DE102005005055A1

DE102005005055A1 - Störzustands-Detektoreinrichtung für eine Abgas-Reinigungsanlage einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005005055A1
Application number: DE200510005055
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Kariya Kariya; Tsukasa Kariya Kuboshima
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2005-02-03
Publication date: 2005-09-01
Also published as: US20050178272A1; JP4363211B2; JP2005226519A; US7396389B2

Abstract

Wenn kein Störzustand bei einer Leitungsführung vorliegt, über die ein Differenzdrucksensor 45 mit dem an der Vorderseite und Rückseite eines Diesel-Partikelfilters (DPF) 22 anstehenden Druck beaufschlagt wird, kompensieren sich über einen Abgaskanal 21 fortsetzende Druckpulsierungen in dem von dem Differenzdrucksensor 45 gebildeten Druckdifferenz-Messwert, sodass die auf die Druckspulsierung zurückzuführende Amplitude des Messwertes der DPF-Druckdifferenz einen geringen Wert annimmt. Wenn dagegen ein Riss oder ein Bruch in einer der Leitungen 3a und 3b vorliegt, macht sich der Einfluss der Druckpulsierung in der DPF-Druckdifferenz bemerkbar, sodass die Amplitude des Messwertes der DPF-Druckdiffferenz einen hohen Wert annimmt. Unter Ausnutzung dieser Erscheinung wird die Amplitude des Messwertes der DPF-Druckdifferenz mit einem Bezugswert verglichen und bei Vorliegen eines hohen Amplitudenwertes als nicht normal beurteilt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgas-Reinigungsanlage mit einem Partikelfilter für eine Brennkraftmaschine und betrifft insbesondere eine Störzustands-Detektoreinrichtung zur Feststellung des Vorliegens eines Störzustands bzw. einer Funktionsstörung in einer Abgas-Reinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine.

In jüngster Zeit hat die Verringerung der Abgas-Schadstoffemissionen bei Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen und dergleichen zunehmend an Bedeutung gewonnen. Insbesondere bei einer mit Kompressionszündung arbeitenden Diesel-Brennkraftmaschine, bei der Dieselkraftstoff in Form eines Leichtöls Verwendung findet, ist außer der Entfernung von CO, HC und NOx auch die Entfernung von Partikelstoffen wie Ruß und anderen löslichen organischen Bestandteilen aus dem Abgas erforderlich. Zum Auffangen und Festhalten von im Abgas enthaltenen Partikelstoffen, die nachstehend vereinfacht als Partikel bezeichnet werden, ist daher bereits die Anordnung eines Partikelfilters in einem Abgaskanal bekannt.

Ein solches Partikelfilter ermöglicht das Hindurchtreten des einströmenden Abgases durch poröse Zwischenwände und hält hierbei die im Abgas befindlichen Partikel an der Oberfläche der Zwischenwände und ihren Poren fest. Durch das auf diese Weise erfolgende Anwachsen der festgehaltenen Partikelmenge steigt auf Grund des sich vergrößernden Strömungswiderstands im Partikelfilter der Abgasgegendruck der Brennkraftmaschine an, wodurch die Ausgangsleistung beeinträchtigt wird. Zur Regenerierung des Partikelfilters und Wiederherstellung seiner Durchflusskapazität ist somit eine geeignete Entfernung der im Partikelfilter angesammelten Partikel erforderlich.

In diesem Zusammenhang ist bereits ein einen Oxidationskatalysator wie Platin enthaltender Partikelfilter bekannt, der eine Filterregeneration während des Betriebs der Brennkraftmaschine ermöglicht. Hierbei wird dem Partikelfilter durch eine im Ausstoßtakt erfolgende Nacheinspritzung Kraftstoff zugeführt, wodurch die angesammelten Partikel, die im Vergleich zu dem eingespritzten Kraftstoff nicht so leicht oxidiert werden, durch die dann entstehende Verbrennungswärme oxidiert und entfernt werden.

Bei häufiger Regeneration des Partikelfilters erhöht sich allerdings der Kraftstoffverbrauch. Wenn dagegen die Intervalle zwischen den jeweiligen Regenerationsvorgängen zu groß sind, hat sich zum Zeitpunkt der Regeneration eine übermäßige Partikelmenge angesammelt, die dann bei dem Regenerationsvorgang schnell abgebrannt wird. Hierbei kann die Temperatur des Partikelfilters übermäßig ansteigen, was dann zu einem Bruch des Partikelfilters führen kann. Vorzugsweise sollte daher der Ablagerungszustand der Partikel ermittelt und dementsprechend der Zeitpunkt für eine Regenerierung des Partikelfilters festgelegt werden. Aus den japanischen Patent-Offenlegungsschriften 2003-279 191 und 2003-83 035 ist es in diesem Zusammenhang bereits bekannt, die Erscheinung, dass die Druckdifferenz zwischen Einlass und Auslass des Partikelfilters auf Grund des durch den vorstehend beschriebenen Anstieg der Partikelmenge herbeigeführten Strömungswiderstands ebenfalls ansteigt, zur Ermittlung der Druckdifferenz auszunutzen und den Zeitpunkt der Filterregeneration in Abhängigkeit von dem Überschreiten eines vorgegebenen Wertes der ermittelten Druckdifferenz festzulegen.

Hierbei ist ein Drucksensor zur Ermittlung des Differenzdruckes über eine Druckzuführungsleitung mit der stromaufwärtigen und der stromabwärtigen Seite eines Abgaskanals verbunden, zwischen denen der Partikelfilter angeordnet ist. Diese Leitung besteht im wesentlichen aus einem wärmebeständigen Metallrohr oder einer Schlauchverbindung. Wenn eine Leitungsunterbrechung in Form eines Risses, eines Lösens der Befestigung, einer Verstopfung und dergleichen in Abhängigkeit von dem jeweils vorliegenden Betriebszustand auftritt, beeinträchtigt dies die Genauigkeit der Druckdifferenzmessung, sodass die Partikelmenge nicht mehr festgestellt werden kann. Darüber hinaus kann ein solcher Bruch oder eine Ablösung der Leitung auch zu einem Austreten von Abgas führen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Störzustands-Detektoreinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten, dass ein auf Grund der vorstehend beschriebenen Unterbrechung gegebenenfalls auftretender Messfehler bei der Ermittlung der Druckdifferenz des Partikelfilters auf einfache Weise festgestellt werden kann.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst durch eine Störzustands-Detektoreinrichtung für eine Abgas-Reinigungsanlage einer Brennkraftmaschine mit einem Partikelfilter zum Auffangen von im Abgas enthaltenen Partikelstoffen, die in einem Zwischenbereich eines Abgaskanals durch Beaufschlagung eines Differenzdrucksensors über entsprechende Leitungen mit dem Einlassdruck und dem Auslassdruck des Partikelfilters angeordnet ist, die Druckdifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass des Partikelfilters über den Differenzdrucksensor ermittelt, die in dem Partikelfilter angesammelte Partikelmenge erfasst und gekennzeichnet ist durch eine Pulsierungsmesseinrichtung zur Messung des Pulsierungsbetrages eines Messwertes der Druckdifferenz und eine Störzustands-Detektorvorrichtung, die das Vorliegen eines Störzustands der Leitungen feststellt, wenn der Pulsierungsbetrag des ermittelten Druckdifferenz-Messwertes einen vorgegebenen Bezugswert überschreitet.

Druckpulsierungen, die sich in Richtung des Differenzdrucksensors fortsetzen, treten durch die Druckzuführungsleitung auf der Einlassseite des Partikelfilters und durch das Partikelfilter hindurch und erreichen sodann den Differenzdrucksensor über die Druckzuführungsleitung auf der Auslassseite des Partikelfilters. Im Differenzdrucksensor besitzen die diese beiden Wege nehmenden Druckpulsierungen im wesentlichen die gleiche Phase, sodass sich ihr Einfluss auf die vom Differenzdrucksensor gemessene Druckdifferenz in einem gewissen Ausmaß kompensiert, solange keine Leitungsunterbrechung auftritt. Im Messwert der Druckdifferenz ist diese Pulsierung somit nicht in nennenswertem Umfang enthalten.

Wenn dagegen eine Unterbrechung der Leitung oder dergleichen auftritt, führt dies zu ungleichmäßigen Beträgen der den Differenzdrucksensor über die beiden Wege erreichenden Druckpulsierungen, sodass sich der Einfluss der Druckpulsierungen dann in dem Messwert der Druckdifferenz in erheblichem Maße bemerkbar macht.

Da somit lediglich das Verhalten bzw. der Verlauf des Messwertes der Druckdifferenz ohne direkte Überprüfung eines Lecks der Leitung überwacht werden muss, lässt sich die Erfindung auf einfache Weise realisieren.

Hierbei ist die Erfindung insbesondere zur Ermittlung eines Störzustands bzw. einer Funktionsstörung der stromabwärtigen Leitung effektiv einsetzbar, bei der eine Messung insofern mit Schwierigkeiten verbunden ist als nur geringe Änderungen der Druckdifferenz auftreten.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung stellt die Störzustands-Detektorvorrichtung den Bezugswert in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder der Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine und/oder der Partikelmenge im Partikelfilter ein. Da sich der Betrag der Pulsierung der Abgasdruckänderungen in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine, dem Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine und der Partikelmenge im Partikelfilter verändert, kann eine genaue Störzustandsermittlung durch Einstellung des Bezugswertes in Abhängigkeit von diesen Faktoren erfolgen.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung stellt die Störzustands-Detektorvorrichtung den Bezugswert auf einen kleineren Wert ein, wenn höhere Drehzahlen der Brennkraftmaschine und/oder eine geringere Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine und/oder eine geringere Partikelmenge im Partikelfilter vorliegen.

Der Betrag der Pulsierung des Abgasdruckes zeigt eine Tendenz zur Abnahme, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine ansteigt und/oder sich das Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine verringert und/oder die Partikelmenge im Partikelfilter abnimmt. Hierbei verringert sich der Pulsierungsanteil im Messwert der Druckdifferenz. Wenn somit in diesem Falle der Bezugswert auf einen kleineren Wert eingestellt wird, kann eine Unterbrechung der Leitung und dergleichen mit hoher Empfindlichkeit festgestellt werden.

Darüber hinaus wird in vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung die das Partikelfilter und den Differenzdrucksensor auf der Einlassseite des Partikelfilters verbindende Leitung im wesentlichen auf die gleiche Länge wie die das Partikelfilter und den Differenzdrucksensor auf der Auslassseite des Partikelfilters verbindende Leitung eingestellt.

Da auf diese Weise die über die beiden Wege fortschreitenden Phasen der Druckpulsierungen aufeinander abgestimmt bzw. abgeglichen werden können, tritt unter normalen Bedingungen kein nennenswertes Pulsieren des Druckdifferenz-Messwertes auf, sodass sich eine Unterbrechung der Leitung und dergleichen mit hoher Empfindlichkeit feststellen lässt.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung berechnet die Pulsierungsmesseinrichtung einen Mittelwert für mehrere Zylinder als Pulsierungsbetrag der Messwerte der Druckdifferenz, wobei die Störzustands-Detektorvorrichtung diesen Mittelwert mit dem Bezugswert vergleicht.

Da eine Druckpulsierung von einem Verbrennungsvorgang in einem jeweiligen Zylinder hervorgerufen wird, treten bei einer Vielzahl von Zylindern erhebliche Unterschiede auf. Da in diesem Falle jedoch ein Störzustand bzw. eine Funktionsstörung der Leitung auf der Basis eines bei mehreren Zylindern ermittelten Mittelwertes festgestellt wird, lässt sich eine auf Abweichungen bzw. Schwankungen der Druckpulsierung bei einer Vielzahl von Zylindern beruhende fehlerhafte Beurteilung vermeiden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen
1 eine schematische Gesamtdarstellung einer Brennkraftmaschine, bei deren Abgas-Reinigungsanlage eine erfindungsgemäße Störzustands-Detektoreinrichtung Verwendung findet,
2 ein Ablaufdiagramm einer Steuerung, die von einer die Störzustands-Detektoreinrichtung bildenden elektronischen Steuereinheit ausgeführt wird,
3 eine erste grafische Darstellung zur Veranschaulichung eines üblichen Betriebs der Störzustands-Detektoreinrichtung,
4 eine zweite grafische Darstellung zur Veranschaulichung des üblichen Betriebs der Störzustands-Detektoreinrichtung,
5 eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung des Betriebs der Störzustands-Detektoreinrichtung im Normalzustand der Abgas-Reinigungsanlage der Brennkraftmaschine,
6A eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung des Betriebs der Störzustands-Detektoreinrichtung bei einem Störzustand bzw, einer Funktionsstörung der Abgas-Reinigungsanlage der Brennkraftmaschine,
6B eine grafische Darstellung zur Veranschaulichung des Betriebs der Abgas-Reinigungsanlage der Brennkraftmaschine bei einem weiteren Störzustand,
7 eine dritte grafische Darstellung zur Veranschaulichung eines üblichen Betriebs der Störzustands-Detektoreinrichtung,
8A eine vierte grafische Darstellung zur Veranschaulichung des üblichen Betriebs der Störzustands-Detektoreinrichtung,
8B eine fünfte grafische Darstellung zur Veranschaulichung des üblichen Betriebs der Störzustands-Detektoreinrichtung, und
8C eine sechste grafische Darstellung zur Veranschaulichung des üblichen Betriebs der Störzustands-Detektoreinrichtung.
1 zeigt eine Diesel-Brennkraftmaschine mit einer Abgas-Reinigungsanlage gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Eine Brennkraftmaschine 1 umfasst hierbei eine Anzahl von Zylindern, in denen aufeinanderfolgend ein Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrannt wird, wobei die Abtriebsleistung über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Kurbelwelle abgegeben wird. Die nachstehende Beschreibung bezieht sich auf einen Fall, bei dem die Brennkraftmaschine 1 vier Zylinder umfasst. Das von jedem Zylinder nach der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches in dem jeweiligen Zylinder ausgestoßene Abgas wird von einer in einem Abgaskanal 21 angeordneten Vorrichtung gereinigt. Als eine derartige Vorrichtung ist hier ein Partikelfilter 22 in Betracht gezogen, das nachstehend auch als "Diesel-Partikelfilter" (DPF) bezeichnet wird.
Das Diesel-Partikelfilter 22 besteht aus einem wärmebeständigen Keramikmaterial wie Cordierit in Form eines Wabenkörpers, bei dem eine große Anzahl von wechselseitig verschlossenen Zellen als Gaskanäle an beiden Enden des Diesel-Partikelfilters 22 abwechselnd Einlässe 221 und Auslässe 222 bilden. Die Oberfläche der Zellenwände sind mit einem Oxidationskatalysator aus z.B. Platin (Pt) beschichtet. Das Diesel-Partikelfilter 22 umfasst hierbei einen Wabenkörper mit rundem Querschnitt, in dem sich die Wabenstruktur zeigt. Das durch den Abgaskanal 21 in stromabwärtiger Richtung hindurchströmende Abgas tritt durch die porösen Seitenwände der Zellen in dem Diesel-Partikelfilter 22 hindurch, wobei die Partikelstoffe bzw. Partikel festgehalten werden und sich auf diese Weise allmählich ansammeln.
Ein Differenzdrucksensor 45 zur Messung der Druckdifferenz zwischen der Einlassseite und der Auslassseite des Diesel-Partikelfilters 22 ist mit dem Abgaskanal 21 zur Ermittlung der im Diesel-Partikelfilter 22 festgehaltenen Menge an Partikelstoffen (die nachstehend vereinfacht als Partikel bezeichnet werden) verbunden. Ein Endanschluss des Differenzdrucksensors 45 ist über eine Leitung 3a mit dem Einlass 221 des Diesel-Partikelfilters 22 verbunden, während der andere Endanschluss über eine Leitung 3b mit dem Auslass 222 des Diesel-Partikelfilters 22 verbunden ist, wobei ein der Druckdifferenz entsprechendes Ausgangssignal einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 41 zugeführt wird. Die Leitung 3a wird nachstehend auch als "vordere DPF-Leitung 3a'' bezeichnet, während die Leitung 3b nachstehend auch als "hintere DPF-Leitung 3b" bezeichnet wird. Die vordere Leitung 3a und die hintere Leitung 3b besitzen hierbei im wesentlichen die gleiche Länge.
Unmittelbar stromauf des Diesel-Partikelfilters 22 ist ein Abgas-Temperatursensor 46a angeordnet, während unmittelbar stromab des Diesel-Partikelfilters 22 ein Abgas-Temperatursensor 46b angeordnet ist. Diese Abgas-Temperatursensoren 46a und 46b sind mit der elektronischen Steuereinheit 41 verbunden, wobei der Abgas-Temperatursensor 46a die Abgastemperatur am Einlass 221 des Diesel-Partikelfilters 22 (die nachstehend auch als "DPF-Einlassgastemperatur" bezeichnet wird) misst und ein entsprechendes Ausgangssignal der elektronischen Steuereinheit 41 zuführt, während der Abgas-Temperatursensor 46b die Abgastemperatur am Auslass 222 des Diesel-Partikelfilters 22 (die nachstehend auch als "DPF-Auslassgastemperatur" bezeichnet wird) misst und ein entsprechendes Ausgangssignal der elektronischen Steuereinheit 41 zuführt.
Ferner werden der elektronischen Steuereinheit 41 die Ausgangssignale eines die Drehzahl der Brennkraftmaschine erfassenden Drehzahlsensors 42, eines den Öffnungsgrad eines Fahrpedalmoduls (oder einer Drosselklappe) erfassenden Pedalwertgebers (oder eines Drosselklappen-Stellungssensors) 43 sowie eines die Ansaugluftmenge erfassenden Luftdurchflussmessers 44 zugeführt.
Die elektronische Steuereinheit 41 wird im wesentlichen von einem Mikrocomputer gebildet und berechnet die zeitliche Steuerung der Kraftstoffeinspritzung und die Kraftstoffeinspritzmenge in Abhängigkeit von dem sich aus den Ausgangssignalen der vorstehend beschriebenen verschiedenen Sensoren ergebenden Betriebszustand der Brennkraftmaschine, wobei sie darüber hinaus die jeweiligen Elemente der Brennkraftmaschine steuert. Die elektronische Steuereinheit 41 überwacht hierbei die Partikelmenge im Diesel-Partikelfilter 22 und beurteilt, ob der Zeitpunkt der Filterregeneration erreicht ist oder nicht. Diese Beurteilung erfolgt durch Berechnung der Partikelmenge auf der Basis eines zweidimensionalen Kennfeldes, das eine entsprechende Abhängigkeit der Partikelmenge von dem Messwert der DPF-Druckdifferenz und der Abgas-Durchflussrate wiedergibt, wobei beurteilt wird, ob die auf diese Weise berechnete Partikelmenge einen Bezugswert überschreitet oder nicht. Hierbei wird die Abgas-Durchflussrate auf der Basis der von den Abgas-Temperatursensoren 46a und 46b ermittelten DPF-Einlassgastemperatur und DPF-Auslassgastemperatur berechnet. Der Anstieg des molaren Durchflusses auf Grund von Verbrennungsvorgängen kann hierbei natürlich berücksichtigt werden.
Außer der Ansteuerung der Injektoren für die Kraftstoffeinspritzung bei der Brennkraftmaschine 1 steuert die elektronische Steuereinheit 41 auch den Einschaltvorgang einer an einem Armaturenbrett angeordneten Störungsanzeigelampe 51.
Die elektronische Steuereinheit 41 bildet einen Teil der Störzustands-Detektoreinrichtung, wobei die von der elektronischen Steuereinheit 41 durchgeführte Störzustands-Detektionssteuerung des DPF-Druckdifferenz-Messsystems in 2 veranschaulicht ist. In einem Schritt S101 werden die Drehzahl der Brennkraftmaschine, das Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine und die angesammelte Partikelmenge eingelesen. In einem Schritt S102 wird sodann beurteilt, ob sich die Brennkraftmaschine in einem stationären Betriebszustand befindet oder nicht. Wenn hierbei das Ergebnis JA erhalten wird, geht der Ablauf auf einen Schritt S103 über, während im gegenteiligen Falle bei dem Ergebnis NEIN der Ablauf zum Schritt S101 zurückkehrt. Ob sich die Brennkraftmaschine in einem stationären Betriebszustand befindet oder nicht, wird hierbei in Abhängigkeit von dem Umstand beurteilt, ob der Änderungsbetrag der Drehzahl der Brennkraftmaschine innerhalb einer vorgegebenen Zeitdauer einen vorher eingestellten Bezugswert überschreitet oder nicht. Wenn die Drehzahländerung der Brennkraftmaschine unter dem voreingestellten Bezugswert liegt, kann somit die Feststellung getroffen werden, dass sich die Brennkraftmaschine in einem stationären Betriebszustand befindet.
Schritte S103 bis S105 stellen Verarbeitungsschritte eines Pulsierungsmessvorgangs dar. Hierbei wird im Schritt S103 der Signalwert des DPF-Differenzdrucksensors 45 eingelesen (der nachstehend auch als "DPF-Druckdifferenz-Messwert" bezeichnet ist). Der Zeitpunkt des Einlesens ist mit der Drehbewegung der Brennkraftmaschine synchronisiert und erfolgt z.B. bei einem jeweiligen Kurbelwinkel (CA) von 20°.
Der folgende Schritt S104 wird ausgeführt, wenn der DPF-Druckdifferenz-Messwert für einen Kurbelwinkel von 180° zu diesem Zeitpunkt eingelesen worden ist, d.h., in jeweiligen Kurbelwinkelintervallen von 180°. Im Schritt S104 werden die auf diese Weise eingelesenen DPF-Druckdifferenzwerte zur Bestimmung ihrer Maximal- und Minimalwerte miteinander verglichen. Die Differenz zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert wird vorübergehend als Amplitude des DPF-Druckdifferenz-Messwertes gespeichert.
Sodann wird der Schritt S105 ausgeführt, wenn eine viermalige Berechnung und Zwischenspeicherung der im Schritt S104 berechneten Amplitude des DPF-Druckdifferenz-Messwertes erfolgt ist. Im Schritt S105 wird der Mittelwert der viermalig erhaltenen Amplituden des DPF-Druckdifferenz-Messwertes berechnet (der nachstehend auch als "Amplitudenmittelwert" bezeichnet ist). Wenn die bei jedem Kurbelwinkelintervall von 180° erhaltenen Maximalwerte und Minimalwerte mit (Max1, Min1), (Max2, Min2), (Max3, Min3) und (Max4, Min4) bezeichnet werden, ergibt sich der Amplitudenmittelwert aus der nachstehenden Gleichung: Amplitudenmittelwert = = [(Max1 – Min1) + (Max2 – Min2) + (Max3 – Min3) + (Max4 – Min4)]/4 (1)
Schritte S106 und S107 stellen Verarbeitungsschritte eines Störzustands-Ermittlungsvorgangs dar. Hierbei wird im Schritt S106 ein Störzustands-Beurteilungswert als Bezugswert für die Beurteilung berechnet, ob ein nicht normaler Amplitudenmittelwert vorliegt oder nicht. Dieser Störzustands-Beurteilungswert wird auf der Basis der im Schritt S101 eingelesenen Werte der Drehzahl der Brennkraftmaschine, des Ausgangsdrehmoments der Brennkraftmaschine und der Partikelmenge berechnet. Die Berechnung erfolgt hierbei auf der Basis eines eindimensionalen Kennfeldes, bei dem der Störzustands-Beurteilungswert von der Drehzahl der Brennkraftmaschine, dem Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine und der Partikelmenge abhängt. Bei diesem Kennfeld wird ein kleinerer Störzustands-Beurteilungswert vorgegeben, wenn eine höhere Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder ein kleineres Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine und/oder eine geringere Partikelmenge vorliegen. Das Kennfeld ist in einem Festspeicher zusammen mit dem Steuerprogramm abgespeichert.
Alternativ kann ein mit Hilfe eines eindimensionalen Kennfeldes bestimmter und der Drehzahl der Brennkraftmaschine entsprechender Basiswert des Störzustands-Beurteilungswertes mit Hilfe von Multiplikationskoeffizienten korrigiert werden, die dem Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine und der Partikelmenge entsprechen. Die Korrekturkoeffizienten sind hierbei derart eingestellt bzw. vorgegeben, dass sie mit abnehmendem Ausgangsdrehmoment der Brennkraftmaschine und abnehmender Partikelmenge kleinere Werte annehmen.
Zur möglichst einfachen Ermittlung eines Störzustandes kann der Störzustands-Beurteilungswert auch mit Hilfe eines eindimensionalen Kennfeldes in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine bestimmt werden. In diesem Falle erfolgt bei der Störzustandsermittlung die Festlegung des Störzustands-Beurteilungswertes bei Maximalwerten des Ausgangsdrehmomentes der Brennkraftmaschine und der Partikelmenge. Durch diese Vorgehensweise lässt sich die für die Festlegung des Störzustands-Beurteilungswertes erforderliche Zeitdauer in erheblichem Maße verkürzen.
Im Schritt S107 wird sodann beurteilt, ob der im Schritt S105 berechnete Amplitudenmittelwert den im Schritt S106 berechneten Störzustands-Beurteilungswert überschreitet. Wenn hierbei das Ergebnis JA erhalten wird, wird im Schritt S108 die Störungsanzeigelampe 51 eingeschaltet und damit der Fahrer über das Vorliegen eines Störzustandes informiert. Wenn dagegen das Ergebnis NEIN erhalten wird, kehrt der Ablauf zum Schritt S101 zurück.
Durch den vorstehend beschriebenen Aufbau besitzt dieses Ausführungsbeispiel die nachstehend näher beschriebenen Vorteile. 3 zeigt die zeitabhängigen Änderungen des in jeweiligen Kurbelwinkelintervallen von 20° eingelesenen Ausgangssignals des Differenzdrucksensors 45. Die durch den Verbrennungsvorgang des Luft-Kraftstoff-Gemisches auf den sich von der Brennkraftmaschine 1 über den Abgaskanal 21 fortsetzenden Abgasdruck einwirkenden Einflüsse sind erkennbar. Der Pulsierungszyklus (Pulsierungsperiode) entspricht hierbei im wesentlichen einem Kurbelwinkel von 180°, da die Druckpulsation von dem Verbrennungsvorgang des Luft-Kraftstoff-Gemisches herbeigeführt wird und der Verbrennungsvorgang des Luft-Kraftstoff-Gemisches bei einer 4-Zylinder-Brennkraftmaschine in Kurbelwinkelintervallen von im wesentlichen 180° erfolgt. Unter Berücksichtigung dieser Faktoren werden somit bei diesem Ausführungsbeispiel der Maximalwert und der Minimalwert der DPF-Druckdifferenz-Messwerte im Bereich eines Kurbelwinkels von im wesentlichen 180° bestimmt (Schritt S104). Eine viermalige Pulsierung wird sodann gemittelt (Schritt S105), um den Mittelwert für sämtliche vier Zylinder zu berechnen, in denen aufeinanderfolgend ein Verbrennungsvorgang erfolgt. Auf diese Weise lassen sich Abweichungen bei den einzelnen Zylindern unterdrücken.
Wenn ein Störzustand wie ein Bruch der Leitungswand der Leitung 3a und 3b, ein Abdichtungsdefekt und ein Lösen der Verbindung mit dem Abgaskanal 21, eine Verstopfung und dergleichen auftritt, wird das Vorliegen eines solchen Störzustands unter Verwendung des auf diese Weise gebildeten Amplitudenmittelwertes in der nachstehend näher beschriebenen Weise festgestellt und die Störungsanzeigelampe 51 eingeschaltet. 4 zeigt die zeitabhängige Änderung des Abgasdruckes, wobei der über die vordere DPF-Leitung 3a zugeführte vordere DPF-Abgasdruck und der über die hintere DPF-Leitung 3b zugeführte hintere DPF-Abgasdruck dargestellt sind. 5 zeigt die von dem DPF-Differenzdrucksensor 47 bei Nichtvorliegen des vorstehend beschriebenen Störzustands im Normalzustand gemessene DPF-Druckdifferenz, d.h., die Differenz zwischen dem vorderen DPF-Abgasdruck und dem hinteren DPF-Abgasdruck.
Da die Länge der vorderen DPF-Leitung 3a auf die Länge der hinteren DPF-Leitung 3b eingestellt ist, stellt die Differenz der Ausbreitungszeit der Druckpulsierung zwischen dem vorderen DPF-Abgasdruck und dem hinteren DPF-Abgasdruck die Differenz dar, die dadurch gegeben ist, ob das Diesel-Partikelfilter 22 im Wege der Druckpulsierung vorhanden ist oder nicht und die demzufolge relativ gering ist. Obwohl die abgasdruckbedingte Pulsierung auch bei dem vorderen DPF-Abgasdruck auftritt, kompensieren sich im Normalzustand der Leitungen 3a und 3b die Anteile der Druckpulsierung des vorderen DPF-Abgasdruckes und des hinteren DPF-Abgasdruckes in einem derartigen Ausmaß, dass der Einfluss der Druckpulsierung nur gering ist, wie dies in 5 veranschaulicht ist. Wenn jedoch ein Störzustand wie ein Bruch in der hinteren DPF-Leitung 3b oder eine Unterbrechung der Verbindung mit dem in Bezug auf den atmosphärischen Luftdruck einen Überdruck führenden Abgaskanal 21 auf Grund einer Verstopfung der hinteren DPF-Leitung 3b vorliegt, fällt der hintere DPF-Abgasdruck z.B. auf Grund eines Lecks von einem solchen Bruch im wesentlichen auf den atmosphärischen Luftdruck ab, wie dies in 6B veranschaulicht ist, sodass sich auch in diesem Falle die Druckpulsierung verringert. Dies hat allerdings zur Folge, dass eine große Amplitude des DPF-Druckdifferenz-Messwertes auftritt, sodass ein Störzustand der Leitung 3b festgestellt werden kann, wenn die Amplitude den Störzustands-Beurteilungswert überschreitet.
Gemäß 6A, in der der Fall des Vorliegens eines Störzustandes wie eines Bruches der vorderen DPF- Leitung 3a veranschaulicht ist, verringert sich dagegen die Druckpulsierung bei dem vorderen DPF-Abgasdruck auf Grund des auf einem solchen Bruch beruhenden Leckes, wobei ebenfalls eine große Amplitude der DPF-Druckdifferenz erhalten wird.
Bei einer (durch das Symbol a gemäß 7 gekennzeichneten) kleineren Amplitude kann somit durch Vergleich der Amplitude des DPF-Druckdifferenz-Messwertes mit dem Störzustands-Beurteilungswert die Feststellung getroffen werden, dass ein Normalzustand vorliegt, während bei einer (durch das Symbol b in 7 gekennzeichneten) größeren Amplitude das Vorliegen eines Störzustands ermittelt werden kann.
Wenn hierbei ein Störzustand wie ein Bruch oder Riss in der vorderen DPF-Leitung 3a auftritt, nimmt die DPF-Druckdifferenz einen negativen Wert an, sodass sich das Vorliegen eines Störzustands auf Grund dieses negativen Wertes ermitteln lässt. Wenn dagegen ein Störzustand bei der hinteren DPF-Leitung 3b vorliegt, tritt eine solche Änderung nicht auf. Dies möglicht eine sehr effektive Verwendung der Erfindung.
In den 8A bis 8C sind zeitabhängige Veränderungen der DPF-Druckdifferenz bei verschiedenen Drehzahlen der Brennkraftmaschine veranschaulicht, wobei in den 8A, 8B und 8C von niedrigen Drehzahlen zu höheren Drehzahlen übergegangen wird. Wie den Figuren zu entnehmen ist, verringert sich die Amplitude der DPF-Druckdifferenz mit steigenden Drehzahlen. In Abhängigkeit von dem festgelegten Störzustands-Beurteilungswert kann somit im Bereich hoher Drehzahlen die Feststellung des Vorliegens eines Störzustands mit Schwierigkeiten verbunden sein, obwohl sich ein solcher Störzustand im niedrigen Drehzahlbereich in angemessener Weise ermitteln lässt. Der Störzustands-Beurteilungswert wird daher zur Verbesserung der Beurteilungsgenauigkeit vorzugsweise verringert, jedoch besteht dann im Normalzustand bei niedrigen Drehzahlen die Gefahr einer fehlerhaften Beurteilung des Vorliegens eines Störzustands. Der Störzustands-Beurteilungswert lässt sich daher in einer mehr geeigneten Weise festlegen, indem wie im Falle dieses Ausführungsbeispiels bei höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine ein kleinerer Störzustands-Beurteilungswert vorgegeben wird (Schritt S106).
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die nach dem Schritt S103 erfolgende Verarbeitung nur ausgeführt, wenn als Betriebszustand ein stationärer Betriebszustand vorliegt, wobei im Falle eines Übergangsbetriebszustandes wie bei einer Beschleunigung auch die Ermittlung des Vorliegens eines Störzustandes der Leitungen 3a und 3b auf der Basis des DPF-Druckdifferenz-Messwertes nicht ausgeführt wird (Schritte S101 und S102). Auf diese Weise lässt sich die Genauigkeit der Ermittlung des Vorliegens eines Störzustandes bei den Leitungen 3a und 3b weiter verbessern.
Obwohl bei diesem Ausführungsbeispiel die Amplituden der DPF-Druckdifferenz-Messwerte für die vier Zylinder zur Bildung des Amplitudenmittelwertes gemittelt werden, kann diese Mittelwertbildung auch für mehr als vier Zylinder oder für weniger als vier Zylinder erfolgen.
Alternativ kann die Amplitude des bei jedem Kurbelwinkel von 180° erhaltenen DPF- Druckdifferenzwertes auch in Verbindung mit dem vorstehend beschriebenen Störzustands-Beurteilungswert ohne Berechnung eines Mittelwertes detektiert werden.
Wenn somit kein Störzustand bei der Leitungsführung vorliegt, über die ein Differenzdrucksensor 45 mit dem an der Vorderseite und Rückseite eines Diesel-Partikelfilters 22 anstehenden Druck beaufschlagt wird, kompensieren sich über einen Abgaskanal 21 fortsetzende Druckpulsierungen in dem von dem Differenzdrucksensor 45 gebildeten Druckdifferenz-Messwert, sodass die auf die Druckpulsierung zurückzuführende Amplitude des Messwertes der DPF-Druckdifferenz einen geringen Wert annimmt. Wenn dagegen ein Riss oder ein Bruch in einer der Leitungen 3a und 3b vorliegt, macht sich der Einfluss der Druckpulsierung in der DPF-Druckdifferenz bemerkbar, sodass die Amplitude des Messwertes der DPF-Druckdifferenz einen hohen Wert annimmt. Unter Ausnutzung dieser Erscheinung wird die Amplitude des Messwertes der DPF-Druckdifferenz mit einem Bezugswert verglichen und bei Vorliegen eines hohen Amplitudenwertes als nicht normal beurteilt.

Claims

Störzustands-Detektoreinrichtung für eine Abgas-Reinigungsanlage einer Brennkraftmaschine mit einem Partikelfilter zum Auffangen von im Abgas enthaltenen Partikelstoffen, die in einem Zwischenbereich eines Abgaskanals durch Beaufschlagung eines Differenzdrucksensors über entsprechende Leitungen mit dem Einlassdruck und dem Auslassdruck des Partikelfilters angeordnet ist, die Druckdifferenz zwischen dem Einlass und dem Auslass des Partikelfilters über den Differenzdrucksensor ermittelt und die in dem Partikelfilter angesammelte Partikelmenge erfasst, gekennzeichnet durch eine Pulsierungsmesseinrichtung zur Messung des Pulsierungsbetrages eines Messwertes der Druckdifferenz, und eine Störzustands-Detektorvorrichtung, die das Vorliegen eines Störzustands der Leitungen feststellt, wenn der Pulsierungsbetrag des ermittelten Druckdifferenz-Messwertes einen vorgegebenen Bezugswert überschreitet.
Störzustands-Detektoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Störzustands-Detektorvorrichtung den Bezugswert in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine und/oder der Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine und/oder der Partikelmenge im Partikelfilter einstellt.
Störzustands-Detektoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Störzustands-Detektorvorrichtung den Bezugswert auf einen kleineren Wert einstellt, wenn höhere Drehzahlen der Brennkraftmaschine und/oder eine geringere Ausgangsleistung der Brennkraftmaschine und/oder eine geringere Partikelmenge im Partikelfilter vorliegen.
Störzustands-Detektoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die das Partikelfilter und den Differenzdrucksensor auf der Einlassseite des Partikelfilters verbindende Leitung im wesentlichen auf die gleiche Länge wie die das Partikelfilter und den Differenzdrucksensor auf der Auslassseite des Partikelfilters verbindende Leitung eingestellt ist.
Störzustands-Detektoreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pulsierungsmesseinrichtung einen Mittelwert für mehrere Zylinder als Pulsierungsbetrag der Messwerte der Druckdifferenz berechnet und dass die Störzustands-Detektorvorrichtung den Mittelwert mit dem Bezugswert vergleicht.