AT500441A2

AT500441A2 - Verfahren zur bestimmung des beladungszustandes eines partikelfilters einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: AT500441A2
Application number: AT0134705A
Authority: AT
Inventors: Dietrich Meyerdierks; Friedrich Koeskemeier
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2005-08-11
Filing date: 2005-08-11
Publication date: 2005-12-15
Also published as: AT500441A3

Description

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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des Beladungszustandes eines Partikelfilters einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem Partikelsensor, dessen Messprinzip auf dem auftretenden Spannungsabfall zwischen zwei Elektroden zu Folge sich auf einer Sensoroberfläche ansammelnden Rußpartikel beruht. Weiters betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Bestimmung des Beladungszustandes eines Partikelfilters einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem stromaufwärts des Partikelfilters im Abgasstrang angeordneten ersten Partikelsensor.

Aus der DD 219 587 Al ist ein Partikelsensor bekannt, der zur Ermittlung der Beladung von Verbrennungsabgasen mit unverbrannten Teilchen dient. Dabei werden als Sonde zwei Metallelektroden eingesetzt, zwischen denen das durchströmende Abgas einen Niederschlag bildet, dessen Menge und Qualität durch Messen des Widerstandes ermittelt werden soll. Anschließend werden die Elektroden geglüht, so dass der Niederschlag verdampft und die Sonde zu einer neuen Messung bereit ist.

Weiters ist aus der DE 41 42 959 Al eine Sonde für einen Partikelsensor bekannt, deren Oberfläche aus elektrisch leitendem Nichtmetall, wie etwa Fulleren besteht. Während der Beladung eines Partikelsensors entsteht ein Spannungsabfall zwischen den Elektroden. Der Spannungsabfall ist aber nur in einem bestimmten Bereich der Messdauer proportional zur Beladung des Partikelfilters.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zu entwickeln, mit welchem auf möglichst einfache Weise die Beladung des Partikelfilters ermittelt werden kann.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass mit dem Partikelsensor zeitlich hintereinander mehrere Messungen durchgeführt werden und dass jede Messung bei Erreichen eines definierten Spannungsabfalls unterbrochen und die einzelnen Messdauern erfasst werden und nach Unterbrechen der Messung der Partikelfilter in einen elektrischen Ausgangszustand versetzt wird, und dass die einzelnen Messdauern zu eine Gesamtdauer addiert werden und aus der Gesamtdauer eine dem Beladungszustand des Partikelfilters proportionale Größe gebildet wird. Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass der Partikelfilter durch einen Abbrennvorgang der Partikel in den elektrischen Ausgangszustand versetzt wird.

Die Dauer der Messung ist dabei - unabhängig von den Betriebsparametern der Verbrennungsmaschine - direkt proportional zur Beladung des Filters in dieser • · ·· ·· ·«·· , ······ . ·. .. ······ · · . • ♦♦ *···· , *·)·· ·· · · ·-·/ ». ·· · ...

Zeitspanne. Zur Erfassung der kumulativen Beladung des Partikelfilters wird bei Erreichen des definierten Spannungsabfalls der Partikelsensor elektrisch so beheizt, dass die angelagerten Partikel kurzfristig abgebrannt werden und der elektrische Zustand des Ausgangspunktes der Messung wieder hergestellt wird. Die Überwachung der Abbrenndauer wird dabei über die Messung des Spannungsabfalls kontrolliert. Die Abbrennzeit ist dabei so auszulegen, dass diese möglichst klein gegenüber der Messzeit ist. Gegebenenfalls kann die Sensoroberfläche katalytisch beschichtet werden, um die Abbrennzeit und die Abbrenntemperatur klein zu halten.

Durch eine kontinuierliche Addition der Zeiten der Sammelzyklen von Partikeln am Partikelsensor während des Betriebes der Brennkraftmaschine kann mit geeigneten Algorithmen im Motorsteuergerät eine dem Beladungszustand des Filters proportionale Größe gebildet werden. Die Einleitung des Abbrennvorganges des Partikelfilters kann somit zu einem geeigneten Zeitpunkt ausgelöst werden.

In weiterer Ausführung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein erster Partikelsensor stromaufwärts des Partikelfilters und ein zweiter Partikelsensor stromabwärts des Partikelfilters - zur On Board Diagnosis Überwachung (OBD-Überwachung) - angeordnet wird und dass die Zeitdauer des zweiten Partikelsensors bis zum Erreichen eines definierten Spannungsabfalls ins Verhältnis gesetzt wird zur Zeitdauer des ersten Partikelsensors bis zum Erreichen des definierten Spannungsabfalls und dass bei Abweichung dieses Verhältnisses von einer definierten Schwankungsbreite auf eine Fehlfunktion des Partikelfilters geschlossen wird. Bei normaler Funktion des Partikelfilters ist das Verhältnis der beiden Zeitkonstanten in erste Näherung in etwa konstant. Bei Funktionsstörungen verschiebt sich das Verhältnis je nach Art der Störung zu kleiner oder größeren Verhältnissen.

Zur Durchführung des Verfahrens eignet sich eine Messvorrichtung, welche einen ersten Partikelsensor stromaufwärts des Partikelfilters und einen zweiten Partikelsensor stromabwärts des Partikelfilters aufweist.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen schematisch Fig. 1 einen Teil eines Abgasstranges, Fig. 2 einen Partikelsensor, Fig. 3 den Spannungsabfall während einer Partikelmessung über der Zeit aufgetragen, Fig. 4 eine Heizeinrichtung für den Sensor, Fig. 5 den Spannungsabfall während einer Abbrenndauer, Fig. 6 eine erfindungsgemäße Messanordnung und Fig. 7 den Spannungsabfall für die in Fig. 6 dargestellten Partikelsensoren.

Fig. 1 zeigt schematisch einen Abgasstrang 1 mit einem Partikelfilter 2, wobei stromaufwärts des Partikelfilters 2 ein erster Partikelsensor 3 angeordnet ist.

Fig. 2 zeigt das Sensorprinzip des ersten Partikelsensors 3. Das Sensorprinzip stützt sich auf die Eigenschaft der elektrischen Leitfähigkeit von Rußpartikeln. Prinzipiell wird eine nichtleitende Oberfläche 4 im Abgasrohr 5 vor dem Partikelfilter 2 dem mit Rußpartikeln durchsetzten Abgasstrom so ausgesetzt, dass die Oberfläche 4 durch Position und Formgebung Partikel anlagert. Diese Sammelanordnung wird mit Gleichstrom UMess beaufschlagt. Der in Fig. 3 dargestellte Spannungsabfall AU über der Oberfläche 4 wird als Messsignal zur Auswertung des Beladungszustandes der Oberfläche 4 des ersten Sensors 3 herangezogen. Unbeladen ist der Spannungsabfall AU Null, mit zunehmender Beladung strebt der Spannungsabfall AU asymptotisch einem Grenzwert zu. Die Zeitspanne zwischen T0 und Ti ist dabei - unabhängig von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine - direkt proportional zur Beladung des Partikelfilters 2 in dieser Zeitspanne ΔΤ. Zur Erfassung der kumulativen Beladung des Partikelfilters 2 wird bei Erreichen des Spannungsabfalls AUi bei Ti die Oberfläche 4 des ersten Sensors 3 elektrisch so beheizt, dass die angelagerten Partikel kurzfristig abgebrannt werden und der elektrische Zustand von T0 wieder hergestellt wird. Die Überwachung der Abbrenndauer ΔΤ erfolgt über die Messung des Spannungsabfalls AU, wie in Fig. 5 dargestellt ist. Die Abbrennzeit ist so auszulegen, dass diese klein gegenüber der Messzeit ΔΤ ist. Gegebenenfalls kann die Sensoroberfläche 4 katalytisch beschichtet werden, um die Abbrennzeit ΔΤ' und Abbrenntemperatur klein zu halten.

In Fig. 4 ist schematisch die Beheizung des Sensors 3, beispielsweise durch ein PTC-Heizelement 6 und/oder durch ein elektrisches Heizelement 7 dargestellt. Zusätzlich wird Wärme Qa durch das Abgas hinzugeführt. Während des Abbrennens liegt die Messspannung UMess an der Oberfläche 4 des Sensors 3 an, um den Abbrennvorgang zu überwachen.

Die Summe aller Beladungszeitspannen ΔΤ des ersten Sensors 3 ist proportional n zur Beladung des Partikelfilters 2: Beladung ~ ]ΓΔΓ, > wol3ei n die Anzahl der /=1

Einzelmessungen ist. Durch eine kontinuierliche Addition der Zeiten ΔΤ der Sammelzyklen von Partikeln am Sensor 3 während des Betriebes der Brennkraftmaschine kann somit mit geeigneten Algorithmen im Motorsteuergerät eine dem Beladungszustand des Partikelfilters 2 proportionale Größe gebildet werden. Die Einleitung des Abbrennvorganges des Partikelfilters 2 kann somit zu einem geeigneten Zeitpunkt ausgelöst werden.

Zur Ermittlung des Abscheidegrades kann stromabwärts des Partikelfilters 2 ein zweiter Partikelsensor 3a eingesetzt werden. Die Ermittlung des Abscheidegrades ~ —- wird dabei durch das Verhältnis der beiden Zeitkonstanten ΔΤ2 nach dem

Partikelfiiter 2 zu ΔΤι vor dem Partikelfilter 2 bestimmt. Bei normaler Funktion des Partikelfilters 2 ist das Verhältnis der beiden Zeitkonstanten in erster Näherung konstant. Bei Funktionsstörungen verschiebt sich das Verhältnis je nach Art der Störung zu kleineren oder größeren Verhältnissen.

In Fig. 7 ist der Spannungsabfall ΔΐΙι und die entsprechende Zeitkonstante ΔΤι des ersten Partikelsensors 3 und der Spannungsabfall ΔΙΙ2/ sowie die entsprechende Zeitkonstante ΔΤ2 des zweiten Partikelsensors 3a schematisch dargestellt.

Claims

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PATENTANSPRÜCHE 1. Verfahren zur Bestimmung des Beladungszustandes eines Partikelfilters einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem Partikelsensor, dessen Messprinzip auf dem auftretenden Spannungsabfall zwischen zwei Elektroden zu Folge sich auf einer Sensoroberfläche ansammelnden Rußpartikel beruht, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Partikelsensor zeitlich hintereinander mehrere Messungen durchgeführt werden und dass jede Messung bei Erreichen eines definierten Spannungsabfalls unterbrochen und die einzelnen Messdauern erfasst werden und nach Unterbrechen der Messung der Partikelfilter in einen elektrischen Ausgangszustand versetzt wird, und dass die einzelnen Messdauern zu eine Gesamtdauer addiert werden und aus der Gesamtdauer eine dem Beladungszustand des Partikelfilters proportionale Größe gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelfilter durch einen Abbrennvorgang der Partikel in den elektrischen Ausgangszustand versetzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Partikelsensor stromaufwärts des Partikelfilters und ein zweiter Partikelsensor stromabwärts des Partikelfilters angeordnet wird und dass die Zeitdauer des zweiten Partikelsensors bis zum Erreichen eines definierten Spannungsabfalls ins Verhältnis gesetzt wird zur Zeitdauer des ersten Partikelsensors bis zum Erreichen des definierten Spannungsabfalls und dass bei Abweichung dieses Verhältnisses von einer definierten Schwankungsbreite auf eine Fehlfunktion des Partikelfilters geschlossen wird.
4. Vorrichtung zur Bestimmung des Beladungszustandes eines Partikelfilters (2) einer Brennkraftmaschine mit zumindest einem stromaufwärts des Partikelfilters (2) im Abgasstrang angeordneten ersten Partikelsensor (3), dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Partikelfilters ein zweiter Partikelsensor (3a) angeordnet ist.

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