-Bus (Controller Area Network), einem MOST-Bus (Media Oriented Systems Transport) oder einer anderen Buskonfiguration oder aus einer drahtlosen Verbindung bestehen.
Gemäß dem Obigen kann die Zuverlässigkeit für Signale des PM-Sensors erfindungsgemäß erhöht werden, indem das vom PM-Sensor ausgesendete Signal bewertet wird. 3 zeigt eine erste erfindungsgemäße beispielhafte Ausführungsform 300. Das Verfahren beginnt mit Schritt 301, in dem festgelegt wird, ob der PM-Sensor 213 bewertet werden soll. Wenn der PM-Sensor 213 bewertet werden soll, setzt sich das Verfahren mit Schritt 302 fort. Der Übergang von Schritt 301 zu Schritt 302 kann beispielsweise so eingerichtet werden, dass er durch die Zeit gesteuert wird, die seit einer vorherigen Bewertung des PM-Sensors 213 verstrichen ist. Der PM-Sensor 213 kann auch so eingerichtet sein, dass er ständig, in anwendbaren Intervallen, bei jedem Fahrzeugstart oder zu sonstigen geeigneten Zeiten bewertet wird, beispielsweise wenn aus irgendeinem Grund, beispielsweise auf Grundlage von ausgesendeten PM-Sensorsignalen oder Signalen von anderen Sensoren/Einheiten vermutet werden kann, dass der PM-Sensor keine repräsentativen Signale aussendet.
In Schritt 302 wird eine Änderung des vom PM-Sensor 213 ausgesendeten Signals S₁ festgestellt, wobei das ausgesendete Signal S₁ im Allgemeinen Feinstaub im Abgasstrom repräsentiert. Diese Änderung kann beispielsweise durch eine Frequenz für eine Amplitudenschwankung repräsentiert werden, d. h. das ausgesendete Signal S₁ kann Amplitudenspitzen mit einer bestimmten Frequenz aufweisen. Diese Bestimmung kann beispielsweise durch die anwendbare Signalverarbeitung festgelegt werden. Die in Schritt 302 festgestellte Änderung kann auch aus einer anderen anwendbaren Bestimmung bestehen, wie etwa dem Feststellen einer aufgetretenen Amplitudenänderung zum anschließenden Vergleich mit einer erwarteten Änderung gemäß den folgenden Ausführungen.
Wenn die Änderung bei dem vom PM-Sensor 213 ausgesendeten Signal S₁ in Schritt 302 festgestellt wurde, setzt sich das Verfahren mit Schritt 303 fort. In Schritt 303 wird eine entsprechende Änderung bei der Zufuhr von Zusatzstoffen in den Abgasstrom festgestellt. Diese Änderung kann beispielsweise aus einer Bestimmung der Häufigkeit bestehen, in der die Zusatzstoffe dem Abgasstrom zugeführt werden. Die Dosierung des Zusatzstoffs wird normalerweise durch Verwendung einer beispielsweise im Abgassystem angebrachten Einspritzdüse erreicht, und die Einspritzung wird mit einer anwendbaren Einspritzdauer mit einer anwendbaren Frequenz, beispielsweise einer Frequenz mit dem Intervall 0,1 bis 10 Hz durchgeführt. Diese Informationen können beispielsweise von dem Teil des Steuerungssystems gewonnen werden, das für die Zudosierung von Zusatzstoffen in den Abgasstrom zuständig ist, das gemäß einer Ausführungsform aus derselben Steuerungsvorrichtung bestehen kann, in der die vorliegende Erfindung implementiert ist. Die Änderung bei der Zufuhr von Zusatzstoffen kann beispielsweise auch aus einer Änderung der Einspritzfrequenz oder aus einer Änderung der eingespritzten Menge von Zusatzstoff oder jeglicher anwendbaren Kombination dieser Änderungen bestehen. Die Änderung beim zugeführten Zusatzstoff kann durch Faktoren gesteuert werden, die von der vorliegenden Erfindung getrennt sind, wobei eine solche Änderung nur beobachtet wird, aber die Änderung kann auch so eingerichtet sein, dass sie erfindungsgemäß durch einen separaten Schritt, der Schritt 303 in 3 vorausgeht, geregelt wird.
Das Verfahren setzt sich dann mit Schritt 304 fort, wobei die Änderung bei dem vom PM-Sensor ausgesendeten Signal mit der Änderung bei der Zufuhr von Zusatzstoffen verglichen wird. Beispielsweise kann die Frequenz der Amplitudenspitzen des vom PM-Sensor ausgesendeten Signal mit der Dosierfrequenz verglichen werden. Wenn diese Frequenzen in einem anwendbaren Ausmaß miteinander übereinstimmen, kann angenommen werden, dass der PM-Sensor Messungen im Abgasstrom, in den die Zusatzstoffe zugeführt werden, durchführt und er deshalb aller Wahrscheinlichkeit nach einem repräsentativen Abgasstrom ausgesetzt ist. Auch kann eine Änderung der Amplitude während eines anwendbaren Zeitraums bei dem vom PM-Sensor ausgesendeten Signal mit einer erwarteten Amplitudenänderung verglichen werden, die durch die Änderung bei der Menge des zugeführten Zusatzstoffs verursacht wird. In Schritt 305 wird festgestellt, ob der Vergleich darauf hinweist, dass der PM-Sensor 2013 ein repräsentatives Signal aussendet, und wenn ja, setzt sich das Verfahren mit Schritt 301 fort. Wenn andererseits der Vergleich darauf hinweist, dass der PM-Sensor 213 kein repräsentatives Signal aussendet, setzt sich das Verfahren mit Schritt 306 fort, in dem ein Fehlersignal, beispielsweise ein Alarmsignal und/oder Fehlercode, erzeugt wird, damit das Steuerungssystem des Fahrzeugs 100 darauf hinweist, dass nicht angenommen werden kann, dass der PM-Sensor 213 ein repräsentatives Signal aussendet, weil nicht angenommen wird, dass er einem repräsentativen Abgasstrom ausgesetzt ist.
Das erzeugte Signal kann beispielsweise vom Steuerungssystem des Fahrzeugs 100 dazu verwendet werden, um den Status des Fahrzeugs 100 in einen Status zu versetzen, in dem das Fahrzeug 100 einen sofortigen Wartungsbedarf hat, damit der PM-Sensor 213 funktioniert. Das Steuerungssystem kann auch dafür eingerichtet werden, die Funktionalität des Fahrzeugs 100 zu beschränken, beispielsweise durch Beschränken der maximalen Leistung des Verbrennungsmotors 101 des Fahrzeugs 100, bis der Fehler behoben ist. Das Verfahren wird dann in Schritt 307 abgeschlossen.
Gemäß der in 3 gezeigten Ausführungsform kann eine aktive Maßnahme, die speziell vorgesehen ist, die Zufuhr von Zusatzstoffen zu ändern, durchgeführt werden, muss aber nicht durchgeführt werden, und die erfindungsgemäße Bestimmung kann durchgeführt werden, wenn das Fahrzeug auf eine solche Weise gefahren wird, dass es ohnehin eine erkennbare Änderung bei der Zufuhr von Zusatzstoffen gibt, beispielsweise erreicht durch die Pulsung, die normalerweise bei der Zufuhr von Zusatzstoffen oder bei der Änderung der Menge von Zusatzstoffen angewandt wird.
In 4 ist eine erfindungsgemäße beispielhafte Ausführungsform 400 gezeigt, bei der eine Änderung bei der Zufuhr von Zusatzstoffen aktiv implementiert ist.
Das Verfahren beginnt in Schritt 401 und der Übergang zu Schritt 402 kann gemäß der obigen Beschreibung gesteuert werden. In Schritt 402 wird eine anfängliche Repräsentation P₁ des Feinstaubs im Abgasstrom unter Verwendung des PM-Sensors 213 festgestellt.
Wenn der Feinstaub P₁ in Schritt 402 festgestellt wurde, setzt sich das Verfahren mit Schritt 403 fort. In Schritt 403 wird eine Änderung bei der Zufuhr von Zusatzstoffen durchgeführt. Diese Änderung kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden und beinhaltet gemäß einer Ausführungsform das vollständige Abschalten der Zufuhr von Zusatzstoffen in den Abgasstrom oder das Ändern der Menge von Zusatzstoffen, die dem Abgasstrom zugeführt werden. Gemäß einer Ausführungsform kann die Zufuhr von Zusatzstoffen stattdessen abgeschaltet werden oder kann in einem Schritt, der Schritt 403 vorausgeht, abgeschaltet werden, und die Zufuhr kann in Schritt 403 reaktiviert werden. Gemäß dem Obigen kann beispielsweise die Einspritzfrequenz oder die Menge der zugeführten Zusatzstoffe ebenfalls geändert werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird jedoch keine Maßnahme ergriffen, die speziell dafür vorgesehen ist, die Zufuhr erfindungsgemäß zu ändern, stattdessen wird in Schritt 403 erwartet, dass die anwendbare Änderung der zugeführten Zusatzstoffe aus einem anderen Grund erfolgt, der durch das Fahrzeugsteuerungssystem gesteuert wird, wobei eine solche Änderung aus einem der hier genannten Beispiele oder einer anderen anwendbaren Änderung besteht.
Das Verfahren setzt sich bei einer Ausführungsform mit einem Schritt fort, bei dem das Verfahren einen Anfangszeitraum t₁ abwartet, um potenzielle Verzögerungen im System zu kompensieren, so dass die Wirkungen der zuvor zugeführten Zusatzstoffe herabgesetzt oder mindestens verringert sind. Der Anfangszeitraum kann beispielsweise durch die Position der Zusatzstoff-Einspritzdüse im Abgassystem in Bezug auf den PM-Sensor und die Anzahl/Art der Komponenten, die dazwischen installiert sind, gesteuert werden.
Der Zeitraum t₁ kann kurz sein und gemäß der Ausführungsform wird dieser Warteschritt nicht angewandt.
Das Verfahren setzt sich dann von Schritt 403 mit Schritt 405 fort, in dem eine zweite Repräsentation des Feinstaubs im Abgasstrom unter Verwendung des PM-Sensors 213 festgestellt wird, d. h. eine Partikelkonzentration P₂ wird beim PM-Sensor 213 festgestellt, nachdem die Maßnahme, die Zufuhr von Zusatzstoffen zu ändern, abgeschlossen wurde.
In Schritt 405 wird dann eine erwartete Änderung ΔP_exp des PM-Sensorsignals festgestellt (an der Position des PM-Sensors 213 nach der Änderung, die in Schritt 403 bei der Zufuhr von Zusatzstoffen durchführt wurde, und die Änderung ΔP₁₂ in Schritt 406 zwischen der anfänglichen P₁ und der zweiten Partikelkonzentration, die vom PM-Sensor P₂ angegeben wird, wird mit der erwarteten Änderung der Partikelkonzentration (Änderung beim Sensorsignal) ΔP_exp verglichen. Auch wenn bestimmte Partikelkonzentrationen P₁, P₂ festgestellt werden können, ist dies keine Erfordernis; im Prinzip genügt es, anwendbare Repräsentationen der Partikelkonzentrationen P₁, P₂, auf deren Grundlage die Partikelkonzentrationsänderung ΔP₁₂ festgestellt werden kann, festzustellen (offensichtlich sind die Partikelkonzentrationen als solche nicht unbedingt korrekt, da mindestens eine der festgestellten Partikelkonzentrationen durch die Querempfindlichkeit gegenüber dem Zusatzstoff beeinflusst sein kann und somit eine höhere oder signifikant höhere angegebene Partikelkonzentration aussenden kann, als tatsächlich der Fall ist.)
Es genügt somit, eine Signaldifferenz zwischen den verschiedenen Bestimmungen festzustellen, wobei diese Signaldifferenz in eine Partikelkonzentrationsdifferenz umgewandelt oder mit einer erwarteten Signaldifferenz verglichen werden kann. Dasselbe gilt für die erwartete Partikelkonzentrationsänderung ΔP_exp, d. h. es genügt, eine erwartete Differenz festzustellen, ohne besonders festzustellen, zwischen welchen tatsächlichen Werten/Partikelkonzentrationen ein Auftreten der Differenz erwartet wird.
Die erwartete Partikelkonzentrationsänderung ΔP_exp kann beispielweise durch Nachsehen in einer Tabelle festgestellt werden, wobei das vom PM-Sensor ausgesendete Signal, das für verschiedene Dosierungen erwartet wird, angegeben sein kann, wobei dieses erwartete bestimmte Signal die Signaldifferenz bilden kann, die der Zusatzstoff als solcher aufgrund von Querempfindlichkeit erwartungsgemäß verursacht, und die somit das vom Zusatzstoff verursachte Differenzsignal bildet.
In Schritt 406 wird die tatsächliche Partikelkonzentrationsänderung (Sensorsignaländerung) ΔP₁₂ dann mit der erwarteten Partikelkonzentrationsänderung ΔP_exp verglichen, wobei eine Diskrepanz A zwischen der erwarteten Partikelkonzentrationsänderung ΔP_exp und der gemessenen Partikelkonzentrationsänderung ΔP₁₂ festgestellt wird.
In Schritt 407 wird festgestellt, ob die Diskrepanz A zwischen der der erwarteten Partikelkonzentrationsänderung ΔP_exp und der gemessenen Partikelkonzentrationsänderung ΔP₁₂ größer als ein anwendbarer Grenzwert A_lim ist. Der Grenzwert A_lim kann beispielsweise auf solche Weise festgelegt werden, dass eine anwendbare große Diskrepanz erlaubt sein kann, um zu vermeiden, unnötig einen Alarm hinsichtlich der Funktion des PM-Sensors 213 zu verursachen, da die Partikelkonzentrationsänderung, die der PM-Sensor aufgrund des Zusatzstoffs angeben wird, mit der gewünschten Genauigkeit schwer vorhersagbar ist.
Solange dies nicht der Fall ist, d. h. solange die Diskrepanz A unterhalb des Grenzwerts A_lim liegt, kann angenommen werden, dass der PM-Sensor 213 repräsentative Messwerte bezüglich des Feinstaubs im Abgasstrom aussendet, da angenommen werden kann, dass sich der PM-Sensor 213 an einer Position befindet, wo das PM-Signal auf eine erwartete Weise schwankt und sich somit wahrscheinlich an der vorgesehenen Position im Abgasstrom befindet und somit Messungen eines repräsentativen Abgasstroms durchführt. Das Verfahren geht mit Schritt 401 weiter, um eine neue Bestimmung der Funktion des PM-Sensors 213 in der anwendbaren Zeit durchzuführen wie oben.
Wenn andererseits in Schritt 408 festgestellt wird, dass die Diskrepanz A größer als der Grenzwert A_lim ist, setzt sich das Verfahren mit Schritt 408 fort. In Schritt 408 wird ein Fehlersignal wie in der obigen Beschreibung erzeugt, und das Verfahren wird in Schritt 409 abgeschlossen.
Erfindungsgemäß wird somit ein Verfahren bereitgestellt, dass eingesetzt werden kann, um festzustellen, ob der PM-Sensor 2013 ein repräsentatives Signal aussendet, indem festgestellt wird, ob er einem repräsentativen Abgasstrom ausgesetzt ist, was festgestellt wird durch Feststellen, ob sich das ausgesendete Signal vom PM-Sensor 213 mit einer Änderung bei der Zufuhr von Zusatzstoffen auf die erwartete Weise ändert.
Mit Hilfe der vorliegenden Erfindung kann somit ein Versuch zum Manipulieren der Funktion des PM-Sensors 213 angestellt werden, beispielsweise durch Verlagern des PM-Sensors an eine Position außerhalb des Abgasstroms, alternativ beispielsweise durch Führen des Abgasstroms am PM-Sensor 213 vorbei, der während des Betriebs des Fahrzeugs 200 entdeckt wird, da der PM-Sensor bei einer solchen Manipulation keine Änderung beim ausgesendeten Signal im Vergleich zu einem korrekt positionierten PM-Sensor, bei dem es eine Änderung bei den zugeführten Zusatzstoffen gibt, zeigen wird. Die Erfindung verringert somit die Möglichkeiten des unbemerkten Manipulierens des Nachbehandlungssystems.
In Bezug auf die oben beschriebenen Verfahren wurde ein Vergleich bei einer Gelegenheit durchgeführt. Offensichtlich kann der Feinstaub im Abgasstrom 200 auch abhängig von anderen Faktoren wie etwa den aktuellen Betriebsparametern des Verbrennungsmotors signifikant schwanken, wobei sich eine gemessene einzelne Partikelkonzentrationsänderung unter ungünstigen Bedingungen von der erwarteten Partikelkonzentrationsänderung um mehr als die Diskrepanz A_lim ändern kann, auch wenn der PM-Sensor 213 im Abgasstrom korrekt installiert und einem repräsentativen Abgasstrom ausgesetzt ist.
Aus diesem Grund kann wie oben eine Reihe von Werten bestimmt werden. Beispielsweise kann jedes Verfahren so eingerichtet werden, dass es eine anwendbare Anzahl von Malen x, beispielsweise eine relativ große Anzahl von Malen x durchlaufen werden muss, wobei x Messwerte und somit x Diskrepanzen A festgestellt werden, wobei eine integrierte Gesamtdiskrepanz für diese x Diskrepanzen bestimmt und mit dem Diskrepanzgrenzwert A_lim verglichen werden kann, und wobei der integrierte Gesamtwert verwendet wird, um festzustellen, ob angenommen werden kann, dass der PM-Sensor 213 einem repräsentativen Abgasstrom ausgesetzt ist.
Die Diskrepanz A_lim kann auch so eingerichtet werden, dass sie entsprechend der Anzahl der Messwerte x schwankt. Je größer die Anzahl der verwendeten Messwerte x ist, desto geringer darf die erlaubte Diskrepanz A _lim eingestellt sein, da die integrierte Gesamtgenauigkeit mit der Anzahl der Messwerte x zunimmt.
Gemäß einer Ausführungsform werden stattdessen eine Reihe von Bestimmungen durchgeführt, beispielsweise in regelmäßigen oder angemessenen Intervallen, wobei die Änderung des PM-Sensorsignals im zeitlichen Verlauf mit einer erwarteten Änderung des PM-Sensorsignals verglichen wird. Auch können in diesem Fall Diskrepanzen für jeden Messwert festgestellt und mit dem erwarteten Wert verglichen werden. Diskrepanzen können auch miteinander verglichen werden, und solange die Diskrepanzen signifikant ähnlich sind, kann immer noch angenommen werden, dass der PM-Sensor korrekt positioniert wurde.
Es kann somit nicht nur festgestellt werden, dass der PM-Sensor 213 in einer Abgaszusammensetzung positioniert ist, sondern auch, dass der PM-Sensor 213 innerhalb eines Abgasstroms angeordnet ist, dessen Zusammensetzung mit den schwankenden Betriebsbedingungen in einer repräsentativen Weise schwankt.
Die vorliegende Erfindung hat auch den Vorteil, dass eine erfindungsgemäße Bestimmung ungeachtet der Position des PM-Sensors im Abgassystem durchgeführt wird, solange die Änderung bei den zugeführten Zusatzstoffen stromaufwärts vom PM-Sensor durchgeführt wird.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine Frequenzanalyse verwendet, um festzustellen, ob der PM-Sensor 213 ein repräsentatives Signal aussendet. Diese Frequenzanalyse kann mit Hilfe einer anwendbaren Transformation wie etwa einer Fourier-Transformation oder FFT (schnelle Fourier-Transformation) erfolgen. Wie oben erwähnt, wird eine Einspritzung von Zusatzstoffen gewöhnlich mit einer bestimmten Frequenz wie etwa einer Frequenz im Intervall 0,1 bis 10 Hz durchgeführt. Dies bedeutet, dass der Zusatzstoff in den Abgasstrom „gepulst“ wird, und über die Zeit pulsartige Differenzen im Zusatzstoffgehalt des Abgasstroms entstehen. Dies bedeutet auch, dass die Pulsung Schwankungen in der Konzentration mit derselben Frequenz wie für den Zusatzstoff hervorruft, die auch oben verwendet wird, aber die auf eine Weise verwendet werden können, die eine zuverlässige Erkennung gewährleistet.
Wenn das PM-Sensorsignal stattdessen im Frequenzbereich bewertet wird, kann die Einspritzpulsung geklärt und erfindungsgemäß verwendet werden.
Die Pulse der Zusatzstoffe werden gemäß dem Obigen als Amplitudenschwankungen bei einer Frequenz sichtbar, die gleich der Einspritzfrequenz ist. Somit kann im Frequenzbereich ein Spike/eine Spitze bei der Frequenz auftreten (beim Mehrfachen der Frequenz können auch schwächere Schattenpulse auftreten).
Diese Frequenzanalyse kann somit, wenigstens in bestimmten Fällen, dazu verwendet werden, die Sicherheit der Diagnose des PM-Sensors zu verbessern, da dann, wenn diese Pulsung erkannt werden kann, auch angenommen werden kann, dass der PM-Sensor einem repräsentativen Abgasstrom ausgesetzt ist. Die Frequenzanalyse kann allein oder in Kombination mit einem Vergleich mit einem Grenzwert wie oben verwendet werden, wobei dieser Grenzwert im Zeitbereich oder im Frequenzbereich eingestellt werden kann. Durch Durchführen der Bestimmung im Frequenzbereich ist die Erkennung mit geringeren Schwankungen möglich, d. h. es kann ein geringerer Grenzwert A_lim verwendet werden.
Da die Einspritzfrequenz nach dem erfindungsgemäßen Verfahren variieren kann, können Schwankungen im Frequenzbereich ebenfalls aktiv genutzt werden, um eine zuverlässigere Diagnose zu ergeben. Wenn beispielsweise A_lim, für eine Einspritzfrequenz überschritten wird, kann ein anstehender Fehler eingestellt werden, so dass eine oder mehrere weitere Diagnosen für weitere Einspritzfrequenzen durchgeführt werden können, bevor die Störung schließlich festgestellt wird.
Bei der Frequenzanalyse ist das aus der Analyse gewonnene Ergebnis im Allgemeinen umso zuverlässiger, je näher an der Pulsungsquelle die Analyse durchgeführt wird.
Gemäß dieser Ausführungsform bildet die Frequenzanalyse eine Repräsentation einer Änderung des Signals, das vom PM-Sensor 213 ausgesendet wird.
Zusätzlich gibt es verschiedene Arten von PM-Sensoren, und die vorliegende Erfindung ist auf alle Arten von PM-Sensoren anwendbar, die eine Querempfindlichkeit gegenüber Zusatzstoffen aufweisen. Beispielsweise gibt es so genannte IDE-Sensoren, bei denen mit leitenden Materialien überzogene Keramikplatten verwendet werden, um einen Partikelgehalt für einen durchgeleiteten Abgasstrom festzustellen. Während ein partikelhaltiger Abgasstrom die beschichteten Keramikplatten durchströmt, bleiben Partikel kleben, was wiederum dazu führt, dass sich die Leitfähigkeit zwischen den beiden benachbarten nicht-kontaktierenden Platten ändert. Wenn Partikel (Ruß) an diesen Platten kleben, steigt die Leitfähigkeit, was dazu führt, dass beispielsweise ein Widerstand, ein Strom, eine Spannung, eine Leitfähigkeit oder Induktivität oder ähnliches erfasst werden kann, und wobei Änderungen der relevanten Größe den Partikelgehalt angeben. Durch Bestimmen eines Gradienten für die Änderung im zeitlichen Verlauf kann der Partikelgehalt geschätzt werden, indem bestimmt wird, wie rasch sich beispielsweise der Widerstand, der Strom oder die Spannung ändert. Diese Art von Partikelsensor führt somit zu einer relativ langsamen Erkennung des Partikelgehalts, und es kann lange Zeit dauern, bevor die Störung entdeckt wird. Erfindungsgemäß kann jedoch eine Manipulation dieser Art von Sensor in einem frühen Stadium erkannt werden.
Es gibt auch andere Arten von Partikelsensoren wie etwa elektrostatische Partikelsensoren, bei denen Partikel eine erste Elektrode passieren, um eine Ladung aufzunehmen, und dann eine zweite, im Partikelsensor eingerichtete Elektrode passieren, bei der die Ladung abgeliefert wird. Je nach dem Partikelgehalt schwankt somit die Anzahl der Elektronen pro Zeiteinheit, die zwischen Elektroden übertragen wird, und deshalb kann sowohl der Partikelgehalt als auch die Partikelanzahl mit sofortiger und sehr hoher Genauigkeit bestimmt werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird diese Art von Partikelsensor verwendet, um die Konzentration und/oder Fraktion von Partikeln im Abgasstrom zu bestimmen. Dank der Geschwindigkeit des Sensors können sehr gute Messungen der gegenwärtigen Werte vorgenommen werden, d. h. es können sehr gute Werte gewonnen werden, die den momentanen Partikelgehalt repräsentieren.
Zusätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren mit dem Verfahren kombiniert werden, das in der schwedischen Anmeldung Nr. 1250961-8 ( SE 1250961 A1 ) mit dem Titel „METHOD AND SYSTEM PERTAINING TO EXHAUST AFTERTREATMENT“ vom selben Erfinder und mit demselben Anmeldedatum beschrieben ist, um eine Sensorfunktion für einen PM-Sensor festzulegen. Gemäß der Anmeldung „METHOD AND SYSTEM PERTAINING TO EXHAUST AFTERTREATMENT“ wird ein Verfahren bereitgestellt, um festzustellen, ob ein PM-Sensor ein repräsentatives Signal aussendet, wobei die Sensorfunktion für den PM-Sensor auf Grundlage einer Repräsentation eines im PM-Sensor vorliegenden Drucks festgestellt wird, wobei der Druck durch einen im PM-Sensor angeordneten Drucksensor bestimmt wird.
Zusätzlich kann das erfindungsgemäße Verfahren mit dem Verfahren kombiniert werden, das in der schwedischen Anmeldung Nr. 1250963-4 ( SE 1250963 A1 ) mit dem Titel „METHOD AND SYSTEM PERTAINING TO EXHAUST AFTERTREATMENT II“ vom selben Erfinder und mit demselben Anmeldedatum beschrieben ist, um eine Sensorfunktion für einen PM-Sensor festzustellen. Gemäß der Anmeldung „METHOD AND SYSTEM PERTAINING TO EXHAUST AFTERTREATMENT II“ wird ein Verfahren bereitgestellt, um festzustellen, ob ein PM-Sensor ein repräsentatives Signal aussendet, bei dem eine Repräsentation einer Konzentration durch den PM-Sensor und/oder einer Fraktion eines Stoffs, der im Abgasstrom vorkommt, festgestellt wird. Basierend auf der festgestellten Repräsentation einer Konzentration und/oder einer Fraktion des ersten Stoffs wird festgestellt, ob der PM-Sensor ein repräsentatives Signal aussendet.
Auch kann das erfindungsgemäße Verfahren alternativ oder zusätzlich mit dem Verfahren kombiniert werden, das in der schwedischen Anmeldung Nr. 1250964-2 ( SE 1250964 A1 ) mit dem Titel „METHOD AND SYSTEM PERTAINING TO EXHAUST AFTERTREATMENT III“ vom selben Erfinder und mit demselben Anmeldedatum wie die vorliegende Anmeldung beschrieben ist, um eine Sensorfunktion für einen PM-Sensor festzustellen. Gemäß der Anmeldung „METHOD AND SYSTEM PERTAINING TO EXHAUST AFTERTREATMENT III“ wird ein Verfahren bereitgestellt, um festzustellen, ob ein PM-Sensor ein repräsentatives Signal aussendet, wobei die Sensorfunktion für den PM-Sensor unter Verwendung von Elementen festgestellt wird, um eine Repräsentation einer Temperatur am PM-Sensor festzustellen.
Durch Kombinieren des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem oder mehreren der oben beschriebenen Verfahren kann eine zuverlässigere Bewertung der Funktion des PM-Sensors durchgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung wurde oben in Bezug auf bestimmte Zusatzstoffe beschrieben. Jedoch können PM-Sensoren auch gegenüber anderen Arten von Zusatzstoffen querempfindlich sein, und die vorliegende Erfindung ist auch für solche Zusatzstoffe anwendbar.
Zusätzlich wurde die vorliegende Erfindung oben beispielhaft in Bezug auf Fahrzeuge beschrieben. Die Erfindung ist jedoch auf alle Transportmittel/Prozesse anwendbar, bei denen Partikelfiltersysteme wie der obige anwendbar sind, wie etwa Wasser- und Luftfahrzeuge mit Verbrennungsprozesses wie oben.
Zusätzlich kann der Verbrennungsmotor beispielsweise aus mindestens einem der Gruppe bestehen: Kraftfahrzeugmotor, Schiffsmotor, Industriemotor, Dieselmotor, Ottomotor, Benzinmotor mit Direkteinspritzung, Gasmotor.
Sonstige Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und Systems sind in den hier enthaltenen Patentansprüchen verfügbar.
Es ist auch zu beachten, dass das System gemäß verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens verändert werden kann (und umgekehrt) und dass die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf die oben beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschränkt, sondern sich auf alle Ausführungsformen innerhalb des Umfangs der beigefügten Patentansprüche bezieht und diese umfasst.

Claims

Verfahren zum Feststellen einer Sensorfunktion für einen PM-Sensor (213), der zum Bestimmen eines Partikelgehalts in einem Abgasstrom, der aus der Verbrennung in einem Verbrennungsmotor (101) entsteht, vorgesehen ist, wobei ein Nachbehandlungssystem (202) zur Nachbehandlung des Abgasstroms installiert ist und das Fahrzeug Elemente für die Zufuhr von Zusatzstoffen in den Abgasstrom umfasst und das Verfahren durch die Schritte gekennzeichnet ist: - Feststellen einer Repräsentation einer Änderung (ΔP12) bei dem Signal, das vom PM-Sensor (213) als Reaktion auf die Änderung bei der Zufuhr von Zusatzstoff ausgesendet wird, - Feststellen einer Repräsentation eines ersten Drucks im PM-Sensor mittels eines im PM-Sensor eingerichteten Drucksensors, - Vergleichen der Repräsentation der Änderung (ΔP12) bei dem vom PM-Sensor (213) ausgesendeten Signal mit einer Repräsentation einer erwarteten Änderung (ΔPexp) des vom PM-Sensor (213) ausgesendeten Signals, und - basierend auf dem Vergleich der Repräsentation der Änderung (ΔP12) beim Signal des PM-Sensors (213) mit der Repräsentation der erwarteten Änderung (ΔPexp) des vom PM-Sensor (213) ausgesendeten Signals, und ferner basierend auf dem festgestellten ersten Druck, Feststellen, ob der PM-Sensor (213) ein Signal aussendet, das für den Abgasstrom repräsentativ ist.
Verfahren nach Anspruch 1, auch umfassend Durchführen einer Anzahl aufeinanderfolgender Änderungen bei der Zufuhr von Zusatzstoff in den Abgasstrom und, - basierend auf ähnlich festgestellten Änderungen bei dem vom PM-Sensor (2313) ausgesendeten Signal, Feststellen, ob der PM-Sensor (213) ein Signal aussendet, das für den Abgasstrom repräsentativ ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Änderung bei der Zufuhr von Zusatzstoffen in den Abgasstrom eine Erhöhung oder Verringerung der Menge der zugeführten Zusatzstoffe umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Änderung bei der Zufuhr von Zusatzstoff zum Abgasstrom eine Änderung einer Frequenz für die Zufuhr von Zusatzstoffen zum Abgasstrom umfasst.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Änderung bei der Zufuhr von Zusatzstoffen zum Abgasstrom ein Abschalten der Zufuhr von Zusatzstoffen oder eine wiederaufgenommene Zufuhr nach einem Abschalten der Zufuhr von Zusatzstoffen umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der PM-Sensor (213) aus einem elektrostatischen oder resistiven PM-Sensor besteht.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, auch umfassend, wenn die Repräsentation der ersten Änderung (ΔP12) im vom PM-Sensor (213) ausgesendeten Signal festgestellt ist, zu einem Anfangszeitpunkt Feststellen einer ersten vom PM-Sensor (213) ausgesendeten Repräsentation eines Partikelgehalts (P1), zu einem zweiten Zeitpunkt, der vom ersten Zeitpunkt getrennt ist, Feststellen einer zweiten, vom PM-Sensor (213) ausgesendeten Repräsentation eines Partikelgehalts (P2), wobei die Änderung (ΔP12) bei dem vom PM-Sensor (213) ausgesendeten Signal aus einer Differenz zwischen der vom PM-Sensor (213) ausgesendeten ersten (P1) bzw. zweiten (P2) Repräsentation eines Partikelgehalts besteht.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, auch umfassend Feststellen einer Änderung (ΔP12) bei dem vom PM-Sensor (213) ausgesendeten Signal bei einer Anzahl von Zeitpunkten, - Vergleichen der jeweiligen festgestellten Änderung (ΔP12) bei dem vom PM Sensor (213) ausgesendeten Signal mit einer ähnlichen erwarteten Änderung (ΔPexp) bei dem vom PM-Sensor (213) ausgesendeten Signal, und - basierend auf der Anzahl von Vergleichen, Feststellen, ob der PM-Sensor (213) ein Signal aussendet, das repräsentativ für den Abgasstrom ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, auch umfassend Feststellen, basierend auf der festgestellten Änderung bei dem vom PM Sensor (213) ausgesendeten Signal als Reaktion auf die Änderung bei der Zufuhr des Zusatzstoffs, ob angenommen werden kann, dass das Nachbehandlungssystem (200) und/oder der PM-Sensor (213) manipuliert wurden.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, auch umfassend Feststellen, ob der PM-Sensor (213) ein Signal aussendet, das für den Abgasstrom repräsentativ ist, durch Feststellen, basierend auf der Änderung bei dem vom PM-Sensor ausgesendeten Signal als Reaktion auf die Änderung bei der Zufuhr von Zusatzstoffen, ob angenommen werden kann, dass sich der PM-Sensor (213) im Abgasstrom befindet.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, auch umfassend: - Feststellen der Änderung im vom PM-Sensor ausgesendeten Signal mit Hilfe einer Frequenzanalyse des vom PM-Sensor ausgesendeten Signals, wobei die Frequenzanalyse des frequenzanalysierten PM-Signals mit einer Einspritzfrequenz für die Zufuhr von Zusatzstoffen verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 11, außerdem umfassend Durchführen der Frequenzanalyse für eine Anzahl von Einspritzfrequenzen für die Zufuhr von Zusatzstoffen zum Abgasstrom.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei während der Frequenzanalyse eine Frequenz für eine Amplitudenspitze im Frequenzbereich mit der Einspritzfrequenz für die Zufuhr von Zusatzstoffen zum Abgasstrom verglichen wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, umfassend eine Erzeugung eines Signals, das auf eine Störung im PM-Sensor (213) hinweist, wenn die Änderung im vom PM-Sensor ausgesendeten Signal keine erwartete Änderung zeigt.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Nachbehandlungssystem (200) mindestens einen Partikelfilter (202) umfasst und wobei die vorgesehene Position des PM-Sensors stromaufwärts oder stromabwärts vom Partikelfilter (202) im Abgasstrom ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Verbrennungsmotor aus einem Motor in einem Fahrzeug besteht und wobei die Leistung aus dem Verbrennungsmotor durch den Einsatz eines im Fahrzeug eingerichteten Steuerungssystems begrenzt ist, wenn der PM-Sensor kein Signal aussendet, das für den Abgasstrom repräsentativ ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche bei einer erfolgten Änderung bei der Zufuhr des Zusatzstoffs auch umfassend: - Abwarten eines Anfangszeitraums (t1), bevor die Änderung bei dem vom PM-Sensor (213) ausgesendeten Signals festgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, auch umfassend Feststellen einer Repräsentation einer anfänglichen Konzentration im PM-Sensor und/oder einer Fraktion eines Anfangsstoffs (S1) im Abgasstrom unter Verwendung der im PM-Sensor eingerichteten Elemente zum Bestimmen einer Repräsentation einer Konzentration und/oder Fraktion des Anfangsstoffs (S1), und - Element, auch basierend auf der Änderung bei der festgestellten Repräsentation einer Konzentration des ersten Stoffs (S1), zum Feststellen, ob der PM-Sensor ein Signal aussendet, das repräsentativ für den Abgasstrom ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei das Verfahren auch umfasst: - Feststellen einer ersten Temperatur am PM-Sensor mittels im PM-Sensor installierter Elemente, um eine Repräsentation einer am PM-Sensor (213) herrschenden Temperatur auszusenden, und - Feststellen, ob der PM-Sensor ein Signal aussendet, das für den Abgasstrom repräsentativ ist, auch basierend auf der festgestellten ersten Temperatur.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Zusatzstoff aus Harnstoff oder Ammoniak besteht.
Computerprogramm, einen Programmcode umfassend, der beim Ausführen des Programmcodes in einem Computer, erreicht, dass der Computer das Verfahren gemäß einer der Patentansprüche 1 bis 20 durchführt.
Computerprogrammprodukt mit einem computerlesbaren Medium und einem Computerprogramm gemäß Patentanspruch 21, wobei das Computerprogramm im computerlesbaren Medium enthalten ist.
System zum Feststellen einer Sensorfunktion für einen PM-Sensor (213), der zum Bestimmen eines Partikelgehalts in einem Abgasstrom, der sich aus der Verbrennung in einem Verbrennungsmotor (101) ergibt, vorgesehen ist, wobei ein Nachbehandlungssystem (202) zur Nachbehandlung des Abgasstroms installiert ist und das Fahrzeug ein Element für die Zufuhr von Zusatzstoffen in den Abgasstrom umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das System umfasst: - ein Element, das dafür eingerichtet ist, eine Repräsentation einer Änderung (ΔP12) bei dem Signal festzustellen, das vom PM-Sensor (213) als Reaktion auf die Änderung bei der Zufuhr von Zusatzstoff ausgesendet wird, ein Element, das dafür eingerichtet ist, eine Repräsentation eines ersten Drucks im PM-Sensor mittels eines im PM-Sensor eingerichteten Drucksensors festzustellen, - ein Element, das dafür eingerichtet ist, die Repräsentation der Änderung (ΔP12) bei dem Signal, das vom PM Sensor (213) mit einer Repräsentation einer erwarteten Änderung (ΔPexp) des vom PM-Sensor (213) ausgesendeten Signals ausgesendet wird, zu vergleichen, und - ein Element, das dafür eingerichtet ist, basierend auf dem Vergleich der Repräsentation der Änderung (ΔP12) des Signals des PM-Sensors (213) mit der Repräsentation der erwarteten Änderung (ΔPexp) des vom PM-Sensor (213) ausgesendeten Signals, festzustellen, ob der PM-Sensor (213) ein Signal aussendet, das für den Abgasstrom repräsentativ ist, auch basierend auf dem festgestellten ersten Druck.
System nach Anspruch 23, gekennzeichnet durch den Verbrennungsmotor, der mindestens aus einem aus der Gruppe besteht: Kraftfahrzeugmotor, Schiffsmotor, Industriemotor, Dieselmotor, Ottomotor, Benzinmotor mit Direkteinspritzung, Gasmotor.
System nach Anspruch 23 oder 24, wobei die Elemente für die Zufuhr von Zusatzstoff stromaufwärts vom PM-Sensor installiert sind.
Fahrzeug (100), dadurch gekennzeichnet, dass es ein System nach einem der Ansprüche 23 bis 25 umfasst.