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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Abgasreinigungselements
einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs durch
Erfassen und Bewerten wenigstens eines für die Beanspruchung des Abgasreinigungselements relevanten
Abgasparameters.
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Aus
der
DE 199 32 715
A1 ist ein Verfahren zur Zustandserfassung eines Katalysatorsystems
bekannt, bei welchem wenigstens ein Betriebsparameter des Abgassystems über einen
vorgebbaren Zeitraum erfasst und ausgewertet wird. Durch Verknüpfung mit
der Gesamtenergieabgabe der zugehörigen Verbrennungskraftmaschine
wird eine Kennzahl errechnet, welche zur Diagnose des Katalysatorsystems
eingesetzt wird. Durch das Verfahren wird insbesondere das dynamische
Verhalten der Verbrennungskraftmaschine hinsichtlich der Schadstoffemission
berücksichtigt.
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Aufgabe
der Erfindung ist es demgegenüber, ein
Verfahren anzugeben, welches eine verbesserte und zuverlässigere
Diagnose eines Abgasreinigungselements erlaubt.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs
1 gelöst.
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Bei
dem Verfahren wird wenigstens ein für die Beanspruchung des Abgasreinigungselements relevanter
Abgasparameter erfasst und bewertet. Erfindungsgemäß beschreibt
die Bewertung des wenigstens einen Abgasparameters die Beanspruchung des
Abgasreinigungselements und erfolgt wenigstens bei einem Betrieb
des Abgasreinigungselements mit einer gegenüber dem Normalbetrieb erhöhten Belastung
des Abgasreinigungselements Das Verfahren stellt somit eine Diagnose
des Abgasreinigungselements dar, mit welcher die Beanspruchung bewertet
wird, welche sich typischerweise in Alterungserscheinungen oder
beanspruchungsbedingten Ausfallerscheinungen äußert. Die Wahrscheinlichkeit
des Auftretens dieser Phänomene
steigt mit der Beanspruchung, der das Abgasreinigungselement ausgesetzt
ist. Folglich kann durch die Bewertung von für die Beanspruchung des Abgasreinigungselements
relevanten Abgasparametern eine zuverlässige Diagnose erfolgen und
beispielsweise ein Tausch oder eine Überprüfung des Abgasreinigungselements
rechtzeitig vor dessen Ausfall veranlasst werden. Vorzugsweise erfolgt
die Bewertung durch eine Quantifizierung der Beanspruchung, und bei Überschreiten
einer vorgebbaren Grenzbeanspruchung wird ein Fehler- oder Warnsignal
ausgegeben.
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Unter
einem Abgasreinigungselement wird dabei nicht nur ein aktiv reinigendes
Bauteil wie ein Abgaskatalysator oder ein Partikelfilter verstanden, sondern
generell Bauteile, welche zur Abgasreinigung eingesetzt werden,
wie beispielsweise Abgassensoren, Abgaskühler, Abgasventile und ähnliches. Insbesondere
kommen Abgasreinigungselemente in Betracht, welche nach einer Beeinträchtigung
ihrer Leistungsfähigkeit
regenerierbar sind.
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Als
für die
Beanspruchung des Abgasreinigungselements relevante Abgasparameter
kommen prinzipiell alle Zustandsgrößen in Frage, welche auf das
Abgasreinigungselement einwirken. Insbesondere sind dies Abgasparameter
welche die Leistungsfähigkeit
des Abgasreinigungsbauteils beeinflussen können wie beispielsweise die
Temperatur des Abgases oder des Abgasreinigungselementes selbst,
der über
dem Abgasreinigungselement wirksame Abgasdruck, der Abgasdurchsatz,
der Gehalt bestimmter Abgaskomponenten oder die Änderungsgeschwindigkeiten dieser
Größen. Die
Erfassung dieser Abgasparameter kann direkt sensorisch oder indirekt durch
Berechnung bzw. durch Modellierung unter Verwendung anderer Betriebsgrößen erfolgen.
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In
Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die Bewertung des wenigstens
einen Abgasparameters bei einem Sonderbetrieb mit einer gegenüber dem Normalbetrieb
erhöhten
Belastung des Abgasreinigungselements, insbesondere bei einem Regenerationsbetrieb
zur Regeneration des Abgasreinigungselements und unterbleibt außerhalb
des Sonderbetriebs. Für
den Sonderbetrieb kommen beispielsweise Rußabbrandphasen bei einem Partikelfilter
oder Schwefelregenerationsvorgänge
bei einem Stickoxid-Speicherkatalysator oder sonstige, überwiegend einer
Reaktivierung eines Bauteils dienende Betriebsarten mit erhöhter Bauteilbeanspruchung
in Betracht. Durch die erfindungsgemäße Verfahrensausgestaltung
wird in vorteilhafter Weise der Tatsache Rechnung getragen, dass
im Zusammenhang mit diesen besonders beanspruchungsintensiven Betriebsphasen
das der Beanspruchung ausgesetzte Abgasreinigungselement stärker altert
als in den Phasen eines Normalbetriebs. Folglich können die Normalbetriebsphasen
bei der Ermittlung einer Bauteilbeanspruchung unberücksichtigt
bleiben. Dadurch werden zudem der Berechnungsaufwand und der Speicherbedarf
für abzuspeichernde
Berechnungswerte klein gehalten.
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In
weiterer Ausgestaltung erfolgt die Bewertung des wenigstens einen
Abgasparameters durch Zuordnen des wenigstens einen Abgasparameters zu
einer Beanspruchungskennzahl, welche die Beanspruchung des Abgasreinigungselements
kennzeichnet. Die Zuordnung der Beanspruchungskennzahl erfolgt vorzugsweise über eine
Zuordnungsvorschrift, welche beispielsweise in einem ohnehin zur
Verfügung stehenden
Motorsteuergerät
abgelegt ist. Vorzugsweise wird bei Überschreiten eines vorgebbaren Schwellenwerts
für die
Beanspruchungskennzahl ein Signal ausgegeben, welches auf eine erhöhte Beanspruchung
bzw. über
eine mögliche
Schädigung
des Abgasreinigungselements oder über eine notwendige Funktionsüberprüfung informiert.
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In
weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird eine Summenbeanspruchung
für das
Abgasreinigungselement durch Aufsummieren von Beanspruchungskennzahlen
ermittelt. Die Beanspruchungskennzahlen werden vorzugsweise über die
Gebrauchsdauer des Abgasreinigungselements aufsummiert und so eine
Summenbeanspruchung für das
Abgasreinigungselement ermittelt. Vorzugsweise wird ein entsprechendes
Signal ausgegeben, wenn ein vorgebbarer Summengrenzwert für die Summenbeanspruchung überschritten
wird und dadurch auf einen notwendigen Serviceumfang hingewiesen
oder eine Regenerationsmaßnahme
eingeleitet.
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Die
Aufsummierung von Beanspruchungskennzahlen ermöglicht es, die über die
Gebrauchsdauer kumulierte Belastung des Abgasreinigungselements
zu ermitteln und zu bewerten. Dadurch kann dessen aktueller Alterungszustand
umfassend bewertet werden. Beispielsweise kann daraus die aktuelle
Leistungsfähigkeit
oder der Bedarf eines Serviceumfangs abgeleitet und Maßnahmen
ergriffen werden, durch die einem Ausfall des Abgasreinigungselements
vorgebeugt werden kann. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere
der Tatsache Rechnung getragen, dass für eine zuverlässige Beurteilung
des Zustands des Abgasreinigungselements die Summe der Beanspruchungen wesentlich
ist, welche auf das Abgasreinigungselement insgesamt eingewirkt
haben. Auf diese Weise ist nicht nur eine Beurteilung des aktuellen
Zustands ermöglicht,
sondern es kann auch eine vorausschauende Beurteilung beispielsweise
hinsichtlich der voraussichtlichen Restlebensdauer erfolgen, da
diese im allgemeinen an die über
die Gebrauchsdauer eingetretene Gesamtbeanspruchung geknüpft ist.
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In
weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist die Bewertung des wenigstens
einen Abgasparameters an das Überschreiten
oder Unterschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes für einen
Abgasparameter geknüpft.
Somit wird die Belastung des Abgasreinigungselements als unbedeutend
gewertet, falls der vorgegebene Grenzwert nicht überschritten bzw. unterschritten
wird. Auf diese Weise wird gewährleistet, dass
lediglich die für
die Beanspruchung des Abgasreinigungselements relevanten Ereignisse
und Betriebszustände
berücksichtigt
werden. Eine errechnete Summenbelastung des Abgasreinigungselementes
erhöht
sich demgemäß ebenfalls
erst ab einer durch den Grenzwert des Abgasparameters bestimmten
Belastungsschwelle.
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In
weiterer Ausgestaltung des Verfahrens ist die Bewertung des wenigstens
einen Abgasparameters an das Auftreten eines Extremalwerts für einen Abgasparameter
in dem vorgebbaren Zeitraum geknüpft.
Bei dem Extremalwert kann es sich um ein zeitlich globales oder
lokales Minimum oder Maximum in dem jeweiligen Erfassungszeitraum
handeln. Demgemäß werden
nur Spitzenbeanspruchungen registriert und gegebenenfalls Beanspruchungskennzahlen
zugeordnet, andere Werte des Abgasparameters bleiben unberücksichtigt.
Entsprechend werden bei der Ermittlung einer Summenbeanspruchung ebenfalls
lediglich Spitzenbelastungen des Abgasreinigungselements berücksichtigt.
Dies stellt eine besonders einfache und dennoch zuverlässige Verfahrensvariante
zur Diagnose des Abgasreinigungsbauteils dar.
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In
weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird bei der Bewertung des
wenigstens einen Abgasparameters die Einwirkungsdauer der Belastung
berücksichtigt.
Auf diese Weise können
insbesondere Dauerbeanspruchungen bei der Beurteilung des Zustands
des Abgasreinigungselements berücksichtigt werden.
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In
einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens wird dieses zur Diagnose
eines Abgaspartikelfilters eingesetzt. Insbesondere Partikelfilter
sind beispielsweise durch wiederkehrende Regenerationsvorgänge mit
thermischem Rußabbrand
besonderen Beanspruchungen ausgesetzt. Da im Allgemeinen ohnehin
eine sensorische Überwachung
des Partikelfilters hinsichtlich seines Beladungszustands und eine
sensorische Überwachung
der Regenerationsvorgänge
erfolgt, ist für
die erfindungsgemäße Diagnose
eines Partikelfilters der Zusatzaufwand gering.
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Vorteilhafte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den Zeichnungen veranschaulicht und werden
nachfolgend beschrieben. Dabei sind die vorstehend genannten und
die nachfolgend noch zu erläuternden
Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination sondern
auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar,
ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Es zeigen
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1 eine
schematische Darstellung eines Abgasreinigungssystems mit einem
Partikelfilter als zu überwachendes
Abgasreinigungselement,
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2 ein
Diagramm zur Verdeutlichung von zeitlichen Temperaturverläufen im
Zusammenhang mit einer Partikelfilterregeneration,
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3 ein
Diagramm zur Verdeutlichung der Zuordnung von Beanspruchungskennzahlen
zu einem Abgasparameter,
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4 ein
Diagramm zur Verdeutlichung von zeitlichen Druckverläufen im
Zusammenhang mit einer Partikelfilterregeneration und
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5 ein
Diagramm zur Verdeutlichung von zeitlichen Lambdaverläufen im
Zusammenhang mit einer Partikelfilterregeneration,
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Ohne
Einschränkung
der Allgemeinheit wird die Erfindung am Beispiel einer Diagnose
eines Partikelfilters erläutert.
Hierzu ist in 1 lediglich schematisch eine
entsprechende Abgasreinigungseinrichtung mit einem Partikelfilter
dargestellt. Gemäß 1 erhält eine
Brennkraftmaschine 1 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs
Verbrennungsluft über eine
Ansaugluftleitung 2. Die Verbrennungsabgase werden über eine
Abgasleitung 3 abgeführt.
In der Abgasleitung 3 sind als Abgasreinigungskomponenten
hintereinander ein Oxidationskatalysator 10 und ein Partikelfilter 4 angeordnet.
Die Brennkraftmaschine, nachfolgend kurz Motor genannt, ist vorzugsweise
als Dieselmotor ausgebildet.
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Zur
Erfassung des Beladungszustands des Partikelfilters 4 sind
ein erster Drucksensor 5 und ein zweiter Drucksensor 6 sowie
ein erster Temperatursensor 11 und ein zweiter Temperatursensor 12 eingangsseitig
bzw. ausgangsseitig des Partikelfilters 4 in der Abgasleitung 3 vorgesehen.
Die Signale der Sensoren 5, 6, 11, 12 werden über Signalleitungen 8 an
ein elektronisches Steuergerät 7 geleitet.
Das Steuergerät 7 verfügt über eine
Recheneinheit zur Verarbeitung der empfangenen Daten und eine Speichereinheit
in welcher beispielsweise Kennfelder abgelegt sind und Daten abgespeichert
werden können,
was im Einzelnen nicht dargestellt ist. Das elektronische Steuergerät 7 ist
ferner in der Lage, in Abhängigkeit
der Signale den Betrieb des Motors 1 und der gesamten Abgasreinigungseinrichtung
zu steuern. Stellvertretend für
die hierfür
vorhandenen Steuerleitungen ist eine Motorsteuerleitung 9 zur
Ansteuerung des Motorbetriebs eingezeichnet.
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Bei
normalem Betrieb des Motors 1 werden oxidierbare schädliche Abgasbestandteile
wie Kohlenmonoxid oder Kohlenwasserstoffe durch den Oxidationskatalysator 10 aus
dem Abgas entfernt. Ferner erfolgt eine Reinigung der Abgase durch
Ausfilterung der Rußpartikel
durch den Partikelfilter 4. Das vom Oxidationskatalysator 10 aus
Stickstoffmonoxid erzeugte Stickstoffdioxid bewirkt zusätzlich eine
oxidative Umsetzung von im Partikelfilter 4 abgelagerten
Rußpartikeln.
Dennoch tritt im Allgemeinen eine allmählich zunehmende Rußbeladung
des Partikelfilters 4 ein, so dass dieser in zunehmendem
Maß verstopft
und von Zeit zu Zeit eine Partikelfilterregeneration durch thermischen
Rußabbrand
erforderlich wird.
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Die
Notwendigkeit einer Partikelfilterregeneration durch thermischen
Rußabbrand
wird mittels der Drucksensoren 5, 6 festgestellt.
Mit diesen wird der Strömungswiderstand
des Partikelfilters 4 überwacht.
Durch Auswertung der entsprechenden Signale wird vom Steuergerät 7 der
Rußbeladungszustand
des Partikelfilters 4 laufend ermittelt. Wird eine kritische
Beladung festgestellt, so wird, sobald ein hierfür geeigneter und vom Steuergerät 7 als
zulässig erkannter
Motorbetriebszustand vorliegt, die Regeneration des Partikelfilters 4 durch
thermischen Rußabbrand
eingeleitet. Hierzu wird vom Steuergerät 7 der Motorbetrieb
derart umgestellt, dass sich eine erhöhte Temperatur des in den Partikelfilter 4 einströmenden Abgases
ergibt. Vorzugsweise wird eine Abgastemperatur von etwa 650 °C eingangsseitig
des Partikelfilters 4 eingestellt. Hierzu können an
sich bekannte Maßnahmen
wie Ansaugluftdrosselung, späte
Kraftstoffnacheinspritzung und dergleichen ergriffen werden.
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Obschon
die Einstellung der für
die Partikelfilterregeneration notwendigen Bedingungen vom Steuergerät 7 durch
entsprechende Steuermechanismen kontrolliert durchgeführt wird,
besteht die Gefahr, dass sich kritische Betriebszustände insbesondere
hinsichtlich einer Überhitzung
des Partikelfilters 4 ergeben. Diese können beispielsweise aus einem beschleunigten
Rußabbrand
mit entsprechend erhöhter
Wärmefreisetzung,
insbesondere bei einem abrupten Rückgang des Abgasdurchsatzes,
resultieren.
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Bei
der Regeneration werden die angesammelten Partikel, die zu einem
großen
Teil aus Kohlenstoff bzw. Kohlenstoffverbindungen bestehen, exotherm
verbrannt, so dass ein zusätzlicher
Wärmeenergieeintrag
in den Filter erfolgt. Je nach vorliegenden Randbedingungen kann
eine begonnene Reaktion somit ohne äußere Zufuhr von Energie weiter
ablaufen. Als Folge ist eine u.U. unkontrollierbare, lawinenartige
Umsetzungsreaktion zu nennen, bei der hohe Druck- oder Temperaturspitzen
und – gradienten
auftreten können,
die beispielsweise infolge von daraus resultierenden Spannungs-/Dehnungseffekten
eine Schädigung
des Filtermaterials bzw. einer Filterbeschichtung verursachen können.
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Die
sich bei einer Partikelfilterregeneration ergebenden Werte für die Abgasparameter
Druck, Temperatur usw. hängen
u.a. ab von folgenden Faktoren: Menge der abgeschiedenen Partikel
als maßgebende
Größe für die im
Partikelfilter gespeicherte Energie; Zusammensetzung des Abgases,
insbesondere Sauerstoffgehalt sowie CO- und HC-Gehalt; Massenstrom des Abgases als
maßgebende
Größe für den Wärmetransport;
Temperatur des in den Partikelfilter einströmenden Abgases; gegebenenfalls die
Zufuhr von Additiven sowie die Aktivität der katalytischen Beschichtung
des Partikelfilters und dergleichen.
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Aufgrund
der Vielzahl von Einflußgrößen können im
realen Fahrbetrieb unvorhersagbare und unerwünschte Zustände auftreten, welche den Partikelfilter
mehr oder weniger stark beanspruchen und gegebenenfalls eine Schädigung des
Partikelfilters zur Folge haben können. Es ist daher erfindungsgemäß vorgesehen,
die auf den Partikelfilter einwirkenden Abgasparameter insbesondere
bei der Partikelfilterregeneration zu erfassen und die daraus resultierende
Partikelfilterbeanspruchung zu bewerten. Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
die aufgetretenen Beanspruchungen mittels Kennzahlen zu quantifizieren.
Besonders vorteilhaft ist es, die ermittelten Kennzahlen über die
Gebrauchsdauer des Partikelfilters aufzusummieren.
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Nachfolgend
werden unter Bezug auf die 2 bis 5 vorteilhafte
Vorgehensweisen erläutert.
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In 2 ist
in Diagrammform der zeitliche Verlauf von vor und nach dem Partikelfilter
gemessenen Temperaturen bei unterschiedlich ablaufenden Partikelfilterregenerationen
dargestellt. Dabei zeigt die Spur 20 den Verlauf der eingangsseitig
des Partikelfilters für
einen thermischen Rußabbrand
eingestellten Abgastemperatur. Zum Zeitpunkt t1 wird durch vom Steuergerät initiierte
Maßnahmen
die Temperatur 20 auf den Wert T1 von etwa 650 °C angehoben und auf diesen Wert
bis zum Zeitpunkt t3 gehalten und danach abgesenkt und der Regenerationsvorgang
beendet. Bei einer normal verlaufenden Partikelfilterregeneration
ergibt sich ausgangsseitig des Partikelfilters der durch die Spur 21 dargestellte Temperaturverlauf.
Dieser entspricht, abgesehen von einer gewissen zeitlichen Verzögerung und
Abflachung des Anstiegs und des Abfalls, dem Verlauf der eingangsseitigen
Temperatur 20.
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Demgegenüber ist
durch die Spuren 22, 23 der Temperaturverlauf
ausgangsseitig des Partikelfilters dargestellt, wenn dieser stärker als
normal mit Ruß beladen
ist. Es ergibt sich infolge der erhöhten Wärmefreisetzung durch Rußabbrand
eine Überhöhung der
Temperatur zu Beginn der Partikelfilterregeneration mit einem Maximum
entsprechend der erhöhten
Rußbeladung.
Dabei entspricht der durch die Spur 23 wiedergegebene Temperaturverlauf
einer höheren
Rußbeladung
als der durch die Spur 22 wiedergegebene Temperaturverlauf.
Gemäß den erhöhten Spitzentemperaturen
wird der Partikelfilter in diesen Fällen naturgemäß stärker beanprucht
als im Falle einer normal verlaufenden Partikelfilterregeneration.
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Insbesondere
bei einer abrupten Verminderung des Abgasdurchsatzes während der
Partikelfilterregeneration, beispielsweise durch Übergang
des Motorbetriebs in den Leerlaufbetrieb, kann eine besonders starke Überhöhung der
Abgasaustrittstempertur festgestellt werden, was durch die Spur 24 dargestellt
ist. Im dargestellten Fall tritt zum Zeitpunkt t2 ein abrupter Rückgang des
Abgasdurchsatzes ein, wodurch die Wärmeabfuhr aus dem Partikelfilter schlagartig
vermindert wird. Als Folge hiervon steigt die Temperatur im Partikelfilter
und somit die Rußabbrandrate
stark an: Dies hat wiederum den durch die Spur 24 dargestellten
Temperaturverlauf mit einem steilen Anstieg und einer sehr hohen
Spitzentemperatur zur Folge. Entsprechend stark wird der Partikelfilter
in diesem Fall thermisch beansprucht und gegebenenfalls beispielsweise
durch Anschmelzungen geschädigt.
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Zur
Quantifizierung der im Verlauf des Regenerationsvorgangs eintretenden
thermischen Beanspruchung des Partikelfilters werden die ausgangsseitig
des Partikelfilters auftretenden Temperaturen erfasst und ausgewertet,
was unter Bezug auf 3 nachfolgend näher erläutert wird.
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In 3 ist
schematisch in Diagrammform eine funktionale Abhängigkeit einer die thermische Beanspruchung
des Partikelfilters charakterisierenden Beanspruchungskennzahl K(T)
von der Temperatur abgebildet. Obschon hier eine durch die Spur 30 eine
stetige Funktion dargestellt ist, kann diese auch definierte Sprungstellen
oder generell einen nichtstetigen Verlauf aufweisen.
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In
einer ersten Vorgehensweise wird eine Spitzenwerterfassung im Zusammenhang
mit der Partikelfilterregeneration, insbesondere im Zeitraum zwischen
t1 und t3, vorgenommen. Dem erfassten Spitzenwert für die Temperatur
ausgangsseitig des Partikelfilters wird entsprechend dem in 3 dargestellten
funktionalen Zusammenhang eine Beanspruchungskennzahl K(T) zugeordnet.
Es ist vorgesehen, mindestens einen, vorzugsweise jedoch mehrere Schwellenwerte
für die
Temperatur bzw. die zugeordneten Beanspruchungskennzahlen vorzugeben,
welche eine bestimmte Beanspruchungsstufe oder Schädigungsstufe
charakterisieren. Beispielsweise kann ein erster Schwellenwert einer
Schädigung
einer katalytischen Beschichtung des Partikelfilters zugeordnet
sein. Entsprechend dem in 2 dargestellten
Diagramm kann diese Schädigungsstufe
beispielsweise bei Erreichen oder Überschreiten einer ersten,
mit T2 bezeichneten Grenztemperatur bzw. der zugeordneten Beanspruchungskennzahl
erreicht sein. Demgemäß wird bevorzugt
ein Signal ausgegeben, welches als notwendigen Serviceumfang eine Überprüfung des
Partikelfilters im Rahmen der nächstfälligen Inspektion
des Kraftfahrzeugs anzeigt.
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Analog
kann ein zweiter Schwellenwert einer leichten Schädigung des
Trägermaterials
des Partikelfilters zugeordnet sein. Entsprechend dem in 2 dargestellten
Diagramm kann diese Schädigungsstufe
beispielsweise bei Erreichen oder Überschreiten einer zweiten,
mit T3 bezeichneten Grenztemperatur bzw. der zugeordneten Beanspruchungskennzahl
erreicht sein. In diesem Fall wird bevorzugt ebenfalls ein Signal
ausgegeben, welches als notwendigen Serviceumfang eine Überprüfung des
Partikelfilters im Rahmen der nächsten
fälligen
Inspektion des Kraftfahrzeugs anzeigt.
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Analog
kann ein dritter Schwellenwert einer starken Schädigung des Trägermaterials
des Partikelfilters zugeordnet sein. Entsprechend dem in 2 dargestellten
Diagramm kann diese Schädigungsstufe
beispielsweise bei Erreichen oder Überschreiten einer dritten,
mit T4 bezeichneten Grenztemperatur bzw. der zugeordneten Beanspruchungskennzahl
erreicht sein. In diesem Fall wird bevorzugt ebenfalls ein Signal
ausgegeben, welches als notwendigen Serviceumfang einen Werkstattaufenthalt mit
einem Tausch des Partikelfilters anzeigt.
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In
einer anderen vorteilhaften Vorgehensweise wird im Zusammenhang
mit der Partikelfilterregeneration die Anstiegsgeschwindigkeit der
ausgangsseitig des Partikelfilters erfassten Abgastemperatur ermittelt
und ausgewertet. Wie in der 2 dargestellt,
ist das Auftreten eines beschleunigten Rußabbrands von einem sehr steilen
Anstieg der Temperatur begleitet, was durch die Tangente 25 an
die Spur 24 verdeutlicht wird. Es ist daher vorgesehen,
die Steilheit des Temperaturanstiegs auszuwerten und diese ebenfalls
einer Beanspruchungskennzahl zuzuordnen. Dabei ist vorzugsweise
eine entsprechende Zuordnungsvorschrift analog der in 3 dargestellten
Funktion im Steuergerät
abgelegt. Analog zur bereits geschilderten Vorgehensweise können für diese Beanspruchungskennzahlen
ebenfalls Grenzwerte vorgesehen sein, welche unterschiedliche Beanspruchungsstufen
oder Schädigungsstufen
kennzeichnen. Dementsprechend erfolgt die Ausgabe von Signalen,
welche auf unterschiedliche Serviceumfänge hinweisen.
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In
einer weiteren vorteilhaften Vorgehensweise wird der über dem
Partikelfilter wirksame Differenzdruck erfasst und ausgewertet.
In 4 ist der hierbei maßgebende Sachverhalt in Form
eines Diagramms dargestellt. Im Diagramm der 4 ist der zeitliche
Verlauf der Druckdifferenz Δp
wiedergegeben. Dabei kennzeichnet die Spur 40 eine normal verlaufende
Partikelfilterregeneration und die Spur 41 eine ungünstig verlaufende
Partikelfilterregeneration mit abruptem Absinken des Abgasdurchsatzes, wie
oben beschrieben. In diesem ungünstigen
Fall mit starker Beanspruchung des Partikelfilters tritt nach einer
anfänglichen
Erhöhung
des Differenzdrucks Δp
ein sehr steiler Abfall ein. Die Steilheit des Abfalls wird durch
die Steigung der Tangente 42 an die Spur 41 charakterisiert.
Da im Normalfall ein moderates Absinken des Differenzdrucks Δp im Verlauf der
Partikelfilterregeneration stattfindet, kann daher die Beanspruchung
des Partikelfilters im Zusammenhang mit einem Regenerationsvorgang über den
zeitlichen Gradienten des Druckverlaufs bewertet werden. Es ist
daher vorgesehen, dem zeitlichen Gradienten des Druckverlaufs Δp(t) ebenfalls über eine Zuordnungsvorschrift
eine Beanspruchungskennzahl zuzuordnen und für diese unterschiedlichen Beanspruchungsstufen
zu definieren.
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Eine
verstärkte
Beanspruchung kann sich auch in einer verstärkten Überhöhung des über dem Partikelfilter wirksamen
Differenzdrucks äußern. Es kann
daher vorgesehen sein, auch den Maximalwert des Differenzdrucks
analog zur geschilderten Vorgehensweise bei der Bewertung des Temperaturverlaufs
zu bewerten.
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Die
Vorgehensweise erfolgt bei der Auswertung der Druckverläufe bzw.
der Differenzdruckwerte dabei sinngemäß zur bereits geschilderten
Vorgehensweise bei der Zuordnung von Beanspruchungskennzahlen zu
Temperaturen ausgangsseitig des Partikelfilters, weshalb darauf
an dieser Stelle nicht weiter eingegangen wird.
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Es
kann zusätzlich
oder alternativ auch vorgesehen sein, aus dem Differenzdruck und
gegebenenfalls weiteren Größen die
Rußbeladung
des Partikelfilters beispielsweise mittels eines Beladungsmodells
zu ermitteln und die Änderung
bzw. die Änderungsgeschwindigkeit
der Rußbeladung
zu betrachten. Je rascher eine Änderung
der Rußbeladung
bei der Partikelfilterregeneration erfolgt, desto stärker ist die
damit verbundene Wärmefreisetzung
infolge des Rußabbrands.
Daher kann auch die Änderungsgeschwindigkeit
der Rußbeladung
zur Ermittlung der Beanspruchung bzw. einer Beanspruchungskennzahl
herangezogen werden. Weiter kann vorgesehen sein, beispielsweise
den Druckverlauf mit der Rußbeladung
abzugleichen, um Fehlinterpretationen bei der Bewertung des Druckverlaufs
zu vermeiden.
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In
einer weiteren vorteilhaften Vorgehensweise wird im Zusammenhang
mit einer Partikelfilterregeneration der Gehalt an freiem Sauerstoff
bzw. der Abgas-Lambdawert λ vor
bzw. hinter dem Partikelfilter erfasst und ausgewertet. Hierzu werden
vorzugsweise Lambdasonden eingesetzt, welche vor und hinter dem
Partikelfilter in der Abgasleitung angeordnet sind, was in 1 jedoch
nicht dargestellt ist. In 5 ist der
maßgebende
Sachverhalt in Form eines Diagramms dargestellt. Im Diagramm der 5 ist
der zeitliche Verlauf von Abgas-Lambdawerten λ wiedergegeben. Dabei kennzeichnet
die Spur 50 den λ-Verlauf
vor dem Partikelfilter, die Spur 51 den λ-Verlauf
nach dem Partikelfilter bei einer normal verlaufenden Partikelfilterregeneration.
Demgegenüber
kennzeichnet die Spur 52 einen typischen λ-Verlauf
nach dem Partikelfilter bei einer ungünstig verlaufenden Partikelfilterregeneration
mit abruptem Absinken des Abgasdurchsatzes, wie oben beschrieben.
In diesem ungünstigen
Fall mit starker Beanspruchung des Partikelfilters tritt ein vergleichsweise starkes
Absinken des Abgas-Lambdawerts ein, was auf einen starken Sauerstoffverbrauch
infolge eines sehr rasch verlaufenden Rußabbrands im Partikelfilter
zurückzuführen ist.
Dabei kennzeichnet die Höhe des
Minimums die Russabbrandrate und damit die Rate der Wärmefreisetzung
und somit die Beanspruchung des Partikelfilters. Daher kann die
Beanspruchung des Partikelfilters im Zusammenhang mit einem Regenerationsvorgang über das
Minimum des Lambdaverlaufs bewertet werden.
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Es
ist daher vorgesehen, das Abgas-λ hinter dem
Partikelfilter zu erfassen und über
eine Zuordnungsvorschrift einer Beanspruchungskennzahl zuzuordnen
sowie für
diese unterschiedliche Beanspruchungsstufen zu definieren. Die Auswertung
der Differenz der Werte für
das Abgas-λ vor
und hinter dem Partikelfilter zu diesem Zweck ist ebenfalls möglich. Die
Vorgehensweise ist dabei sinngemäß zur bereits geschilderten
Vorgehensweise bei der Zuordnung von Beanspruchungskennzahlen zu
Temperaturen ausgangsseitig des Partikelfilters, weshalb darauf
an dieser Stelle nicht weiter eingegangen wird.
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Vorteilhaft
ist es, wenn bei der Quantifizierung der Beanspruchung die Einwirkungsdauer
des beanspruchenden Abgasparameters berücksichtigt wird. Dies kann
beispielsweise durch eine zeitliche Integration der entsprechenden
Beanspruchungskennzahlen beim Regenerationsvorgang erfolgen.
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Vorteilhaft
ist es ferner, wenn Beanspruchungen des Partikelfilters für eine Beurteilung
des Partikelfilterzustands lediglich dann als solche berücksichtigt
werden, wenn der entsprechende Abgasparameter bzw. die Beanspruchungskennzahl
einen vorgebbaren Grenzwert über-
oder unterschritten hat. Auf diese Weise werden bei der Diagnose
des Partikelfilters lediglich die signifikanten und damit entscheidenden
Beanspruchungen berücksichtigt. Dabei
ist es auch vorteilhaft, wenn aus den im Verlaufe eines Erfassungszeitraums
erfassten Beanspruchungskennzahlen durch Maximumermittlung lediglich
die größte der
erfassten Beanspruchungskennzahlen als maßgebend für die Beanspruchung berücksichtigt
und gegebenenfalls gespeichert oder weiterverarbeitet wird. Insbesondere
bei einer Aufsummierung von Beanspruchungskennzahlen über die
Gebrauchsdauer wird dadurch einer Fehldiagnose durch Überbewertung
von häufig
auftretenden normalen und unkritischen Belastungen vorgebeugt.
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Für den Fall,
dass mehr als ein Abgasparameter bei der Diagnose berücksichtigt
wird, ist es weiter vorteilhaft, wenn die jeweils ermittelten Beanspruchungskennzahlen
zu einer gemeinsamen Beanspruchungskennzahl zusammengefasst werden. Von
Fall zu Fall kann jedoch auch nur einer der Beanspruchungskennzahlen,
vorzugsweise die größte, als
maßgebend
berücksichtigt
werden und die anderen unberücksichtigt
bleiben.
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Das
beschriebene Verfahren kann zur Überwachung
und Diagnose verschiedenster Abgasreinigungselemente eingesetzt
werden. Insbesondere kann es bei Abgaskatalysatoren wie einem Stickoxid-Speicherkatalysator,
einem SCR-Katalysator oder einem Oxidations- oder Dreiwege-Katalysator angewendet
werden. Je nach Ausführungsform
können
für die
Beanspruchung unterschiedliche Abgasparameter relevant und daher
ihre Erfassung vorgesehen sein.