DE102007011487A1 - Method for monitoring the functionality of a particulate filter, and corresponding exhaust system - Google Patents
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Abstract
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines von Abgas durchströmten Partikelfilters (1) zeichnet sich dadurch aus, dass die Temperatur (9) des Abgases (3) nach Druchströmen des Partikelfilters (1) erfasst wird und dann, wenn die Temperatur (9) größer oder gleich einer vorgebbaren Grenztemperatur (13) ist, ein Fehlersignal bereitgestellt wird. Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt in vorteilhaft einfacher Weise die Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Partikelfilters (1). Die Grenztemperatur (13) ist insbesondere so gewählt, dass bei ihrem Vorliegen mit hoher Wahrscheinlichkeit eine Fehlfunktion oder ein Versagen des Partikelfilters vorliegt. Bevorzugt wird die Grenztemperatur (13) deutlich höher, beispielsweise um etwa 200°C (Celsius), als eine Betriebstemperatur des Partikelfilters (1), insbesondere während einer kontinuierlichen Regeneration, gewählt. Alternativ kann die Grenztemperatur (13) auch im Bereich einer Desintegrationstemperatur, bei der es zu irreversiblen Schädigungen des Partikelfilters (1) bis zur Zerstörung kommt, gewählt werden.The method according to the invention for monitoring the functionality of a particle filter (1) through which exhaust gas flows is characterized in that the temperature (9) of the exhaust gas (3) is detected after the particle filter (1) flows through, and then when the temperature (9) is greater or equal to a predeterminable limit temperature (13), an error signal is provided. The inventive method allows advantageously simple way to monitor the functionality of a particulate filter (1). The limit temperature (13) is chosen in particular such that there is a high probability of malfunction or failure of the particulate filter in their presence. The limit temperature (13) is preferably selected to be significantly higher, for example by about 200 ° C. (Celsius), than an operating temperature of the particulate filter (1), in particular during continuous regeneration. Alternatively, the limit temperature (13) can also be selected in the region of a disintegration temperature at which irreversible damage to the particle filter (1) occurs until it is destroyed.
Description
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines von Abgas durchströmten Partikelfilters, sowie ein entsprechendes Abgassystem. Die Erfindung kann in vorteilhafter Weise in Abgassystemen, insbesondere von Verbrennungskraftmaschine eingesetzt werden. Die Erfindung bezieht sich auf die sogenannte "On board" Diagnose (OBD) von Elementen im Abgassystem von Verbrennungskraftmaschine, insbesondere in Automobilen.object The present invention is a method for monitoring the functionality of an exhaust gas flowed through Particulate filter, and a corresponding exhaust system. The invention can advantageously in exhaust systems, in particular of internal combustion engine be used. The invention relates to the so-called "On board" diagnosis (OBD) of elements in the exhaust system of internal combustion engine, especially in automobiles.
Weitweit werden in vielen Ländern Abgasgrenzwerte gesetzlich vorgegeben, die vom Abgas von Verbrennungskraftmaschinen eingehalten werden müssen. Viele gesetzlichen Vorschriften verlangen auch die Überwachung der Funktionsfähigkeit der eingesetzten Systeme zur Abgasaufbereitung, die sogenannte "On board" Diagnose (OBD).far far In many countries exhaust emission limits are set by law, which are complied with by the exhaust gas from internal combustion engines have to. Many legal requirements also require the monitoring of the functionality of the used Systems for exhaust gas treatment, the so-called "on-board" diagnosis (OBD).
Zur Reduktion des Anteils an Partikeln im Abgas werden Partikelfilter eingesetzt, die beispielsweise aus Wabenkörpern mit wechselweise verschlossenen Kanälen bestehen. Bei Partikelfiltern wird die On Board Diagnose üblicherweise über den Druckabfall über den Partikelfilter bestimmt. Bei zu großem Druckabfall wird auf eine Fehlfunktion des Partikelfilters geschlossen. Für die Bestimmung des Druckabfalls müssen zwei Druckwerte vorliegen, die erfasst werden müssen.to Reduction of the proportion of particles in the exhaust gas become particle filters used, for example, honeycomb bodies with alternately consist of closed channels. In particulate filters is the on-board diagnosis usually about the pressure drop over determines the particle filter. If the pressure drops too much is concluded that a malfunction of the particulate filter. For the determination of the pressure drop must be two pressure values that must be recorded.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung eines Partikelfilters und ein entsprechendes Abgassystem vorzuschlagen, bei dem eine einfachere Erfassung und Auswertung von Messwerten erfolgen kann.Of these, The invention is based on the object, a method for monitoring a particulate filter and a corresponding Propose exhaust system, in which a simpler detection and Evaluation of measured values can be done.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche sind auf vorteilhafte Weiterbildungen gerichtet.These Task is solved by the independent claims. The dependent claims are advantageous Training courses addressed.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines von Abgas durchströmten Partikelfilters, beruht darauf, dass die Temperatur des Abgases nach Durchströmen des Partikelfilters erfasst wird und dann, wenn die Temperatur größer oder gleich einer vorgebbaren Grenztemperatur ist, ein Fehlersignal bereitgestellt wird.The Inventive method for monitoring the functionality of an exhaust gas flowed through Particulate filter, based on the temperature of the exhaust gas is detected after flowing through the particulate filter and then if the temperature is greater than or equal to one specifiable limit temperature, an error signal is provided becomes.
Unter
der Bereitstellung eines Fehlersignals wird insbesondere verstanden,
dass dieses für den Benutzer oder Überwacher der
Verbrennungskraftmaschine, in deren Abgassystem der Partikelfilter ausgebildet
ist, erkennbar ist, beispielsweise in Form eines optischen und/oder
akustischen Signals. Unter einem Partikelfilter wird ein geschlossener
Filter verstanden, welcher wechselweise verschlossene Kanäle
aufweist, die den Abgasstrom durch die Wände zwischen Kanälen
zwingen, aber insbesondere auch ein so genannter Nebenstromfilter
(auch offener Filter genannt), bei dem nicht der gesamte Abgasstrom durch
die Wände gezwungen wird, sondern vielmehr nur ein Nebenstrom
des Abgases durch die Wände strömen kann. Die
Grundlagen solcher Filter sind beispielsweise aus der
Unter der Erfassung der Temperatur des Abgases nach Durchströmen des Partikelfilters wird insbesondere auch eine Messung verstanden. Es kann jedoch die Temperatur nicht nur stromabwärts des Partikelfilters, sondern auch innerhalb des Partikelfilters gemessen und dann entsprechend auf die Temperatur des Abgases nach Durchströmen des Partikelfilters geschlossen werden.Under the detection of the temperature of the exhaust gas after flowing through the particulate filter is understood in particular a measurement. However, the temperature can not only be downstream of the particulate filter, but also measured within the particulate filter and then accordingly on the temperature of the exhaust gas after flowing through the particulate filter getting closed.
Die Erfassung der Temperatur stellt insbesondere eine Messung, bevorzugt mit mindestens einem der folgenden Sensoren dar:
- a) ein Bauteil, insbesondere ein Heiß- oder Kaltleiter, dessen elektrischer Widerstand sich abhängig von der Temperatur ändert;
- b) ein Halbleiter-Temperatursensoren;
- c) ein Wärmefühler mit Schwingquarz als Messelement, dessen Resonanzfrequenz sich abhängig von der Temperatur ändert;
- d) ein Thermoelement;
- e) ein pyroelektrisches Messelement;
- f) ein Bimetallstreifen;
- g) ein Curie-Effekt-Temperatursensor; und
- h) ein Temperatursensor, der auf dem Raman-Effekt basiert, beispielsweise verteilte faseroptische Temperatursensoren.
- a) a component, in particular a hot or cold conductor whose electrical resistance changes depending on the temperature;
- b) a semiconductor temperature sensors;
- c) a quartz crystal thermal sensor as a measuring element, the resonant frequency of which changes as a function of the temperature;
- d) a thermocouple;
- e) a pyroelectric measuring element;
- f) a bimetal strip;
- g) a Curie effect temperature sensor; and
- h) a temperature sensor based on the Raman effect, for example distributed fiber optic temperature sensors.
Die Messung erfolgt im hinteren Bereich des Partikelfilters, bevorzugt in den letzten 15%, besonders bevorzugt in den letzten 10%, oder auch den letzten 5% der Länge des Partikelfilters oder kurz hinter diesem, beispielsweise weniger als 5 cm (Zentimeter) hinter dem Partikelfilter, besonders bevorzugt weniger als 3 cm hinter diesem. Die Grenztemperatur beträgt bevorzugt 900°C (Celsius), 1000°C, 1100°C oder sogar 1200°C. Besonders bevorzugt ist hierbei eine Grenztemperatur von 900°C. Die Grenztemperatur ist eine Gastemperatur, die oftmals unterhalb der Materialtemperatur des Partikelfilters liegt. Somit kann bereits bei Gastemperaturen von 900°C eine Schädigung des Partikelfilters erfolgen, wenn hier die Temperaturen höher liegen.The Measurement takes place in the rear region of the particle filter, preferably in the last 15%, more preferably in the last 10%, or also the last 5% of the length of the particulate filter or just behind this, for example less than 5 cm (centimeters) behind the particulate filter, more preferably less than 3 cm behind this. The limit temperature is preferably 900 ° C (Celsius), 1000 ° C, 1100 ° C or even 1200 ° C. Particularly preferred here is a limit temperature of 900 ° C. The limit temperature is a gas temperature, often below the Material temperature of the particulate filter is. Thus already can at gas temperatures of 900 ° C damage of the particulate filter, if the temperatures are higher here lie.
Insbesondere kann die Bereitstellung des Fehlersignals auch abhängig von der Länge der Zeit erfolgen, in der die Temperatur über der Grenztemperatur liegt. Hier ist eine Gewichtung mit der Temperaturdifferenz zwischen Temperatur und Grenztemperatur vorteilhaft, bei der ein Fehlersignal in Abhängigkeit von dem Integral des Temperaturverlaufs oberhalb der Grenztemperatur erfolgt. So wird ein Fehlersignal bei kleinen Temperaturdifferenzen (also einer geringen Überschreitung der Grenztemperatur) nach einer ersten Zeit und bei großen Temperaturdifferenzen nach einer zweiten Zeit bereitgestellt, wobei die erste Zeit langer als die zweite Zeit ist.In particular, the provision of the error signal may also depend on the length of time take place, in which the temperature is above the limit temperature. Here, a weighting with the temperature difference between temperature and limit temperature is advantageous, in which an error signal occurs as a function of the integral of the temperature profile above the limit temperature. Thus, an error signal is provided at small temperature differences (ie a slight overshoot of the limit temperature) after a first time and at large temperature differences after a second time, wherein the first time is longer than the second time.
Das erfindungsgemäße Verfahren erlaubt in vorteilhaft einfacher Weise, die Funktionsfähigkeit eines Partikelfilters basierend auf einem einzigen Messwert zu überwachen. Insbesondere bei Partikelfiltern, die kontinuierlich durch Stickstoffdioxid (NO2) regeneriert werden, die also nach dem so genannten CRT (continuously regenerating trap)-Verfahren betrieben werden, hat sich das erfindungsgemäße Verfahren als besonders vorteilhaft erwiesen, da diese Partikelfilter üblicherweise in einem bestimmten Temperaturfenster, nämlich 200 bis 500°C (Celsius), insbesondere 300 bis 400°C betrieben werden und jegliche deutliche Abweichung nach oben einen Hinweis auf einen gestörten oder fehlerhaften Betriebszustand gibt.The method according to the invention advantageously allows simple monitoring of the functionality of a particle filter based on a single measured value. Particularly in the case of particle filters which are continuously regenerated by nitrogen dioxide (NO 2 ), ie which are operated according to the so-called CRT (continuously regenerating trap) process, the process according to the invention has proved to be particularly advantageous, since these particle filters usually have a specific temperature window , namely 200 to 500 ° C (Celsius), in particular 300 to 400 ° C are operated and any significant upward deviation gives an indication of a faulty or faulty operating condition.
Ein andere Möglichkeit liegt in der Regeneration über Sauerstoff, bei dem ein Russabbrand der Russ enthaltenden Partikel im Partikelfilter über eine Oxidation mit Sauerstoff erfolgt. Hierbei liegt die durchschnittliche Betriebstemperatur bei 430 bis 600°C im Falle einer entsprechenden katalytisch aktiven Beschichtung des Partikelfilters oder bei 600 bis 700°C ohne eine solche Beschichtung.One another possibility lies in the regeneration over Oxygen, in which a Rußabbrand the soot-containing particles takes place in the particle filter via an oxidation with oxygen. The average operating temperature is 430 to 600 ° C in the case of a corresponding catalytically active coating of the Particulate filter or at 600 to 700 ° C without such Coating.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Partikelfilter zumindest teilweise aus Metall aufgebaut.According to one advantageous embodiment of the invention Method is the particulate filter at least partially made of metal built up.
Beispielsweise kann der Partikelfilter aus mindestens einer metallischen Lage oder mindestens einer zumindest teilweise strukturierten und einer im wesentlichen glatten Lage aufgebaut sein. Bevorzugt sind die metallischen Lagen miteinander verbunden, insbesondere stoffschlüssig wie beispielsweise durch Löten („brazing").For example the particle filter can be made of at least one metallic layer or at least one at least partially structured and one in the be constructed substantially smooth. The metallic ones are preferred Layers connected to each other, in particular cohesively such as by brazing.
Bevorzugt ist eine Ausgestaltung des Verfahrens, bei dem die Grenztemperatur mindestens 200°C oberhalb einer durchschnittlichen Betriebstemperatur des Partikelfilters liegt.Prefers is an embodiment of the method in which the limit temperature at least 200 ° C above an average operating temperature the particulate filter is located.
Insbesondere bei im CRT-Verfahren betriebenen Partikelfiltern hat sich ein so deutlicher Anstieg der Betriebstemperatur als Signal für einen fehlerhaften Betriebszustand des Partikelfilters erwiesen.Especially in the CRT-operated particle filters has such significant increase in operating temperature as a signal for a faulty operating condition of the particulate filter proven.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht die Grenztemperatur einer Desintegrationstemperatur des Partikelfilters.According to one further advantageous embodiment of the invention Process corresponds to the limit temperature of a disintegration temperature of the particulate filter.
Unter der Desintegrationstemperatur wird insbesondere eine Temperatur verstanden, bei der eine irreversible Schädigung des Partikelfilters erfolgt. Bevorzugt ist dies bei verlöteten Partikelfiltern im Wesentlichen die Löttemperatur. Somit kann bei erreichen der Grenztemperatur von einer ernsthaften Schädigung des Partikelfilters, insbesondere der zumindest teilweisen Zerstörung des Partikelfilters ausgegangen werden. Hier ermöglicht ein entsprechendes Fehlersignal einen schnellen Austausch eines beschädigten Partikelfilters.Under the temperature of disintegration becomes, in particular, a temperature understood in which an irreversible damage to the particulate filter he follows. This is preferred in soldered particulate filters in Essentially the soldering temperature. Thus can reach at the limit temperature of a serious injury to the Particulate filter, in particular the at least partial destruction of the particulate filter are assumed. Here possible a corresponding error signal a quick replacement of a damaged Particulate filter.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Temperatur mit einem ein Messsignal abgebenden elektromagnetischen Temperatursensor erfasst.According to one further advantageous embodiment of the invention Method is the temperature with a measuring signal emitting electromagnetic Temperature sensor detected.
Unter einem solchen Temperatursensor wird insbesondere Thermoelement, ein Thermowiderstand, ein Heißleiter, ein Kaltleiter, ein Halbleiter-Thermosensor, ein Thermofühler mit Schwingquarz, ein pyroelektrisches Messelement und/oder Curie-Effekt-Temperatursensor verstanden. Bevorzugt ist der Einbau eines Thermowiderstandes, eines Thermoelementes und/oder eines PTC-Materials (positive temperature coefficient, positiver Temperaturkoeffizient). Bevorzugt wird unter einem Messsignal eine elektrische Spannung verstanden.Under Such a temperature sensor is in particular a thermocouple, a thermoresistor, a thermistor, a thermistor, a Semiconductor thermosensor, a quartz thermocouple, a pyroelectric measuring element and / or Curie effect temperature sensor Understood. Preference is given to the installation of a thermoresistor, a thermocouple and / or a PTC material (positive temperature coefficient, positive temperature coefficient). Preference is given to a measurement signal understood an electrical voltage.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Fehlersignal bereitgestellt, wenn das Messsignal ausbleibt.According to one further advantageous embodiment of the invention Method, the error signal is provided when the measurement signal is missing.
Hierunter wird insbesondere verstanden, dass der Temperatursensor kein Messsignal abgibt, einen unendlichen elektrischen Widerstand aufweist oder ähnliches. Dies ist ein Indiz davor, dass auch der Temperatursensor irreversibel geschädigt, beispielsweise zerstört wurde.this includes is understood in particular that the temperature sensor no measurement signal outputs, has an infinite electrical resistance or the like. This is an indication that the temperature sensor is also irreversible damaged, for example, was destroyed.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zumindest das Auftreten eines Fehlersignals auslesbar abgespeichert.According to one further advantageous embodiment of the invention Method, at least the occurrence of an error signal is stored readable.
Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise bei einer späteren Wartung das Auslesen der abgegebenen Fehlersignale, bevorzugt mit Datum und Uhrzeit, sowie Länge des Auftretens des Fehlersignals. Weitere Daten zum Auftreten des Fehlersignals sind abspeicherbar.This allows advantageously at a later Maintenance the reading of the output error signals, preferably with Date and time, as well as the length of the occurrence of the error signal. Further data on the occurrence of the error signal can be stored.
Zusätzlich wird ein Abgassystem zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgeschlagen, das zumindest einen Partikelfilter und einen stromabwärts des Partikelfilters ausgebildeten Temperatursensor zur Überwachung der Temperatur des Partikelfilters umfasst.In addition, an exhaust system for carrying out the method according to the invention is proposed, the at least one particulate filter and ei NEN downstream of the particulate filter formed temperature sensor for monitoring the temperature of the particulate filter comprises.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren offenbarten Details und Vorteile lassen sich in gleicher Weise auf das erfindungsgemäße Abgassystem anwenden und übertragen und umgekehrt. Im Folgenden wird die Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert, ohne auf die dort gezeigten Details und Ausführungsbeispiele beschränkt zu sein. Es zeigen schematisch:The disclosed for the inventive method Details and advantages can be in the same way to the inventive Apply and transfer the exhaust system and vice versa. Hereinafter The invention will be more apparent from the accompanying drawings explained, without reference to the details and embodiments shown there to be limited. They show schematically:
Das
erfindungsgemäße Verfahren erlaubt es vorteilhaft
einfacher Weise die Überwachung der Funktionsfähigkeit
eines Partikelfilters
- 11
- Partikelfilterparticulate Filter
- 22
- Abgassystemexhaust system
- 33
- Abgasexhaust
- 44
- Temperatursensortemperature sensor
- 55
- erste Signalleitungfirst signal line
- 66
- Steuerungcontrol
- 77
- zweite Signalleitungsecond signal line
- 88th
- Schnittstelleinterface
- 99
- Temperaturverlauftemperature curve
- 1010
- erste Temperaturspitzefirst temperature peak
- 1111
- zweite Temperaturspitzesecond temperature peak
- 1212
- dritte Temperaturspitzethird temperature peak
- 1313
- Grenztemperaturlimit temperature
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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