DE102013206391A1

DE102013206391A1 - Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Partikelfilters

Info

Publication number: DE102013206391A1
Application number: DE102013206391.1A
Authority: DE
Inventors: Paul Rodatz; Michael Nienhoff; Tino Arlt; Thomas Schön
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2013-04-11
Filing date: 2013-04-11
Publication date: 2014-10-16
Anticipated expiration: 2033-04-12
Also published as: DE102013206391B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugmotors angeordneten Partikelfilters beschrieben. Mit diesem Verfahren, mit dem die Änderungen des Filterwirkungsgrades während einer starken Änderung der Partikelrohemissionen bewertet werden, ist eine Erkennung eines Offset-Fehlers in der Konzentrationsmessung möglich. Hierdurch können Fehldiagnosen in der Partikelfilterüberwachung bzw. -überprüfung reduziert oder ausgeschlossen werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugmotors angeordneten Partikelfilters.
Bei der Verbrennung von Kraftstoff in einem Verbrennungsmotor entstehen ungewollt Partikel. Da diese Partikel gesundheitsschädlich sind, hat der Gesetzgeber Emissionsgrenzwerte festgelegt. Um diese Partikelgrenzwerte einhalten zu können, werden insbesondere im Abgasstrang von modernen PKW-Dieselmotoren Partikelfilter eingesetzt. Diese sind typischerweise als Wandstromfilter auf Basis von Keramikwerkstoffen ausgeführt. Der Gesetzgeber verlang zudem, dass die Funktionsfähigkeit des Filters überwacht wird, und zwar mithilfe einer sogenannten „On Board Diagnose“. Um diese Anforderungen an die Überwachung zu erfüllen, wird ein Sensor zur Überwachung der Filterfähigkeit des Wandstromfilters eingesetzt. Dieser Partikelsensor wird stromab des Partikelfilters angeordnet und misst die Konzentration an Partikeln im Abgas. Falls der Partikelfilter intakt ist, wird eine geringe Partikelkonzentration gemessen. Wenn der Filter geschädigt ist, wird eine abnorm hohe Konzentration festgestellt.
Bei einem derartigen Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Partikelfilters ist eine korrekte Messung des Partikelsensors entscheidend, da anderenfalls falsche Ergebnisse in Bezug auf die Partikelfilter-Diagnose erreicht werden. Die Problematik besteht nun darin, auf zuverlässige Weise zu erkennen, ob der Sensor korrekt misst.
Bei derartigen Partikelsensoren (Rußsensoren), welche nach dem resistiven Prinzip arbeiten, wird zwischen zwei Elektroden eine Spannung angelegt. Befindet sich ein solcher Rußsensor in einer rußhaltigen Umgebung, lagert sich zwischen den Elektroden Ruß an. Da Ruß im Wesentlichen aus C-Atomen besteht und Kohlenstoff ein elektrischer Leiter ist, kann zwischen den Elektroden ein Strom fließen. Im normalen Betriebsmodus lagert sich kontinuierlich Ruß auf der Oberfläche des Sensorelementes an. Dies führt dazu, dass der Strom ebenfalls kontinuierlich ansteigt. Überschreitet der Strom eine Schwelle, wird in einen Regenerationsmodus gewechselt. Dabei wird der Sensor mittels einer elektrischen Heizung stark erhitzt, so dass der angelagerte Ruß abbrennt und der Strom auf ein niedrigeres Niveau zurückfällt. Danach beginnt der Rußsammlungsprozess von vorne.
Die Stärke des Stromes zwischen den Elektroden ist von der Partikelbeladung abhängig. Bei keiner oder niedriger Beladung ist der Strom nahe Null und nimmt mit steigender Beladung zu. Um eine Aussage über den Partikelmassenstrom, der am Sensor vorbeifließt, treffen zu können, muss die Änderung des Stromsignals ausgewertet werden. Anhand der Änderungsrate des Stromsignals kann eine Korrelation zum Partikelmassenstrom gefunden werden. Die Auswertung der Stromänderung ermöglicht die Bewertung des Partikelmassenstromes in einem beschränkten Zeitraum.
Ein intakter Partikelfilter hat einen Filterwirkungsgrad von über 99 %. Durch eine Rissbildung in der Keramik kann ein Teil der Gasströmung den Partikelfilter ungehindert durchqueren, so dass der Filterwirkungsgrad sinkt. Dabei ist der Filterwirkungsgrad unabhängig von der Partikelkonzentration stromauf des Partikelfilters.
Ein Partikelfilter gilt als fehlerhaft, sobald die mittleren Partikelemissionen am Ausgang der Abgasanlage über ein definiertes Fahrprofil (z.B. NEDC) eine definierte Schwelle (OBD-Grenzwert) überschreiten. Dieser Partikelfilter muss auch zuverlässig im Feld detektiert werden. Dazu wird anhand einer modellierten Partikelkonzentration (Rußkonzentration) stromauf des Filters und der gemessenen Partikelkonzentration stromab des Filters (über den Partikelsensor) der Filterwirkungsgrad ermittelt. Der auf diese Weise bestimmte Filterwirkungsgrad wird dann mit dem Filterwirkungsgrad der Abgasanlage verglichen, bei dem der OBD-Grenzwert im definierten Fahrprofil gerade überschritten wird. Ist der gemessene Wirkungsgrad niedriger, liegt ein defekter Filter vor.
Bei diesem bekannten Verfahren kann eine Offset-Toleranz in der gemessenen Partikelkonzentration (Rußkonzentration) das Ergebnis der Filterwirkungsgradbestimmung verfälschen. Ein Offset in die positive Richtung führt dazu, dass der Filterwirkungsgrad zu niedrig bestimmt und ein intakter Filter als defekt eingestuft wird. Umgekehrt kann ein negativer Offset dazu führen, dass ein defekter Filter nicht als solcher erkannt wird.
Bisher sind keine Verfahren bekannt, um einen systematischen Offset-Fehler eines Partikelsensors (Rußsensors) zu erkennen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das hinsichtlich der Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Partikelfilters besonders exakte Ergebnisse liefert. Insbesondere soll hiermit ein systematischer Offset-Fehler (eine bleibende Abweichung) eines Partikelfilters bzw. eines für ein derartiges Verfahren verwendeten Partikelsensors erkannt werden.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art durch die folgenden Schritte gelöst:
Messen der Partikelkonzentration im Abgas stromab des Partikelfilters an einem ersten Betriebspunkt;
Ermitteln des Filterwirkungsgrades aus der gemessenen Partikelkonzentration und der modellierten Partikelkonzentration stromauf des Partikelfilters;
Wechseln des Betriebspunktes des Motors auf einen zweiten Betriebspunkt, so dass die Partikelemissionen stromauf des Partikelfilters stark ansteigen;
Messen der Partikelkonzentration im Abgas stromab des Partikelfilters am zweiten Betriebspunkt;
Ermitteln des Filterwirkungsgrades am zweiten Betriebspunkt analog zur Vorgehensweise am ersten Betriebspunkt;
Ermitteln der absoluten Differenz zwischen den Filterwirkungsgraden; und
Feststellen eines Offset-Fehlers,
wenn die absolute Differenz zwischen den Filterwirkungsgraden eine festgelegte Schwelle überschreitet.
Wie vorstehend erwähnt, ist der reale Filterwirkungsgrad unabhängig von der Partikelkonzentration stromauf des Partikelfilters. Das bedeutet, dass der aus der gemessenen Konzentration ermittelte Filterwirkungsgrad in einem toleranzfreien System bei niedrigen und hohen Konzentrationen stromauf identisch ist. Diese Eigenschaft macht sich die Erfindung zunutze, um eine Konzentrations-Offset-Erkennung zu ermöglichen. Die Auswirkungen des Offsets sind naturgemäß bei kleinen Konzentrationen am größten und nehmen mit zunehmender Konzentration ab. Bei sehr hohen Konzentrationen ist eine Offset-Abweichung nahezu vernachlässigbar. Das bedeutet, dass der ermittelte Filterwirkungsgrad asymptotisch auf den wahren Wert zuläuft. Daher deutet ein über die Konzentration variabler Wirkungsgrad auf einen Offset-Fehler hin.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt eine Bewertung der Änderungen des Filterwirkungsgrades während einer starken Änderung der Rohemissionen. Auf diese Weise ist eine Erkennung eines Offset-Fehlers in der Konzentrationsmessung möglich. Hierdurch können Fehldiagnosen in der Partikelfilterüberwachung bzw. Partikelfilterüberprüfung reduziert oder ausgeschlossen werden.
Für das Feststellen eines Offset-Fehlers finden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zwei Kriterien Verwendung, nämlich die Größe der absoluten Differenz zwischen den ermittelten Filterwirkungsgraden und der Unterschied zwischen den gemessenen Partikelkonzentrationen. Überschreitet die absolute Differenz zwischen den Filterwirkungsgraden eine festgelegte Schwelle, wird von einem Offset-Fehler ausgegangen, weil hier ein über die Konzentration variabler Wirkungsgrad vorliegt.
Vorzugsweise ist der erste Betriebspunkt ein solcher mit niedrigen Partikelemissionen.
Vor der Messung der Partikelkonzentrationen wird zweckmäßigerweise erfindungsgemäß eine Stabilisierungsphase vorgesehen.
Wenn ein Offset-Fehler aus der Differenz zwischen den Filterwirkungsgraden abgeleitet wird (Überschreiten einer Schwelle), kann abhängig vom Vorzeichen der Differenz zwischen den Filterwirkungsgraden bestimmt werden, ob ein positiver oder negativer Offset anliegt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise zur Ermittlung des Offsets eines zum Messen der Partikelkonzentration verwendeten Partikelsensors eingesetzt.
Das Verfahren wird insbesondere zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Rußfilters durchgeführt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Ablaufdiagram eines Verfahrens zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Partikelfilters.
Das Verfahren wird als On Board Diagnose an einem im Abgasstrang eines Dieselmotors angeordneten Rußfilter durchgeführt. Stromab des Rußfilters befindet sich ein Rußsensor zum Messen der Rußkonzentration im Abgas.
Zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Rußfilters wird in einem ersten Schritt (Schritt 1) die Rußkonzentration c_1 im Abgas stromab des Rußfilters an einem ersten Betriebspunkt gemessen. In einem zweiten Schritt (Schritt 2) wird der Wirkungsgrad eff_1 des Rußfilters aus der gemessenen Rußkonzentration und einer modellierten Rußkonzentration (Rußemissions-Modell) stromauf des Rußfilters ermittelt.
In Schritt 3 wird der Betriebspunkt des Motors gewechselt, so dass die Rußemissionen stromauf des Rußfilters stark ansteigen. Hierbei wird auf einen zweiten Betriebspunkt übergegangen. Es wird jetzt wiederum die Partikelkonzentration c_2 im Abgas stromab des Rußfilters gemessen, und zwar am gewählten zweiten Betriebspunkt (Schritt 4). Der Filterwirkungsgrad eff_2 am zweiten Betriebspunkt wird analog zur Vorgehensweise der am ersten Betriebspunkt ermittelt, so dass nunmehr zwei Filterwirkungsgrade eff_1 und eff_2 zur Verfügung stehen (Schritt 5).
Zwischen den beiden Filterwirkungsgraden wird nunmehr die absolute Differenz ermittelt (Schritt 6). Wenn die absolute Differenz zwischen den Filterwirkungsgraden eine festgelegte Schwelle überschreitet, wird ein Offset-Fehler festgestellt (Schritt 7). Durch Berücksichtigung dieses ermittelten Offset-Fehlers können dann Fehldiagnosen in der Rußfilter-Überwachung oder -Überprüfung reduziert oder ausgeschlossen werden.

Claims

Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugmotors angeordneten Partikelfilters mit den folgenden Schritten: Messen der Partikelkonzentration (c_1) im Abgas stromab des Partikelfilters an einem ersten Betriebspunkt; Ermitteln des Filterwirkungsgrades (eff_1) aus der gemessenen Partikelkonzentration (c_1) und der modellierten Partikelkonzentration stromauf des Partikelfilters; Wechseln des Betriebspunktes des Motors auf einen zweiten Betriebspunkt, so dass die Partikelemissionen stromauf des Partikelfilters stark ansteigen; Messen der Partikelkonzentration (c_2) im Abgas stromab des Partikelfilters am zweiten Betriebspunkt; Ermitteln des Filterwirkungsgrades (eff_2) am zweiten Betriebspunkt analog zur Vorgehensweise am ersten Betriebspunkt; Ermitteln der absoluten Differenz zwischen den Filterwirkungsgraden (eff_1 und eff_2); und Feststellen eines Offset-Fehlers, wenn die absolute Differenz zwischen den Filterwirkungsgraden (eff_1 und eff_2) eine festgelegte Schwelle überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Betriebspunkt ein solcher mit niedrigen Partikelemissionen ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Messung der Partikelkonzentration am ersten und zweiten Betriebspunkt eine Stabilisierungsphase vorgesehen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom Vorzeichen der Differenz zwischen den Filterwirkungsgraden (eff_1, eff_2) bestimmt wird, ob ein positiver oder negativer Offset anliegt.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Ermittlung des Offsets eines zum Messen der Partikelkonzentration verwendeten Partikelsensors eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Rußfilters durchgeführt wird.