DE102008031646B4

DE102008031646B4 - Verfahren zur Erkennung eines Defektes eines Partikelfilters eines Kraftfahrzeuges durch Messung der Partikelbeladung des Filters

Info

Publication number: DE102008031646B4
Application number: DE102008031646A
Authority: DE
Inventors: Dr. Bierl Rudolf; Manfred Weigl
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2013-08-08
Anticipated expiration: 2028-07-05
Also published as: DE102008031646A1

Abstract

Verfahren zur Erkennung eines Defekts eines Partikelfilters eines Kraftfahrzeuges durch eine Messung der Partikelbeladung des Filters, bei dem – über Rechenmodelle die Partikelemission des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs abgeschätzt und der Verlauf der Filterbeladung berechnet wird, – die Filterbeladung direkt gemessen wird, – die berechnete und die gemessene Beladung verglichen werden, wobei – bei einem frischen oder regenerierten Filter der berechnete Verlauf der Filterbeladung mit dem gemessenen Verlauf der Filterbeladung verglichen wird, um die Rechenmodelle an den gemessenen Verlauf anzupassen, und – aus einem Unterschied des Verlaufs zwischen berechneter und gemessener Beladung ein Defekt des Partikelfilters erkannt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Defektes eines Partikelfilters eines Kraftfahrzeuges durch Messung der Partikelbeladung des Filters nach Anspruch 1.
Gemäß zukünftigen Gesetzgebungen müssen Partikelfiltersysteme so genau überwacht werden, dass Defekte, welche eine Überschreitung entsprechender Grenzwerte verursachen, rechtzeitig erkannt werden. Eine Fehlererkennung im Partikelfiltersystem erfordert eine möglichst genaue Messung der Filterbeladung mit Ruß.
Die DE 600 25 636 T2 beschreibt ein Verfahren zur Diagnose eines Abgassystems eines Verbrennungsmotors vom Typ mit einem Partikelfilter und gesteuerten Mitteln als Regenerationshilfe. Das hier offenbarte Diagnoseverfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht, über Berechnungsmittel eine Schätzung des Beladungsgrades an dem Filter gefangenen Partikeln aufzustellen und diese Schätzung mit dem Wert zu vergleichen, der von den Kontroll- und Messmitteln erzeugt wird.
Die US 2005/0268597 A beschreibt eine Abgasemissionssteuervorrichtung für Brennkraftmaschinen. In einem stationären Zustand der Brennkraftmaschine wird die Partikelbeladung auf Grund einer Differenzdruckmessung im Partikelfilger bestimmt. Im stationären Betriebszustand der Brennkraftmaschine wird die Partikelemission auf Grund des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine berechnet. Weiterhin lehrt dieses Dokument den Fachmann, dass eine Abweichung zwischen den Verläufen der Partikelemission bei einem intakten Filter Null betragen muss.
Die DE 103 47 506 A1 offenbart ein Partikelfiltersystem für ein Abgassystem einer Dieselbrennkraftmaschine, mit zumindest einem in einem Abgasstrang angeordneten Partikelfilter und einem Sensor zur Ermittlung des Beladungszustandes des Partikelfilters. Um auf möglichst einfache und verlässliche Weise den Beladungszustand eines Partikelfilters ermitteln zu können, ist vorgesehen, dass das Sensorsystem zumindest einen mit dem Abgassystem strömungs- oder mechanisch verbundenen akustischen Sensor zur Ermittlung einer den Partikelfilter passierenden Schallfrequenz aufweist.
EP 1 564 387 A1 offenbart ein Verfahren zum Betreiben eines Partikelfilters. Der Partikelfilter ist hierzu im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordnet. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine erfolgt eine Beladung des Partikelfilters mit Ruß und/oder Asche, und von Zeit zu Zeit wird eine Regeneration des Partikelfilters durch Abbrennen des auf dem Partikelfilter angelagerten Rußes ausgelöst. Die Beladung des Partikelfilters wird in einem dreidimensionalen, zusammenhängenden Volumenteilbereich des Partikelfilterkörpers sensorisch ermittelt und die Regeneration ausgelöst, wenn die Rußbeladung des Partikelfilters in dem Volumenteilbereich einen vorgebbaren oberen Grenzwert überschritten hat.
Die DE 101 54 261 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der Beladung eines Teilchenfilters im Abgasweg einer Brennkraftmaschine. Bei diesem Verfahren wird die Filterregeneration durch Bestimmung des Anteils der Filterladung optimiert, der durch angesammelte Asche gebildet wird. Dieses Verfahren beruht auf einer Abschätzung der Menge an unverbrennbaren Rückständen, wie beispielsweise Asche, welche sich im Laufe der Zeit in einem Partikelfilter ansammeln. Bei einem frisch regenerierten Partikelfilter wird die Filterbeladung mit Hilfe einer Differenzdruckmessung bestimmt. Die so bestimmte Ladung entspricht der Menge an unverbrennbarem Material, welches auch durch eine Regeneration des Partikelfilters nicht beseitigt werden kann.
Es ist bekannt, die Partikelfilterbeladung indirekt durch Überwachen des Filtergegendrucks zu bestimmen. Dabei wird der Druck vor und hinter dem Filter gemessen und aus dem Differenzdruck auf seine Beladung geschlossen. Dies ist nicht ausreichend genau, da der Gegendruck nur bei homogener Verteilung der Partikel aussagekräftig ist. Der Druckabfall im Filter hängt von der Verteilung der Partikel auf der Partikeloberfläche ab. Ist der Ruß ungleichmäßig auf dem Filter verteilt, herrscht in den Bereichen geringerer Beladung eine höhere Strömung und der Gegendruck bricht zusammen. Auch ein Defekt in einem Bereich des Filters führt zu einer ungleichmäßigen Strömungsverteilung. Ein kleiner Riss in der Keramik ist von einem unbeladenen Filter nicht zu unterscheiden, daher liefert eine Differenzdruckmessung keine zuverlässige Fehlererkennung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Defekt in einem Partikelfiltersystem eines Kraftfahrzeuges mit einfachen Mitteln zuverlässig festzustellen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Erkennung eines Defektes eines Partikelfilters eines Kraftfahrzeuges durch Messung der Partikelbeladung des Filters mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird über Rechenmodelle und kalibrierte Parameter die Partikelemission des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges abgeschätzt und durch Aufsummieren der Verlauf der Partikelbeladung des Filters berechnet. Die tatsächliche Filterbeladung wird kontinuierlich direkt gemessen und mit der berechneten Beladung verglichen, wobei bei einem frischen oder regenerierten Filter der berechnete Verlauf der Filterbeladung mit dem gemessenen Verlauf der Filterbeladung verglichen wird, um die Rechenmodelle an den gemessenen Verlauf anzupassen. Aus dem Unterschied des Verlaufs zwischen berechneter und gemessener Beladung wird ein Defekt, beispielsweise ein Filterbruch, festgestellt, wobei ein Grenzwert definiert wird, bei dessen Überschreiten der Defekt signalisiert wird. Der festgestellte Defekt kann dem Fahrzeugführer in üblicher Weise angezeigt werden.
Die Messung der Filterbeladung dient erfindungsgemäß dazu, nicht nur die Rußbeladung zumessen, sondern auch Abweichungen des Beladungsverhaltens zu erkennen. Bei intaktem Filter bleibt annähernd die gesamte Rußmasse im Filter zurück. Deshalb wird die Messung einen Anstieg der Beladung zeigen, welcher mit dem über die Modellrechnungen ermittelten übereinstimmt. Im Falle einer gebrochenen Filterkeramik wird bei zunächst leerem Filter trotzdem eine Speicherung von Ruß im Filter erfolgen, da der Gegendruck in den intakten Filterzellen noch relativ niedrig ist und somit noch ein Anteil des Abgasstroms trotz Filterbruch durch die Filterzellen strömt und somit Partikel abgeschieden werden. Die zunehmende Beladung mit Ruß erhöht dann aber zunehmend den Gegendruck. In Bereichen einer gebrochenen Filterkeramik sammelt sich jedoch kaum Ruß an, da dieser mit dem ungefilterten Abgas entweicht.
Dadurch erhöht sich die Differenz im Strömungswiderstand zwischen intakten und defekten Filterbereichen. Dies bewirkt, dass die Beladung des Filters mit Ruß immer langsamer erfolgt und im Extremfall trotz einer weiteren Partikelemission des Motors konstant bleibt. Die Strömung verlagert sich auf die defekten Filterbereiche, wo sich aufgrund offener oder fehlender Zellen keine Beladung aufbaut. Durch den Vergleich des Verlaufs der berechneten mit der gemessenen Beladung kann erkannt werden, ob der Partikelfilter defekt ist.
In die Modellrechnung für die berechnete Filterbeladung kann eine Auswahl an Betriebsparametern, wie z. B. die angesaugte Luftmasse, die zugeführte Kraftstoffmasse, die Motordrehzahl oder die Abgastemperatur vor dem Partikelfilter, die Temperatur des Partikelfilters, die Fahrzeuggeschwindigkeit und der atmosphärische Druck einfließen. Zu Beginn der Filterbeladung, d. h. bei einem frischen oder regenerierten Filter, kann im Betrieb des Fahrzeuges der berechnete Verlauf der Filterbeladung mit dem gemessenen Verlauf verglichen werden, um die Modellrechnung an die Messung entsprechend den konkreten Betriebsparametern und dem Fahrverhalten anzupassen. In der Anfangsphase der Beladung ist es gut möglich, das Modell zu korrigieren, weil der Strömungswiderstand noch gering ist, ein Riss im Filter sich also von der unbeladenen Filterkeramik kaum unterscheidet. Tritt dann später im weiteren Verlauf eine Abweichung auf, d. h. flacht die gemessene Beladungskurve gegenüber der berechneten ab, so kann die geringere Beladung nur in einem Defekt in der Filterkeramik begründet sein.
Für die direkte Messung der Filterbeladung können Elektroden an der Filterkeramik angeordnet sein. Da Ruß eine deutlich höhere Dielektrizitätszahl aufweist als ein Isolator, kann bei einem aus elektrisch isolierendem Material wie Keramik ausgebildeten Partikelfilter über die Erfassung der Impedanz oder der Kapazität quer durch die Filterkeramik die Rußbeladung ermittelt werden. Des Weiteren ist es möglich, die Filterbeladung über das Dämpfungsverhalten von hochfrequenter Strahlung oder Ultraschall zu bestimmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der nachfolgenden Figur näher erläutert.
Der in 1 dargestellte Kurvenverlauf zeigt die gemessene Filterbeladung gegen die berechnete Beladung aufgetragen. Bei intaktem Partikelfilter fällt die gemessene mit der berechneten Beladung zusammen. Daneben ist ein gemessener Verlauf bei einem defekten Partikelfilter gezeigt. Am Anfang, also bei einem neuen oder frisch regenerierten Partikelfilter, verlauft die Beladung in etwa parallel zur berechneten, da trotz eines Defekts in der Filterkeramik zunächst noch Ruß in den intakten Filterbereichen aufgrund des geringen Gegendrucks anlagert. Mit zunehmender Beladung macht sich die Differenz im Strömungswiderstand zwischen den intakten und gebrochenen Filterzellen bemerkbar, da das Abgas durch die defekten Bereiche strömt, ohne Ruß abzulagern. Die Rußbeladung des Filters erfolgt immer langsamer und kommt schließlich zum Erliegen, da das gesamte Abgas wegen des geringeren Strömungswiderstandes ungefiltert durch die defekten Filterbereiche strömt. Weicht also die gemessene Beladung um einen zuvor festzulegenden Wert von der berechneten Filterbeladung ab, wird ein Fehlersignal ausgegeben.

Claims

Verfahren zur Erkennung eines Defekts eines Partikelfilters eines Kraftfahrzeuges durch eine Messung der Partikelbeladung des Filters, bei dem – über Rechenmodelle die Partikelemission des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs abgeschätzt und der Verlauf der Filterbeladung berechnet wird, – die Filterbeladung direkt gemessen wird, – die berechnete und die gemessene Beladung verglichen werden, wobei – bei einem frischen oder regenerierten Filter der berechnete Verlauf der Filterbeladung mit dem gemessenen Verlauf der Filterbeladung verglichen wird, um die Rechenmodelle an den gemessenen Verlauf anzupassen, und – aus einem Unterschied des Verlaufs zwischen berechneter und gemessener Beladung ein Defekt des Partikelfilters erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Rechenmodelle mindestens einer der Fahrzeug-Betriebsparameter Motordrehzahl, angesaugte Luftmasse, zugeführte Kraftstoffmasse, Abgastemperatur vor dem Partikelfilter, Temperatur des Partikelfilters, Fahrzeuggeschwindigkeit und atmosphärischer Druck einfließt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Filterbeladung die Impedanz oder die Kapazität quer durch den Filter oder das Dämpfungsverhalten durch den Filter gesendeter elektromagnetischer oder akustischer Wellen erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erkannter Defekt dem Führer des Kraftfahrzeuges angezeigt wird.