DE102013206451A1 - Method for monitoring the filterability of a particulate filter - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Überwachung der Filterfähigkeit eines im Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges angeordneten Partikelfilters beschrieben. In einer ersten Diagnosephase wird ein Effizienzwert des Filters ermittelt und mit einem Erwartungswert verglichen. Bei Erreichen oder Unterschreiten des Erwartungswertes durch den Effizienzwert wird ein Fehlerverdacht gesetzt. Bei Setzen eines Fehlerverdachtes werden die Partikelemissionen im Abgas erhöht. Es wird dann eine zweite Diagnosephase analog zur ersten Diagnosephase durchgeführt. Dabei kann jetzt deutlich unterschieden werden, ob es sich um einen defekten oder einen intakten Filter handelt.A method is described for monitoring the filtering capability of a particulate filter arranged in the exhaust system of a motor vehicle. In a first diagnostic phase, an efficiency value of the filter is determined and compared with an expected value. If the efficiency value reaches or falls below the expected value, an error is suspected. If a fault is suspected, the particle emissions in the exhaust gas are increased. A second diagnostic phase is then carried out analogous to the first diagnostic phase. You can now clearly distinguish whether the filter is defective or intact.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Filterfähigkeit eines im Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges angeordneten Partikelfilters. The present invention relates to a method for monitoring the filterability of a particulate filter arranged in the exhaust system of a motor vehicle.
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 in den Abgasstrang von modernen PKW-Diesel-Motoren Partikelfilter eingebaut. Diese werden typischerweise als Wandstromfilter auf Basis von Keramikwerkstoffen ausgeführt. Der Gesetzgeber verlangt zudem, dass die Funktionstüchtigkeit des Filters während seines Betriebes („On Board Diagnose“) überwacht wird. Um diese Anforderung zu erfüllen, wird ein dem Partikelfilter nachgeschalteter Partikelsensor in den Abgasstrang eingebaut, um die Abgaskonzentration zu messen. The combustion of fuel in an internal combustion engine causes unwanted particles. Since these particles are harmful to health, the legislator has set emission limit values. In order to be able to comply with these particle limit values, particle filters are installed in particular in the exhaust gas system of modern passenger car diesel engines. These are typically designed as wall-flow filters based on ceramic materials. The legislator also requires that the functionality of the filter be monitored during its operation ("on-board diagnostics"). To meet this requirement, a particle sensor downstream of the particulate filter is installed in the exhaust line to measure the exhaust gas concentration.
Falls das Partikelfilter intakt ist, wird vom Partikelsensor nur eine geringe Partikelkonzentration im Abgas gemessen. Wenn das Filter jedoch geschädigt ist, misst der Partikelsensor eine abnorm hohe Partikelkonzentration im Abgas. Bei dieser Vorgehensweise besteht nunmehr die Problematik, unter allen Betriebsbedingungen des Systems sicher zwischen einem intakten und einem defekten Filter unterscheiden zu können. If the particulate filter is intact, only a small particle concentration in the exhaust gas is measured by the particulate sensor. However, if the filter is damaged, the particulate sensor measures an abnormally high particulate concentration in the exhaust gas. In this procedure, there is now the problem of being able to distinguish between an intact and a defective filter safely under all operating conditions of the system.
Bei derartigen Partikelfiltern handelt es sich insbesondere um Rußfilter, die in den Abgasstrang von Dieselmotoren eingebaut werden. Die zugehörigen Partikelsensoren sind dementsprechend Rußsensoren. Such particle filters are, in particular, soot filters, which are installed in the exhaust gas system of diesel engines. The associated particle sensors are accordingly soot sensors.
Um eine entsprechende Überwachung der Filterfähigkeit des Partikelfilters bzw. eine Zustandsbestimmung des Partikelfilters durchzuführen, ist es bekannt, mithilfe einer modellierten Motor-Partikel-Emission und der mithilfe eines Partikelsensors gemessenen Partikelkonzentration nach dem Partikelfilter die Filtereffizienz des Filters zu bestimmen. Der entsprechende ermittelte Filtereffizienzwert wird mit einem Erwartungswert verglichen. Der Erwartungswert prognostiziert die Filtereffizienz für einen defekten anzeigepflichtigen Partikelfilter. Bei einem Partikelfilter, der gerade die zulässigen Emissionen überschreitet, soll der Erwartungswert also exakt der anhand des Messsignals ermittelten Effizienz entsprechen. Wenn nunmehr die ermittelte Effizienz gleich dem Erwartungswert ist oder unter diesem liegt, ist der Partikelfilter geschädigt und kann als defekt erkannt werden. Die Bestimmung der Filtereffizienz wird hierbei nur in bestimmten Betriebspunkten durchgeführt, um die Streuungen zu reduzieren. In order to carry out a corresponding monitoring of the filterability of the particle filter or a state determination of the particle filter, it is known to determine the filter efficiency of the filter by means of a modeled engine particle emission and the particle concentration measured by means of a particle sensor after the particle filter. The corresponding determined filter efficiency value is compared with an expected value. The expected value predicts the filter efficiency for a defective reportable particulate filter. In the case of a particulate filter which just exceeds the permissible emissions, the expected value should thus correspond exactly to the efficiency determined on the basis of the measurement signal. Now, if the determined efficiency is equal to or below the expected value, the particulate filter is damaged and can be recognized as defective. The determination of the filter efficiency is carried out here only at certain operating points in order to reduce the scattering.
Ein defekter Partikelfilter ist dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelemissionen (eines Systems, in dem dieses Bauteil verbaut ist) im Abgastest einen Grenzwert überschreiten. Ein intakter Partikelfilter hingegen liegt knapp unterhalb dieses Grenzwertes. In der Praxis gibt es einen Graubereich zwischen den beiden Komponenten, da sowohl das Signal des Partikelsensors als auch das Rohemissions-Modell (modellierte MotorPartikel-Emission) Toleranzen unterliegt, so dass daher die Bestimmung der Filtereffizienz toleranzbehaftet ist. Speziell bei niedrigen Partikelemissionen sind die Toleranzen des Sensors und des Modells hoch. In typischen Applikationen sind für Betriebspunkte, welche im Abgastest angefahren werden, die Emissionen optimiert, d.h. auf einem niedrigen Niveau. Dadurch haben der Partikelsensor und das Modell eine höhere Ungenauigkeit in diesen Betriebspunkten. Nach heutigem Stand der Technik muss daher ein erheblicher Abstand zwischen einem intakten und einem defekten Partikelfilter liegen, damit diese bei der durchgeführten Überwachung zuverlässig voneinander unterschieden werden können. A defective particulate filter is characterized in that the particulate emissions (of a system in which this component is installed) exceed a limit in the exhaust gas test. An intact particulate filter, however, is just below this limit. In practice, there is a gray area between the two components, since both the signal of the particle sensor and the raw emission model (modeled engine particle emission) are subject to tolerances, so that the determination of the filter efficiency is tolerant. Especially with low particulate emissions, the tolerances of the sensor and the model are high. In typical applications, for operating points approached in the exhaust test, emissions are optimized, i. at a low level. As a result, the particle sensor and the model have a higher inaccuracy in these operating points. According to the current state of the art, therefore, there must be a considerable distance between an intact and a defective particle filter, so that they can be reliably distinguished from one another during the monitoring carried out.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, mit dem sich die Filterfähigkeit eines Partikelfilters besonders exakt überwachen lässt. Mit diesem Verfahren soll insbesondere die Genauigkeit der Zustandsbestimmung des Partikelfilters erhöht werden, ohne dabei die Emissionen erheblich ansteigen zu lassen. The present invention has for its object to provide a method of the type described above, with which the filterability of a particulate filter can be monitored very accurately. With this method, in particular the accuracy of the state determination of the particulate filter is to be increased, without causing the emissions to increase significantly.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art durch die folgenden Schritte gelöst:
Durchführen einer ersten Diagnosephase durch Ermitteln eines Effizienzwertes des Partikelfilters und Vergleichen desselben mit einem Erwartungswert;
bei Erreichen oder Unterschreiten des Erwartungswertes durch den Effizienzwert Setzen eines Fehlerverdachtes;
bei Setzen eines Fehlerverdachtes Erhöhen der Partikelemissionen im Abgas des zugehörigen Kraftfahrzeugmotors und hierdurch Verringerung der Streuung des ermittelten Filtereffizienzwertes; und
Durchführen einer zweiten Diagnosephase analog zur ersten Diagnosephase. This object is achieved in a method of the type indicated by the following steps:
Performing a first diagnostic phase by determining an efficiency value of the particulate filter and comparing it to an expected value;
upon reaching or falling below the expected value by the efficiency value setting a suspected error;
when suspecting a fault, increasing the particulate emissions in the exhaust gas of the associated motor vehicle engine and thereby reducing the dispersion of the determined filter efficiency value; and
Performing a second diagnostic phase analogous to the first diagnostic phase.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es, die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, insbesondere die Genauigkeit der Zustandsbestimmung des Partikelfilters zu erhöhen, ohne die Emissionen erheblich ansteigen zu lassen. Dazu wird erfindungsgemäß ein zweistufiges Verfahren vorgeschlagen. In der ersten Phase wird analog zu dem bekannten Verfahren der Effizienzwert des Partikelfilters ermittelt und mit einem Erwartungswert verglichen. Dieser Vergleich kann an Betriebspunkten mit einem niedrigen Partikelemissionsniveau durchgeführt werden. Falls der ermittelte Filtereffizienzwert den Erwartungswert erreicht oder unterschreitet, wird nicht direkt ein Fehler eingetragen, sondern erst ein Fehlerverdacht gesetzt. With the method according to the invention, it is possible to achieve the abovementioned object, in particular to increase the accuracy of the determination of the state of the particle filter, without causing the emissions to increase significantly. For this purpose, a two-stage process is proposed according to the invention. In the first phase, the efficiency value of the particulate filter is determined analogously to the known method and compared with an expected value. This comparison may be at operating points with a low particulate emission level be performed. If the determined filter efficiency value reaches or falls below the expected value, an error is not entered directly, but only a suspected error is set.
In der zweiten Phase werden nun durch geeignete Maßnahmen die Motorpartikelemissionen erhöht. Durch die erhöhten Motoremissionen steigen auch die Emissionen nach dem Partikelfilter, wodurch die Toleranzen des Signals kleiner werden. Die geringeren Toleranzen bewirken, dass die Streuung des ermittelten Filtereffizienzwertes reduziert werden kann. In diesem Bereich ist eine zuverlässige Unterscheidung zwischen einem intakten und einem defekten Partikelfilter möglich. In the second phase, the engine particle emissions are now increased by appropriate measures. The increased engine emissions also increase the emissions downstream of the particulate filter, which reduces the signal tolerances. The smaller tolerances mean that the dispersion of the determined filter efficiency value can be reduced. In this area a reliable distinction between an intact and a defective particle filter is possible.
Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in Bezug auf die Partikelkonzentration im Abgas ein Schwellenwert ermittelt, jenseits von dem eine zuverlässige Unterscheidung von unterschiedlichen Filtereffizienzwerten möglich ist. Dieser Schwellenwert entspricht dabei vorzugsweise einem Partikelkonzentrationswert, ab dem sich die Toleranzbänder der Filtereffizienzwerte für einen intakten und einen defekten Partikelfilter nicht mehr überlappen. In the method according to the invention, a threshold value is preferably determined with regard to the particle concentration in the exhaust gas, beyond which a reliable differentiation of different filter efficiency values is possible. This threshold value preferably corresponds to a particle concentration value above which the tolerance bands of the filter efficiency values for an intact and a defective particle filter no longer overlap.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden daher die Partikelemissionen im Abgas speziell so erhöht, dass die Partikelkonzentration im Abgas über dem ermittelten Schwellenwert liegt. In the method according to the invention, therefore, the particulate emissions in the exhaust gas are specially increased so that the particle concentration in the exhaust gas is above the determined threshold value.
Es hat sich gezeigt, dass sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders gute Ergebnisse erzielen lassen, wenn die Partikelemissionen im Abgas so erhöht werden, dass sich eine Partikelkonzentration von mehr als 10 mg/m3 im Abgas ergibt. In diesem Bereich ist eine zuverlässige Unterscheidung zwischen defekten und intakten Filtern möglich. Dies ist generell abhängig vom Emissions- und Filterwirkungsgrad und von dem Modell und den Sensortoleranzen. It has been found that particularly good results can be achieved with the method according to the invention if the particle emissions in the exhaust gas are increased so that a particle concentration of more than 10 mg / m 3 in the exhaust gas results. In this area a reliable distinction between defective and intact filters is possible. This is generally dependent on the emission and filter efficiency and on the model and sensor tolerances.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die erste Diagnosephase vorzugsweise an Betriebspunkten mit einem niedrigen Partikelemissionsniveau durchgeführt. Es gelingt daher, die Partikelemissionen auf einem niedrigen Niveau zu halten. Erst dann, wenn der Verdacht eines Fehlers besteht, werden die Partikelemissionen im Abgas erhöht. Eine solche Erhöhung findet daher nur in Ausnahmefällen statt, wenn ein begründeter Fehlerverdacht besteht. In the method according to the invention, the first diagnostic phase is preferably carried out at operating points with a low particle emission level. It is therefore possible to keep particulate emissions at a low level. Only then, if there is a suspicion of an error, the particulate emissions in the exhaust gas are increased. Such an increase therefore only takes place in exceptional cases, if a reasonable suspicion exists.
Das Erhöhen der Partikelemissionen im Abgas wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise durch Verstellung der Abgasführrate, Änderung der Einspritzdauer und/oder des Einspritzphasings durchgeführt. The increase of the particle emissions in the exhaust gas is carried out in the method according to the invention, for example by adjusting the Abgasführrate, changing the injection duration and / or the injection phase.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise zur Überwachung der Filterfähigkeit eines Rußfilters, speziell bei Dieselmotoren von Kraftfahrzeugen, eingesetzt. Die Partikelkonzentration im Abgas wird dabei vorzugsweise mithilfe eines dem Partikelfilter nachgeschalteten Partikelsensors ermittelt. The inventive method is preferably used for monitoring the filterability of a soot filter, especially in diesel engines of motor vehicles. The particle concentration in the exhaust gas is preferably determined by means of a particle sensor connected downstream of the particle filter.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, das als zweistufiges Verfahren ausgebildet ist, kann in jedem Fall die Emissionserhöhung auf den Fehlerverdachtsfall reduziert werden. Die Emissionen in einem System, in dem der Partikelfilter intakt ist, werden nicht beeinflusst. In the method according to the invention, which is designed as a two-stage process, the emission increase can in each case be reduced to the case of suspected error. The emissions in a system where the particulate filter is intact are not affected.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen: The invention will be explained below with reference to an embodiment in conjunction with the drawings in detail. Show it:
Falls nun in diesem Bereich 1 eine Filtereffizienz unterhalb des besten Wirkungsgrades (eff_pf_max_0,4) des defekten Filters gemessen wird, wird ein Fehlerverdacht gesetzt. Anschließend werden die Rohemissionen erhöht, und die Diagnose wird im Bereich 2 (rechts von der durchgezogenen vertikalen Linie) wiederholt. In diesem Bereich ist eine zuverlässige Unterscheidung beider Filter möglich. If a filter efficiency below the best efficiency (eff_pf_max_0,4) of the defective filter is measured in this
Im Einzelnen läuft dabei das Verfahren zur Überwachung der Filterfähigkeit des im Abgasstrang eines Dieselfahrzeuges angeordneten Rußfilters wie folgt ab:
Gemäß
According to
Danach wird dann analog zur ersten Diagnosephase eine zweite Diagnosephase durchgeführt. In Schritt
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