DE19933774A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ermitteln der Beladung eines Abgasfilters - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Beladung eines Filters, insbesondere eines Partikelfilters, im Abgasstrang von Fahrzeugen, bei dem der Druck im Abgasstrang vor dem Filter gemessen wird, wobei die Masse der angesaugten Luft gemessen wird und aus dem Druck im Abgasstrang und der Masse der angesaugten Luft die Beladung des Filters ermittelt wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, mit einem Drucksensor, mit welchem der Druck vor einem Filter im Abgasstrang eines Fahrzeugs meßbar ist, und einem Luftmassenmesser, mit welchem die Masse der von einem Motor angesaugten Luft meßbar ist, wobei der Luftmassenmesser und der Drucksensor mit einer Rechnereinheit verbunden sind, in welcher die Beladung des Filters ermittelbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Be­ ladung eines Filters, insbesondere eines Partikelfilters, im Abgasstrang von Fahrzeugen, bei dem der Druck im Abgas­ strang vor dem Filter gemessen wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung mit einem Drucksensor, mit welchem der Druck vor einem Filter im Abgasstrang eines Fahrzeugs meßbar ist.

Bei Abgasfiltern, insbesondere bei Partikelfiltern, mit welchen feste Bestandteile, wie z. B. Ruß, aus dem Abgas entfernt werden, besteht das grundsätzliche Problem, daß die Filter mit der Zeit von den Feststoffen zugesetzt wer­ den. Dabei entsteht im Abgasstrang ein erhöhter Abgasgegen­ druck, welcher das komplexe Wechselspiel zwischen dem Motor und der Abgasanlage ungünstig beeinflussen kann und den Treibstoffverbrauch erhöht.

Andererseits bietet der erhöhte Abgasgegendruck aber auch die Möglichkeit, über eine Druckmessung an geeigneter Stel­ le auf einen erhöhten Beladungsgrad des Filters rückzu­ schließen und sodann geeignete Gegenmaßnahmen zu ergreifen, etwa eine Regeneration des Filters, sei sie aktiv oder pas­ siv. Diese grundsätzliche Möglichkeit scheitert in der Pra­ xis jedoch daran, daß der Abgasgegendruck nicht allein von der Beladung des Filters beeinflußt wird, sondern ebenfalls von weiteren wechselnden Betriebszuständen des gesamten Fahrzeugantriebssystems beeinflußt werden kann. Bei diesen Betriebszuständen handelt es sich nicht nur um die Drehzahl und um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs, vielmehr können zahlreiche andere Parameter, welche insbesondere mit dem Lastzustand des Fahrzeugs zusammenhängen, den Abgasgegen­ druck beeinflussen. Mit anderen Worten: ein erhöhter Abgas­ gegendruck bedeutet nicht zwingend, daß der Beladungsgrad des Filters in einem Maß erhöht ist, welches bereits etwa eine Regeneration des Filters erforderlich macht.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, so daß die Beladung des Filters zuverlässig ermittelt werden kann. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der Ansprüche 1 und 10 gelöst.

Das Verfahren baut auf dem Stand der Technik dadurch auf, daß die Masse der angesaugten Luft gemessen wird und daß aus dem Druck im Abgasstrang und der Masse der ange­ saugten Luft die Beladung des Filters ermittelt wird. Die­ ses Verfahren beruht auf dem Prinzip, daß die Masse der in den Motor einströmenden Luft als Abgas den Motor wieder verläßt. Folglich kann bei z. B. identischer eintretender Luftmasse und sich änderndem Abgasgegendruck auf eine Än­ derung des Beladungsgrades des Filters rückgeschlossen wer­ den. Da aufgrund der Ermittlung des Beladungsgrades der richtige Regenerationszeitpunkt gewählt werden kann, sinkt insgesamt der Kraftstoffverbrauch.

Vorzugsweise wird zum Ermitteln der Beladung des Filters das Verhältnis des Druckes im Abgasstrang und der Masse der angesaugten Luft gebildet. Es hat sich herausgestellt, daß das Verhältnis des Druckes zur Luftmasse bei den meisten Motorbetriebspunkten gleich ist und nur von den im Abgas­ strang befindlichen aerodynamischen Hindernissen abhängt. Bei einem konstanten Beladungsgrad des Filters und einem dementsprechend unveränderten Strömungswiderstand bleibt folglich das Verhältnis aus Druck und Luftmasse zumindest näherungsweise konstant. Andererseits kann aus einer Ände­ rung des Verhältnisses aus Druck und Luftmasse auf eine Änderung des Beladungszustandes rückgeschlossen werden.

Bevorzugt wird die Beladung des Filters in einer Rechner­ einheit ermittelt. Dies ist vorteilhaft, da in einer Rech­ nereinheit die Signale in vielfältiger Weise aufbereitet werden können, ohne daß ein zusätzlicher apparativer Auf­ wand erforderlich wäre.

Vorteilhafterweise wird die Masse der angesaugten Luft über einen Luftmassenmesser gemessen. Dies ist besonders vor­ teilhaft, da bei zahlreichen Antriebssystemen ein Luftmas­ senmesser bereits vorhanden ist und das Ermitteln der Bela­ dung folglich ohne zusätzlichen apparativen Aufwand erfolg­ en kann. Lediglich die Rechnereinheit muß die erforderli­ chen Mittel zum Bestimmen des Beladungsgrades, beispiels­ weise durch Verhältnisbildung der Meßsignale, aufweisen.

Vorzugsweise wird die Beladung des Filters aus Druck- und Luftmassewerten ermittelt, welche zu verschiedenen Zeit­ punkten aufgenommen werden. Dies führt zu einer höheren Signifikanz des ermittelten Beladungsgrades, da zu einem bestimmten Zeitpunkt in den Motor eintretende Luft erst nach einer gewissen Zeit als Abgas in den Bereich des Drucksensors gelangt. Durch die Zeitanpassung kann folglich erreicht werden, daß die sich tatsächlich entsprechenden Meßsignale ins Verhältnis gesetzt werden.

In diesem Zusammenhang kann es besonders vorteilhaft sein, daß die jeweiligen Zeitpunkte von Betriebsparametern des Motors bzw. des sonstigen Antriebssystems abhängen. Dies hat den Hintergrund, daß beispielsweise bei einer höheren Dreh­ zahl ein schnellerer Transport der angesaugten Luftmasse zu dem entsprechenden Druckmeßpunkt erfolgt. Folglich sollten bei einer erhöhten Drehzahl die Zeitpunkte näher beieinan­ der liegen.

Vorzugsweise werden die ermittelte Beladung des Filters, das Ergebnis der Luftmassenmessung und/oder das Ergebnis der Druckmessung angezeigt. Man erhält somit die erwünsch­ ten Informationen über den Beladungsgrad und eventuell auch über die primären Meßsignale. Auf dieser Grundlage läßt sich dann entscheiden, ob Gegenmaßnahmen gegen eine zu hohe Filterbeladung, etwa die Regeneration des Filters, er­ griffen werden müssen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die ermittelte Beladung des Filters, das Ergebnis der Luftmassenmessung und/oder das Ergebnis der Druckmessung als Parameter einer Motor­ steuerung verwendet werden. Bis zu einem bestimmten Bela­ dungsgrad ist es nicht erforderlich, eine Regeneration durchzuführen. Gleichwohl können bereits Beeinflussungen der Motorfunktion vorliegen. Diese können, in Kenntnis des Beladungsgrades und eventuell der anderen Parameter, durch eine geeignete Motorsteuerung bis zu einem gewissen Grad ausgeglichen werden.

Bevorzugt wird die Masse der angesaugten Luft hinter einem Luftfilter gemessen. Dies ermöglicht eine besonders präzise Bestimmung der Luftmasse.

Vorzugsweise wird als zusätzlicher Parameter für die Er­ mittlung der Beladung des Filters die Abgasrückführungsrate (AGR) verwendet. Durch diese Maßnahme oder durch die Ver­ wendung noch weiterer Parameter kann eventuell eine weitere Präzisierung der Ermittlung gelingen, was zu zusätzlichen Vorteilen führen kann.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung baut auf dem Stand der Technik dadurch auf, daß ein Luftmassenmesser vorgesehen ist, mit welchem die Masse der von einem Motor angesaugten Luft meßbar ist, und daß der Luftmassenmesser und der Drucksensor mit einer Rechnereinheit verbunden sind, in welcher die Beladung des Filters ermittelbar ist. Mit die­ ser Vorrichtung sind die erfindungsgemäßen Vorteile des Verfahrens umsetzbar.

Vorzugsweise sind in der Rechnereinheit Mittel vorgesehen, durch welche Druckwerte und Luftmassewerte kombinierbar sind, welche zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufgenommen werden. Auf diese Weise wird der Tatsache Rechnung getra­ gen, daß zwischen der Luftmassenmessung und dem Eintreffen der an der Messung beteiligten Luft am Drucksensor eine ge­ wisse Zeit verstreicht. In der Rechnereinheit kann auf ein­ fache Weise die Verzögerungszeit variabel gestaltet werden, etwa in Abhängigkeit von beliebigen Betriebsparametern des Fahrzeugantriebssystsems.

Vorzugsweise ist der Luftmassenmesser hinter einem Luft­ filter angeordnet. An dieser Stelle des Systems läßt sich eine besonders exakte Messung der Luftmasse vornehmen.

Vorteilhafterweise ist die Rechnereinheit mit einer An­ zeigeeinheit verbunden. Es lassen sich folglich belie­ bige gemessene Signale zur Anzeige bringen.

Ebenfalls kann es sehr vorteilhaft sein, daß die Rech­ nereinheit mit einer Motorsteuerung verbunden ist. Die Motorsteuerung kann Änderungen des Beladungszustands bis zu einem gewissen Maß durch Änderungen von Betriebsparametern ausgleichen.

Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, daß durch geeignete Kombination von nur zwei Meßwerten eine zuverlässige Ermittlung des Beladungszustandes eines Fil­ ters erfolgen kann. Es erfolgt quasi eine Korrektur des ge­ messenen Abgasgegendruckes mit der vom Motor angesaugten Luftmasse. Durch geeignete Signalverzögerungsmaßnahmen las­ sen sich besonders exakte Messungen durchführen.

Die Erfindung wird nun beispielhaft anhand einer bevorzug­ ten Ausführungsform mit Bezug auf die begleitende Zeichnung beschrieben.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Mo­ tors mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.

In Fig. 1 ist ein Motor 10 dargestellt. An der Unterseite des Motors 10 schließt der Abgasstrang 4 über den Auspuff­ krümmer an. In dem Abgasstrang 4 ist ein Filter 2 angeord­ net. Dem Motor 10 wird ferner über einen Kanal von einem Luftfilter 12 gefilterte Luft zugeführt.

Mit einem Drucksensor 14 wird der Abgasgegendruck in dem Abgasstrang 4 vor dem Filter 2 gemessen. Ebenso wird mit einem Luftmassenmesser 6 die Masse der von dem Motor 10 angesaugten Luft hinter dem Luftfilter 12 gemessen. Beide ermittelten Signale - des Drucksensors 14 und des Luftmas­ senmessers 6 - werden einer Rechnereinheit 8 zugeführt, wo sie weiterverarbeitet werden.

In dieser Rechnereinheit 8 erfolgt eine Verzögerung des Luftmassenmeßsignals, so daß Signale miteinander kombiniert werden, welche einander im Hinblick auf die in der Luft bzw. im Abgas vorhandenen Moleküle entsprechen. Die Ausgabe der Rechnereinheit 8 führt zu einer Anzeigeeinheit 16 und/oder zur Motorsteuerung 18. Auf der Anzeigeeinheit 16 kön­ nen beliebige Ergebnisse aus der Rechnereinheit 8 darge­ stellt werden. Mit der Motorsteuerung 18 kann auf Änderung­ en der Filterbeladung bzw. auf Änderungen anderer Parameter reagiert werden.

Es gelingt somit, den Beladungszustand eines Filters exakt zu bestimmen und die erforderlichen Gegenmaßnahmen - z. B. Anpassung der Motorsteuerung oder Regeneration - zu ergrei­ fen.

Die in der vorstehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung wesentlich sein.

Claims (15)

1. Verfahren zum Ermitteln der Beladung eines Filters (2), insbesondere eines Partikelfilters, im Abgasstrang (4) von Fahrzeugen, bei dem der Druck im Abgasstrang (4) vor dem Filter (2) gemessen wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Masse der angesaugten Luft gemessen wird und
daß aus dem Druck im Abgasstrang (4) und der Masse der angesaugten Luft die Beladung des Filters (2) ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ermitteln der Beladung des Filters (2) das Ver­ hältnis des Druckes im Abgasstrang (4) und der Masse der angesaugten Luft gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Beladung des Filters (2) in einer Rechnerein­ heit (8) ermittelt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse der angesaugten Luft über einen Luft­ massenmesser (6) gemessen wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beladung des Filters aus Druck- und Luftmasse­ werten ermittelt wird, welche zu verschiedenen Zeit­ punkten gemessen wurden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweiligen Zeitpunkte von Betriebsparametern des Motors (10) bzw. des sonstigen Antriebssystems abhängen.

7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelte Beladung des Filters (2), das Ergeb­ nis der Luftmassenmessung und/oder das Ergebnis der Druckmessung angezeigt werden.

8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelte Beladung des Filters (2), das Er­ gebnis der Luftmassenmessung und/oder das Ergebnis der Druckmessung als Parameter einer Motorsteuerung ver­ wendet werden.

9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Masse der angesaugten Luft hinter einem Luft­ filter (12) gemessen wird.

10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als zusätzlicher Parameter für die Ermittlung der Beladung des Filters (2) die Abgasrückführungsrate (AGR) verwendet wird.

11. Vorrichtung zum Ermitteln der Beladung eines Fil­ ters im Abgasstrang (4) von Fahrzeugen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der voran­ gehenden Ansprüche, mit einem Drucksensor (14), mit welchem der Druck vor einem Filter im Abgasstrang (4) eines Fahrzeugs meßbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Luftmassenmesser (6) vorgesehen ist, mit welchem die Masse der von einem Motor (10) angesaug­ ten Luft meßbar ist, und
daß der Luftmassenmesser (6) und der Drucksensor (14) mit einer Rechnereinheit (8) verbunden sind, in welcher die Beladung des Filters (2) ermittelbar ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rechnereinheit Mittel vorgesehen sind, durch welche Druckwerte und Luftmassewerte kombinierbar sind, welche zu unterschiedlichen Zeitpunkten aufge­ nommen wurden.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Luftmassenmesser (6) hinter einem Luftfilter (12) angeordnet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnereinheit (8) mit einer Anzeigeeinheit (16) verbunden ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Rechnereinheit (8) mit einer Motorsteuerung (18) verbunden ist.