DE102017006400A1

DE102017006400A1 - Verfahren zum Beurteilen eines Zustands eines Partikelfilters und Abgasanlage für einen Kraftwagen

Info

Publication number: DE102017006400A1
Application number: DE102017006400.8A
Authority: DE
Inventors: Klaus Wunderlich; Werner Sauter; Rosario Pepe; Michael Oechsle; Judith Bähr; Julius Schwaab; Ramakrishnan Rajagopal
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2017-07-06
Filing date: 2017-07-06
Publication date: 2019-01-10
Also published as: CN110831687A; US10933363B2; WO2019007639A1; US20200155993A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beurteilen eines Zustands eines Partikelfilters (14) für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, bei welchem mittels eines Differenzdrucksensors (22) eine Differenz zwischen einem eingangsseitig des Partikelfilters (14) vorliegenden Druck und einem ausgangsseitig des Partikelfilters (14) vorliegenden Druck erfasst wird. Es wird die Differenz des Drucks beim Beurteilen des Zustands berücksichtigt. Des Weiteren wird mittels eines Relativdrucksensors (24) der ausgangsseitig des Partikelfilters (14) vorliegende Druck bezogen auf den Umgebungsdruck erfasst. Beim Beurteilen des Zustands des Partikelfilters (14) wird auch der mittels des Relativdrucksensors (24) erfasste Druck berücksichtigt. Eine Frequenz von Änderungen des Drucks und/oder eine Amplitudenlage des Drucks wird bewertet. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Abgasanlage (10) für einen Kraftwagen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Beurteilen eines Zustands eines Partikelfilters für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens. Hierbei wird mittels eines Differenzdrucksensors eine Differenz zwischen einem eingangsseitig des Partikelfilters vorliegenden Druck und einem ausgangsseitig des Partikelfilters vorliegenden Druck erfasst. Die Differenz des Drucks wird beim Beurteilen des Zustands berücksichtigt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Abgasanlage für einen Kraftwagen.
Die DE 10 2005 005 055 A1 beschreibt eine Störzustands-Detektoreinrichtung für eine Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine. Hierbei wird ein Differenzdrucksensor mit dem an einer Vorderseite und einer Rückseite eines Dieselpartikelfilters anstehenden Druck beaufschlagt. Anhand der Amplituden der Messwerte der Druckdifferenz wird beispielsweise festgestellt, ob in einer der zu dem Differenzdrucksensor führenden Leitungen ein Riss oder ein Bruch vorliegt.
Aus dem Stand der Technik ist es des Weiteren bekannt, über eine Druckmessung vor und nach dem Partikelfilter mithilfe eines Differenzdrucksensors neben der Durchführung einer Funktionsdiagnose des Partikelfilters den Beladungsgrad des Partikelfilters zu ermitteln. Denn anhand des Differenzdrucks kann einerseits auf das Maß der Beladung und andererseits auf einen Defekt des Partikelfilters rückgeschlossen werden. Hierbei ist es jedoch in der Regel erforderlich, die Verbrennungskraftmaschine mit einer hohen Motorlast und einer hohen Drehzahl zu betreiben, um ein ausreichend trennscharfes Signal zu erhalten. Derartige, für eine Diagnose oder eine Beladungserkennung erforderliche Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine werden im normalen Fahrbetrieb jedoch selten oder gar nicht erreicht.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein vereinfachtes und besonders zuverlässiges Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, sowie eine Abgasanlage mit einer Steuerungseinrichtung bereitzustellen, welche zur Durchführung eines solchen Verfahrens ausgebildet ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Abgasanlage mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Beurteilung des Zustands eines Partikelfilters für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens wird mittels eines Differenzdrucksensors eine Differenz zwischen einem eingangsseitig des Partikelfilters vorliegenden Druck und einem ausgangsseitig des Partikelfilters vorliegenden Druck erfasst. Die Differenz des Drucks wird beim Beurteilen des Zustands berücksichtigt. Des Weiteren wird mittels eines Relativdrucksensors der ausgangsseitig des Partikelfilters vorliegende Druck bezogen auf den Umgebungsdruck erfasst. Beim Beurteilen des Zustands des Partikelfilters wird auch der mittels des Relativdrucksensors erfasste Druck berücksichtigt. Der Zustand des Partikelfilters wird beurteilt, indem eine Frequenz von Änderungen des Drucks und/oder eine Amplitudenlage des Drucks bewertet wird. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Partikelfilter eine dämpfende und phasenverschiebende Rückwirkung auf das Drucksignal hat, welches ausgangsseitig des Partikelfilters erfasst wird. Des Weiteren ist der eingangsseitig und ausgangsseitig des Partikelfilters in der Abgasanlage vorliegende Druck nicht konstant. Vielmehr treten Druckstöße auf, welche darauf zurückzuführen sind, dass die jeweiligen Zylinder der Verbrennungskraftmaschine Abgas ausstoßen.
Anhand der Betrachtung des zeitlichen Verlaufs des Drucks, welcher mittels des Differenzdrucksensors erfasst wird, und des zeitlichen Verlaufs des Relativdrucks, welcher mittels des Relativdrucksensors erfasst wird, lassen sich daher auf besonders einfache und besonders zuverlässige Art und Weise Rückschlüsse auf den Zustand des Partikelfilters vornehmen. Dasselbe gilt für die Amplitudenlage, also für das zeitliche Auftreten von Druckstößen. Entsprechend ist ein vereinfachtes und besonders zuverlässiges Verfahren geschaffen. Zudem können die beiden Drucksignale in ihrem charakteristischen Verlauf miteinander verglichen werden, ohne dass hierfür besonders hohe Motorlasten und hohe Drehzahlen angefahren zu werden brauchen. Dadurch lässt sich die Diagnose beziehungsweise das Beurteilen des Zustands des Partikelfilters in einem Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine vornehmen, welcher im normalen Fahrbetrieb stets erreicht wird.
Vorteilhaft ist bei diesem Verfahren des Weiteren, dass die Signale von ohnehin vorhandenen beziehungsweise einfach und aufwandsarm bereitstellbaren Sensoren in Form des Differenzdrucksensors und des Relativdrucksensors zur Auswertung herangezogen werden, um den Zustand des Partikelfilters zu beurteilen. Zudem kann sichergestellt werden, dass jeder Nutzer des Kraftwagens regelmäßig die Verbrennungskraftmaschine in einem Diagnosefenster beziehungsweise Betriebsbereich fährt, in welchem die Beurteilung des Zustands des Partikelfilters möglich ist.
Vorzugsweise wird die Frequenz von mittels des Differenzdrucksensors und/oder mittels des Relativdrucksensors erfassten Änderungen des Drucks bewertet. Die Frequenz wird beim Beurteilen des Zustands des Partikelfilters berücksichtigt. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Frequenzbild beziehungsweise das Frequenzmuster (wie auch die Phasenlage) der einzelnen in der Abgasanlage auftretenden Druckstöße besonders einfach zur Beurteilung des Zustands des Partikelfilters herangezogen werden kann. Ist der Partikelfilter beziehungsweise die Abgasanlage in Ordnung, so hat nämlich das von dem Differenzdrucksensor gelieferte Signal die gleiche Frequenz wie das von dem Relativdrucksensor gelieferte Signal, wobei die Signale den erfassten Druck angeben. Treten jedoch Unterschiede in dem jeweils erfassten Frequenzmuster auf, so lässt dies einen Rückschluss auf den Zustand des Partikelfilters und/oder der Sensoren zu.
Zusätzlich oder alternativ wird die Amplitudenlage beim Beurteilen des Zustands des Partikelfilters berücksichtigt. Es kann nämlich ein Auftreten von Druckstößen, welche sich in mittels des Differenzdrucksensors zu einem jeweiligen Zeitpunkt erfassten Amplituden äußern, mit dem Auftreten von Druckstößen verglichen werden, welche sich in mittels des Relativdrucksensors zu einem jeweiligen Zeitpunkt erfassten Amplituden äußern. Tritt hierbei ein zu erwartender oder vorbestimmter zeitlicher Versatz zwischen einem jeweiligen Druckstoß zugeordneten Amplituden auf, also eine zu erwartende oder vorbestimmte unterschiedliche Amplitudenlage, so kann ebenfalls darauf geschlossen werden, dass der Partikelfilter in Ordnung ist. Zeigen sich jedoch Abweichungen von Amplitudenlagen, wie sie dann erwartet werden, wenn der Partikelfilter in Ordnung ist, so kann auf einen Fehler geschlossen werden.
Vorzugsweise wird auf eine Beschädigung oder ein Fehlen einer Filtereinrichtung des Partikelfilters geschlossen, wenn mittels des Differenzdrucksensors keine Änderungen des Drucks erfasst werden, wobei zugleich die mittels des Relativdrucksensors erfasste Frequenz die Änderungen des Relativdrucks anzeigt. Es kann nämlich beispielsweise vorkommen, dass in einem Gehäuse des Partikelfilters keine Filtereinrichtung eingebaut ist, die Filtereinrichtung also ausgebaut ist, oder dass die Filtereinrichtung derart beschädigt ist, dass das Abgas nicht durch die porösen Filterwände der Filtereinrichtung hindurchtritt. Der Differenzdrucksensor erfasst dann eingangsseitig des Partikelfilters und ausgangsseitig des Partikelfilters denselben Druck. Dementsprechend zeigt das von dem Differenzdrucksensor gelieferte Signal keine Amplitude beziehungsweise kein Frequenzmuster. Demgegenüber zeigt das von dem Relativdrucksensor erfasste Signal ein Frequenzmuster an. So kann sehr einfach ein Ausbau oder eine Beschädigung der Filtereinrichtung festgestellt werden.
Insbesondere bei aus dem Gehäuse des Partikelfilters ausgebauter Filtereinrichtung sind der Druckverlauf und die Frequenzlage an den Messstellen eingangsseitig und ausgangsseitig des Partikelfilters, also vor und nach dem Partikelfilter, gleich. Wird daher zur Bildung der Differenz der ausgangsseitig erfasste Druck von dem eingangsseitig erfassten Druck abgezogen, so ergibt sich durch die Subtraktion der beiden Drücke ein Differenzdrucksignal von Null. Demgegenüber lässt das von dem Relativdrucksensor gelieferte Signal weiterhin das Pulsieren des Drucks in der Abgasanlage erkennen, welches auf das periodische Ausstoßen von Abgas aus den Zylindern der Verbrennungskraftmaschine bei der jeweiligen Drehzahl zurückgeht. Durch einen Vergleich des von dem Differenzdrucksensor gelieferten Signals mit dem von dem Relativdrucksensor gelieferten Signal innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne kann somit auf das Fehlen der Filtereinrichtung des Partikelfilters geschlossen werden.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn auf einen Fehler einer Druckleitung geschlossen wird, welche von dem Differenzdrucksensor zu einer eingangsseitig des Partikelfilters vorhandenen Anschlussstelle für die Druckleitung führt, wenn mittels des Differenzdrucksensors und mittels des Relativdrucksensors jeweilige Frequenzen der Änderungen des Drucks erfasst werden, wobei die jeweiligen Frequenzen einander entgegengesetzte Amplituden aufweisen. Wenn nämlich zum Beispiel die Druckleitung von der eingangsseitigen Anschlussstelle abgefallen oder abgerissen ist, so ist das eingangsseitig des Partikelfilters mittels des Differenzdrucksensors erfasste Drucksignal gleich Null. Der Relativdrucksensor erfasst hingegen die Änderungen des Drucks ausgangsseitig des Partikelfilters mit der Frequenz, welche auf das Ausstoßen des Abgases aus den einzelnen Zylindern der Verbrennungskraftmaschine zurückzuführen ist.
Wird nun von dem mittels des Differenzdrucksensors erfassten eingangsseitigen Drucksignal das mittels des Differenzdrucksensors ausgangsseitig erfasste Drucksignal abgezogen, so ergibt sich ein Phasenversatz von 180 Grad zu dem Drucksignal, welches mit dem Relativdrucksensor erfasst wird. Eine Subtraktion des von dem Differenzdrucksensor gelieferten Signals und des von dem Relativdrucksensor gelieferten Signals ergibt dann ebenfalls Null. Durch Betrachtung beziehungsweise Auswertung der entsprechenden, von dem Differenzdrucksensor einerseits und von dem Relativdrucksensor andererseits gelieferten Frequenzmuster kann so sehr einfach auf den Fehler der zur eingangsseitig des Partikelfilters liegenden Anschlussstelle führenden Druckleitung geschlossen werden.
Vorzugsweise wird auf einen Fehler einer Druckleitung geschlossen, welche von dem Differenzdrucksensor zu einer ausgangsseitig des Partikelfilters vorhandenen Anschlussstelle für die Druckleitung führt, wenn mittels des Relativdrucksensors keine Änderungen des Relativdrucks erfasst werden, wobei zugleich die mittels des Differenzdrucksensors erfasste Frequenz die Änderungen des Drucks anzeigt. Wenn nämlich beispielsweise die zu der ausgangsseitigen Anschlussstelle führende Druckleitung von einer Abgasleitung der Abgasanlage abgefallen oder abgerissen ist, so liefert der Relativdrucksensor kein Amplituden aufweisendes Signal beziehungsweise kein Frequenzmuster, sondern ein im Wesentlichen konstantes Signal. Demgegenüber zeigt das von dem Differenzdrucksensor erfasste Signal die Frequenz, mit welcher in der Abgasanlage aufgrund des Ausstoßens des Abgases durch die Zylinder der Verbrennungskraftmaschine Druckstöße vorliegen. Auch hier kann aus dem Vergleich der von dem Differenzdrucksensor einerseits und von dem Relativdrucksensor anderseits gelieferten Signale sehr leicht auf den Fehler der zur Ausgangsseite des Partikelfilters führenden Druckleitung geschlossen werden.
Des Weiteren kann auf einen Fehler des Differenzdrucksensors und/oder des Relativdrucksensors geschlossen werden, wenn ein mittels des Differenzdrucksensors und/oder des Relativdrucksensors erfasstes Muster der Frequenz von einem aufgrund des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine erwarteten Muster der Frequenz der Änderungen des Drucks verschieden ist. Wenn der Differenzdrucksensor beziehungsweise der Relativdrucksensor in Ordnung sind, so kann das von dem Differenzdrucksensor beziehungsweise dem Relativdrucksensor gelieferte Signal einer Motorordnung, also einer Ordnung der Verbrennungskraftmaschine, zugeordnet werden. Die Frequenz hängt nämlich von der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine ab. So entspricht etwa eine relevante Motorordnung der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine mal einem Faktor von 0,5 (bei einem Viertakt-Arbeitsverfahren der Verbrennungskraftmaschine) mal der Anzahl der Zylinder, welche den Partikelfilter mit Abgas beaufschlagen. Ist die Anzahl der in der Abgasanlage pro Minute von den Sensoren erfassten Druckstöße im Wesentlichen gleich dem so ermittelten Wert, so kann das Frequenzbild der berechneten Motorordnung zugeordnet werden. Entspricht also das Frequenzbild beziehungsweise das Muster der Frequenz dem erwarteten Muster bei der jeweiligen Motordrehzahl, so kann davon ausgegangen werden, dass der jeweilige Sensor in Ordnung ist.
Zur Analyse des Signals kann eine diskrete Fourier-Transformation (DFT), insbesondere eine schnelle Fourier-Transformation (FFT), verwendet werden. Ergibt sich hierbei ein niedriges Signal-Rausch-Verhältnis, beziehungsweise nimmt das Frequenzbild oder das Muster der Frequenz alle Motorfrequenzen wahr, so kann auf eine Beschädigung beziehungsweise einen Fehler des jeweiligen Sensors geschlossen werden.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn basierend auf der mittels des Differenzdrucksensors und/oder des Relativdrucksensors erfassten Frequenz eine Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine bestimmt wird, und die bestimmte Drehzahl mit einer gemessenen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine verglichen wird. Auf diese Weise kann sehr einfach festgestellt werden, ob die mittels des Differenzdrucksensors und/oder des Relativdrucksensors erfasste Frequenz im Einklang mit der bei der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine zu erwartenden Frequenz ist. Dementsprechend kann die mittels des Differenzdrucksensors beziehungsweise des Relativdrucksensors erfasste Frequenz im Hinblick auf ihre Plausibilität kontrolliert werden. Dies dient einer Qualitätskontrolle. Des Weiteren kann ein solcher Vergleich der bestimmten Drehzahl mit der gemessenen Drehzahl zum Erkennen eines Defekts des Differenzdrucksensors beziehungsweise des Relativdrucksensors herangezogen werden.
Vorzugsweise wird anhand einer Veränderung des mittels des Differenzdrucksensors erfassten Drucks bezogen auf den mittels des Relativdrucksensors erfassten Druck eine Beladung des Partikelfilters bestimmt. Denn mit zunehmender Beladung des Partikelfilters verändert sich das Verhältnis von dem Differenzdrucksignal zu dem Relativdrucksignal. Die Amplitude des Differenzdrucksignals steigt nämlich mit zunehmender Beladung des Partikelfilters an, während das Signal des Relativdrucksensors im Wesentlichen konstant bleibt oder sogar abnimmt. Die Amplitude des Differenzdrucksignals steigt hierbei bis zu einem Grenzwert für eine maximale Beladung des Partikelfilters in Abhängigkeit von der Last der Verbrennungskraftmaschine und bezogen auf die jeweilige Motordrehzahl an. Durch einen Vergleich des mittels des Differenzdrucksensors erfassten Drucks mit dem mittels des Relativdrucksensors erfassten Druck kann daher die Beladung des Partikelfilters sehr einfach bestimmt werden.
Vorzugsweise wird der Zustand des Partikelfilters bestimmt, während die Verbrennungskraftmaschine mit wenigstens einer Drehzahl aus einem Drehzahlbereich betrieben wird, welcher von einer Leerlaufdrehzahl bis zu einer bezogen auf eine maximal zulässige Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine mittleren Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine reicht. Insbesondere im leerlaufnahen Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine liegen nämlich vergleichsweise wenige Ausstöße an Abgas aus den einzelnen Zylindern der Verbrennungskraftmaschine pro Zeiteinheit vor. Dementsprechend liegen die Druckstöße zeitlich vergleichsweise weit auseinander. Dies erleichtert die messtechnische Erfassung des Drucks als Funktion der Zeit mittels des Differenzdrucksensors beziehungsweise mittels des Relativdrucksensors.
Des Weiteren wird der Zustand des Partikelfilters bevorzugt bestimmt, während die Verbrennungskraftmaschine mit einem späten Zündzeitpunkt betrieben wird. Denn dadurch besitzt das Abgas eine hohe Impulshaltigkeit, es kommt also zu einem besonders stark pulsierenden Abgasmassenstrom. Dementsprechend haben die einzelnen Druckstöße, welche auf das Ausstoßen von Abgas der Zylinder der Verbrennungskraftmaschine zurückzuführen sind, hohe Amplituden. Dadurch kann der zeitliche Verlauf des Drucks besonders gut erfasst werden, und Frequenzmuster bei der Änderung des Drucks besonders sind einfach ersichtlich. Insbesondere ist somit der Warmlauf der Verbrennungskraftmaschine im leerlaufnahen Betriebsbereich mit entsprechend später Zündzeitpunktlage besonders gut für das Beurteilen des Zustands des Partikelfilters durch die Auswertung des von dem Differenzdrucksensor einerseits und von dem Relativdrucksensor andererseits gelieferten Drucksignals geeignet.
Die erfindungsgemäße Abgasanlage für einen Kraftwagen umfasst einen Partikelfilter, welchem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftwagens zugeführt werden kann. Eine Steuerungseinrichtung dient dem Beurteilen eines Zustands des Partikelfilters. Mittels eines Differenzdrucksensors ist eine Differenz zwischen einem eingangsseitig des Partikelfilters vorliegenden Druck und einem ausgangsseitig des Partikelfilters vorliegenden Druck erfassbar. Die Steuerungseinrichtung ist dazu ausgebildet, die Differenz des Drucks bei der Beurteilung des Zustands zu berücksichtigen. Die Abgasanlage umfasst einen Relativdrucksensor, mittels welchem der ausgangsseitig des Partikelfilters vorliegende Druck bezogen auf den Umgebungsdruck erfassbar ist. Die Steuerungseinrichtung ist des Weiteren dazu ausgebildet, beim Beurteilen des Zustands des Partikelfilters auch den mittels des Relativdrucksensors erfassten Druck zu berücksichtigen und dazu, eine Frequenz von Änderungen des Drucks und/oder eine Amplitudenlage des Drucks zu bewerten. Die Steuerungseinrichtung der Abgasanlage ist somit zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet.
Insbesondere ist die Steuerungseinrichtung dazu in der Lage, die von dem Differenzdrucksensor und von dem Relativdrucksensor gelieferten Sensorsignale im Rahmen von Diagnosen zu bewerten sowie die Bewertungen im Hinblick auf die Motordrehzahl, also die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine zu plausibilisieren.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für die erfindungsgemäße Abgasanlage und umgekehrt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigen:

1 stark schematisiert und ausschnittsweise eine Abgasanlage eines Kraftwagens, wobei mittels eines Differenzdrucksensors und mittels eines Relativdrucksensors Drücke stromaufwärts beziehungsweise stromabwärts eines Partikelfilters erfasst werden;
2 den zeitlichen Verlauf des von dem Differenzdrucksensor und von dem Relativdrucksensor gelieferten Signals bei aus einem Gehäuse des Partikelfilters ausgebauter Filtereinrichtung des Partikelfilters;
3 das von dem Differenzdrucksensor und von dem Relativdrucksensor gelieferte Signal in einem Fall, in welchem eine Druckleitung stromaufwärts des Partikelfilters nicht an eine Abgasleitung der Abgasanlage angeschlossen ist;
4 das von dem Differenzdrucksensor und von dem Relativdrucksensor gelieferte Signal in einem Fall, in welchem eine Druckleitung stromabwärts des Partikelfilters nicht an die Abgasleitung der Abgasanlage angeschlossen ist;
5 ein von dem Differenzdrucksensor und ein von dem Relativdrucksensor geliefertes Frequenzbild bei funktionstüchtigem Sensor; und
6 ein von dem Differenzdrucksensor und ein von dem Relativdrucksensor geliefertes Frequenzbild bei beschädigtem Sensor.

Von einer Abgasanlage 10 eines Kraftwagens ist in 1 stark schematisiert ein Ausschnitt gezeigt. Die Abgasanlage 10 umfasst eine Abgasleitung 12, über welche Abgas einer (nicht gezeigten) Verbrennungskraftmaschine des Kraftwagens einem Partikelfilter 14 zugeführt wird. Der Partikelfilter 14 umfasst ein Gehäuse 16 und eine in dem Gehäuse 16 angeordnete Filtereinrichtung 18. Die in 1 gezeigten Komponenten der Abgasanlage 10 sind lediglich schematisch dargestellt und geben nicht die tatsächlichen Größenverhältnisse der dargestellten Komponenten relativ zueinander an.
Vorliegend wird mittels einer Steuerungseinrichtung 20 etwa in Form eines Steuergeräts der Zustand des Partikelfilters 14 beurteilt. Hierfür werden der Steuerungseinrichtung 20 Messwerte zugeführt, welche von einem Differenzdrucksensor 22 und von einem Relativdrucksensor 24 erfasst werden. Eine erste Kammer 26 des Differenzdrucksensors 22 ist über eine erste Druckleitung 28 mit einer Eingangsseite des Partikelfilters 14 fluidisch verbunden. Hierfür ist die erste Druckleitung 28 an einer eingangsseitig des Partikelfilters 14 vorhandenen Anschlussstelle 30 an die Abgasleitung 12 angeschlossen.
In analoger Weise ist eine zweite Kammer 32 des Differenzdrucksensors 22 über eine zweite Druckleitung 34 ausgangsseitig mit dem Partikelfilter 14 verbunden. Dementsprechend ist die zweite Druckleitung 34 ausgangsseitig des Partikelfilters 14 an die Abgasleitung 12 angeschlossen, und zwar an einer weiteren Anschlussstelle 36. Die Kammern 26, 32 sind über eine Kammertrennwand 38 voneinander getrennt. In Abhängigkeit von den in den Kammern 26, 32 herrschenden Drücken wird der Differenzdruck beziehungsweise die Differenz zwischen dem eingangsseitig des Partikelfilters 14 vorliegenden Druck und dem ausgangsseitig des Partikelfilters 14 vorliegenden Druck erfasst. Der Relativdrucksensor 24 erfasst den ausgangsseitig des Partikelfilters 14 vorliegenden Druck bezogen auf den Umgebungsdruck.
Das von der Steuerungseinrichtung 20 auszuwertende Differenzdrucksignal ist also gebildet aus den Relativdrücken vor dem Partikelfilter 14 und nach dem Partikelfilter 14, bei welchem es sich insbesondere um einen Ottopartikelfilter, also einem Partikelfilter für mit Benzin betriebene Ottomotoren handeln kann. Der Partikelfilter 14 kann jedoch auch als Dieselpartikelfilter ausgebildet sein. Auch das nach dem beziehungsweise stromabwärts des Partikelfilters 14 vorliegende und mittels des Relativdrucksensors 24 erfasste Relativdrucksignal wird von der Steuerungseinrichtung 20 ausgewertet.
Vorliegend werden das Frequenzbild und die Phasenlage der von dem Differenzdrucksensor 22 und dem Relativdrucksensor 24 erfassten Drücke ausgewertet, um den Zustand des Partikelfilters 14 zu beurteilen. Beispielsweise kann darauf geschlossen werden, dass der Partikelfilter 14 in Ordnung ist, wenn das Differenzdrucksignal die gleiche Frequenz hat wie das Relativdrucksignal, welches stromabwärts des Partikelfilters 14 mittels des Relativdrucksensors 24 erfasst wird. Zudem verändert sich mit zunehmender Beladung des Partikelfilters 14 das Verhältnis aus Differenzdrucksignal und Relativdrucksignal. Denn die Amplitude des Differenzdrucksignals steigt bis zu einem Grenzwert für eine maximale Beladung des Partikelfilters 14 an. Demgegenüber bleibt der stromabwärts des Partikelfilters 14 erfasste Relativdruck im Wesentlichen konstant, oder der Relativdruck verringert sich. Dementsprechend steigt das Verhältnis mit zunehmender Beladung des Partikelfilters 14 an. Vorzugsweise wird dann, wenn ein Grenzwert oder vorbestimmter Schwellenwert des Verhältnisses erreicht wird, eine Regeneration des Partikelfilters 14 durchgeführt.
2 veranschaulicht nun einen Fall, anhand dessen darauf geschlossen werden kann, dass die Filtereinrichtung 18, welche im Betrieb der Abgasanlage 10 von dem Abgas durchströmt wird und hierbei die Partikel aus dem Abgas entfernt, aus dem Gehäuse 16 ausgebaut ist. In 2 veranschaulicht eine erste Kurve 40 das von dem Differenzdrucksensor 22 gelieferte Signal. Dieses Drucksignal zeigt keine Amplitude beziehungsweise kein Frequenzmuster. Eine weitere Kurve 42 veranschaulicht das von dem Relativdrucksensor 24 gelieferte Signal. Hierbei sind in der Kurve 42 aufeinanderfolgende Änderungen des Drucks beziehungsweise mit einer bestimmten Frequenz erfolgende Druckstöße erkennbar. Diese Druckstöße sind auf das Ausstoßen von Abgas aus den Zylindern der Verbrennungskraftmaschine zurückzuführen. Bei ausgebauter Filtereinrichtung 18 erfasst der Differenzdrucksensor 22 gleichzeitig denselben Druck eingangsseitig des Partikelfilters 14 und ausgangsseitig des Partikelfilters 14. Durch die Subtraktion der erfassten Drücke wird das Differenzdrucksignal Null, sodass die Kurve 40 im Wesentlichen gerade verläuft.
Die Ordinate in 2 ist eine Zeitachse 46. Eine Auswertung der über die Zeitachse 46 aufgetragenen Drücke ergibt folgende Aussage: Da der Relativdrucksensor 24 das pulsierende Drucksignal sieht beziehungsweise liefert, lässt sich durch Berücksichtigen des von dem Differenzdrucksensor 22 gelieferten Drucks als Funktion der Zeit (Kurve 40) und des von dem Relativdrucksensor 24 gelieferten Drucks als Funktion der Zeit (Kurve 42) darauf schließen, dass die Filtereinrichtung 18 aus dem Gehäuse 16 ausgebaut ist.
Anhand von 3 lässt sich eine Situation veranschaulichen, in welcher die Steuerungseinrichtung 20 beim Beurteilen des Zustands des Partikelfilters 14 feststellt, dass die erste Druckleitung 28 nicht mehr an der Anschlussstelle 30 an die Abgasleitung 12 angeschlossen ist. Es kann beispielsweise die Druckleitung 28 von der Abgasleitung 12 abgefallen sein.
In 3 veranschaulicht wiederum eine Kurve 48 das Differenzdrucksignal, also den zeitlichen Verlauf des mittels des Differenzdrucksensors 22 erfassten Drucks. Der Differenzdruck wird durch Subtraktion des Drucks stromaufwärts des Partikelfilters 14, also des in der Kammer 26 herrschenden Drucks, und des stromabwärts des Partikelfilters 14 erfassten Drucks, also des in der Kammer 32 herrschenden Drucks, gebildet. Hierbei wird von dem Druck in der Kammer 26 der Druck in der Kammer 32 abgezogen.
Das Drucksignal stromaufwärts des Partikelfilters 14 ist jedoch in der in 3 gezeigten Situation Null. Dadurch zeigt zwar die Kurve 48 ein bestimmtes Frequenzmuster mit einzelnen Druckstößen. Jedoch ist dieses Drucksignal um 180 Grad in der Phase versetzt zu dem Drucksignal, welches von dem Relativdrucksensor 24 geliefert wird und welches in 3 durch eine weitere Kurve 50 veranschaulicht ist. Durch Subtraktion des Relativdrucksignals von dem Differenzdrucksignal ergibt sich eine ebenfalls in 3 dargestellte, im Wesentlichen konstante Kurve 52.
In 4 ist der Fall graphisch veranschaulicht, in welchem die zweite Druckleitung 34 von der Abgasleitung 12 abgefallen ist, in welchem also die zweite Druckleitung 34 nicht mehr an der Anschlussstelle 36 an die Abgasleitung 12 angeschlossen ist. Hier veranschaulicht eine Kurve 56 das von dem Differenzdrucksensor 22 gelieferte Drucksignal, welches die Änderungen des Drucks als Funktion der Zeit mit einer bestimmten Frequenz angibt. Demgegenüber liefert der Relativdrucksensor 24 ein konstantes Signal, welches in 4 durch eine weitere, konstante Kurve 58 veranschaulicht ist.
Durch Auswertung des von dem Differenzdrucksensor 22 und dem Relativdrucksensor 24 jeweils gelieferten Signals lässt sich jedoch auch feststellen, ob einer dieser Sensoren beschädigt ist. Beispielsweise ist in einer in 5 linken Darstellung eine Kurve 62 gezeigt, bei welcher die Frequenz einer Motorordnung entsprechend der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine zugeordnet werden kann. Denn in der Kurve 62, welche das von dem Differenzdrucksensor 22 gelieferte Signal angibt, sind klar voneinander abgegrenzte Druckstöße erkennbar. In analoger Weise liefert der Relativdrucksensor 24 ein Frequenzbild, welches in der in 5 rechten Darstellung durch eine weitere Kurve 64 veranschaulicht ist. Auch hier sind die einzelnen Druckstöße den Pulsationen im Abgas zuordenbar, welche von dem Ausstoßen des Abgases durch die einzelnen Zylinder der Verbrennungskraftmaschine bei der jeweiligen Drehzahl oder Motordrehzahl herrühren.
Demgegenüber veranschaulichen eine in der linken Darstellung von 6 dargestellte Kurve 66 und eine in der rechten Darstellung von 6 gezeigte weitere Kurve 68 das jeweilige Signal eines beschädigten Differenzdrucksensors 22 (linke Darstellung) und eines beschädigten Relativdrucksensors 24 (rechte Darstellung). Hier tritt ein niedriges Signal-Rausch-Verhältnis auf, und das jeweilige Frequenzbild folgt keiner Motorordnung entsprechend der Motordrehzahl. Vielmehr nimmt das Frequenzbild sämtliche Motorfrequenzen wahr, ohne dass die Signale den Pulsationen des Abgases, also den von den Zylindern der Verbrennungskraftmaschine vorgenommenen Ausstößen des Abgases zugeordnet werden könnten.
Wenn die Sensoren hingegen in Ordnung sind, dann sind die beobachteten Pulsationen beziehungsweise Druckstöße, welche in der Abgasleitung 12 auftreten, auf das Ausstoßen von Abgas eines jeden Zylinders der Verbrennungskraftmaschine zurückzuführen. Hierbei entspricht die Frequenz der Drehzahl des Motors (in Umdrehungen pro Minute) geteilt durch 60 mal der Anzahl der Zylinder, welche pro Umdrehung des Motors Abgas ausstoßen, welches dem Partikelfilter 14 zugeführt wird.
Anhand dieses Zusammenhangs kann die Plausibilität der von dem Differenzdrucksensor 22 beziehungsweise dem Relativdrucksensor 24 erfassten Frequenzen überprüft werden. Denn es kann anhand der beobachteten Frequenz die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine bestimmt beziehungsweise berechnet werden. Wenn dieses Berechnungsergebnis mit der etwa mittels eines Drehzahlsensors gemessenen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine übereinstimmt, so lässt dies die Aussage zu, dass das von dem Differenzdrucksensor 22 beziehungsweise dem Relativdrucksensor 24 gelieferte Signal oder Frequenzbild realistisch ist.
Bezugszeichenliste

10: Abgasanlage
12: Abgasleitung
14: Partikelfilter
16: Gehäuse
18: Filtereinrichtung
20: Steuerungseinrichtung
22: Differenzdrucksensor
24: Relativdrucksensor
26: Kammer
28: Druckleitung
30: Anschlussstelle
32: Kammer
34: Druckleitung
36: Anschlussstelle
38: Kammertrennwand
40: Kurve
42: Kurve
46: Zeitachse
48: Kurve
50: Kurve
52: Kurve
56: Kurve
58: Kurve
62: Kurve
64: Kurve
66: Kurve
68: Kurve

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005005055 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Beurteilen eines Zustands eines Partikelfilters (14) für eine Verbrennungskraftmaschine eines Kraftwagens, bei welchem mittels eines Differenzdrucksensors (22) eine Differenz zwischen einem eingangsseitig des Partikelfilters (14) vorliegenden Druck und einem ausgangsseitig des Partikelfilters (14) vorliegenden Druck erfasst wird, und bei welchem die Differenz des Drucks beim Beurteilen des Zustands berücksichtigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines Relativdrucksensors (24) der ausgangsseitig des Partikelfilters (14) vorliegende Druck bezogen auf den Umgebungsdruck erfasst und beim Beurteilen des Zustands des Partikelfilters (14) auch der mittels des Relativdrucksensors (24) erfasste Druck berücksichtigt wird, wobei eine Frequenz von Änderungen des Drucks und/oder eine Amplitudenlage des Drucks bewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Frequenz von mittels des Differenzdrucksensors (22) und/oder mittels des Relativdrucksensors (24) erfassten Änderungen des Drucks bewertet wird, wobei die Frequenz und/oder die Amplitudenlage beim Beurteilen des Zustands berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine Beschädigung oder ein Fehlen einer Filtereinrichtung (18) des Partikelfilters (14) geschlossen wird, wenn mittels des Differenzdrucksensors (22) keine Änderungen des Drucks erfasst werden, wobei zugleich die mittels des Relativdrucksensors (24) erfasste Frequenz die Änderungen des Relativdrucks anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen Fehler einer Druckleitung (28) geschlossen wird, welche von dem Differenzdrucksensor (22) zu einer eingangsseitig des Partikelfilters (14) vorhandenen Anschlussstelle (30) für die Druckleitung (28) führt, wenn mittels des Differenzdrucksensors (22) und mittels des Relativdrucksensors (24) jeweilige Frequenzen der Änderungen des Drucks erfasst werden, welche einander entgegengesetzte Amplituden aufweisen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen Fehler einer Druckleitung (34) geschlossen wird, welche von dem Differenzdrucksensor (22) zu einer ausgangsseitig des Partikelfilters (14) vorhandenen Anschlussstelle (36) für die Druckleitung (34) führt, wenn mittels des Relativdrucksensors (24) keine Änderungen des Relativdrucks erfasst werden, wobei zugleich die mittels des Differenzdrucksensors (22) erfasste Frequenz die Änderungen des Drucks anzeigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf einen Fehler des Differenzdrucksensors (22) und/oder des Relativdrucksensors (24) geschlossen wird, wenn ein mittels des Differenzdrucksensors (22) und/oder mittels des Relativdrucksensors (24) erfasstes Muster der Frequenz von einem aufgrund des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine erwarteten Muster der Frequenz der Änderungen des Drucks verschieden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf der mittels des Differenzdrucksensors (22) und/oder des Relativdrucksensors (24) erfassten Frequenz eine Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine bestimmt wird, und die bestimmte Drehzahl mit einer gemessenen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine verglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass anhand einer Veränderung des mittels des Differenzdrucksensors (22) erfassten Drucks bezogen auf den mittels des Relativdrucksensors (24) erfassten Druck eine Beladung des Partikelfilters (14) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustand des Partikelfilters (14) bestimmt wird, während die Verbrennungskraftmaschine mit einem späten Zündzeitpunkt und/ mit wenigstens einer Drehzahl aus einem Drehzahlbereich betrieben wird, welcher von einer Leerlaufdrehzahl bis zu einer bezogen auf eine maximal zulässige Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine mittleren Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine reicht.
Abgasanlage für einen Kraftwagen, mit einem Partikelfilter (14), welchem Abgas einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftwagens zuführbar ist, mit einer Steuerungseinrichtung (20) zum Beurteilen eines Zustands des Partikelfilters (14), und mit einem Differenzdrucksensor (22), mittels welchem eine Differenz zwischen einem eingangsseitig des Partikelfilters (14) vorliegenden Druck und einem ausgangsseitig des Partikelfilters (14) vorliegenden Druck erfassbar ist, wobei die Steuerungseinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, die Differenz des Drucks beim Beurteilen des Zustands zu berücksichtigen, dadurch gekennzeichnet, dass die Abgasanlage (10) einen Relativdrucksensor (24) umfasst, mittels welchem der ausgangsseitig des Partikelfilters (14) vorliegende Druck bezogen auf den Umgebungsdruck erfassbar ist, wobei die Steuerungseinrichtung (20) dazu ausgebildet ist, beim Beurteilen des Zustands des Partikelfilters (14) auch den mittels des Relativdrucksensors (24) erfassten Druck zu berücksichtigen, und dazu, eine Frequenz von Änderungen des Drucks und/oder eine Amplitudenlage des Drucks zu bewerten.