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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Funktion eines Differenzdrucksensors in einem Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, wobei der Differenzdrucksensor parallel zu einem in einem Abgaskanal des Abgasnachbehandlungssystems angeordneten Partikelfilter angeordnet und mit einem vorderen Anschluss in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Partikelfilter und mit einem hinteren Anschluss hinter dem Partikelfilter mit dem Abgaskanal verbunden ist, wobei mit dem Differenzdrucksensor die Druckdifferenz über den Partikelfilter bestimmt wird und wobei in dem Abgaskanal nach dem hinteren Anschluss eine Abgasklappe vorgesehen ist.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur Überwachung der Funktion eines Differenzdrucksensors in einem Abgasnachbehandlungssystem einer Brennkraftmaschine, wobei der Differenzdrucksensor parallel zu einem in einem Abgaskanal des Abgasnachbehandlungssystems angeordneten Partikelfilter angeordnet und mit einem vorderen Anschluss in Strömungsrichtung des Abgases vor dem Partikelfilter und mit einem hinteren Anschluss hinter dem Partikelfilter mit dem Abgaskanal verbunden ist, wobei in dem Abgaskanal nach dem hinteren Anschluss eine Abgasklappe vorgesehen ist und wobei eine Steuereinheit zur Ansteuerung der Abgasklappe und zur Auswertung des Ausgangssignals des Differenzdrucksensors vorgesehen ist.
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Auf Grund geforderter niedriger Emissionsgrenzwerte werden bei Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Dieselmotoren, Abgasnachbehandlungssysteme mit Partikelfiltern eingesetzt. In den Partikelfiltern wird der im Betrieb der Brennkraftmaschine entstehende Ruß gesammelt.
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Partikelfilter weisen eine begrenzte Speicherfähigkeit auf und müssen zur Wiederherstellung der Reinigungswirkung regeneriert werden. Dazu wird durch geeignete Eingriffe des Motormanagements die Abgastemperatur so weit erhöht, dass der eingelagerte Ruß verbrennt. Die Regeneration wird eingeleitet, wenn die Partikelbeladung des Partikelfilters einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet.
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Zur Überwachung der Partikelbeladung des Partikelfilters ist es bekannt, die Druckdifferenz über den Partikelfilter mit Hilfe eines Differenzdrucksensors zu bestimmen. Aus der Druckdifferenz und dem durch den Partikelfilter fließenden Abgasvolumenstrom lässt sich als Quotient aus der Druckdifferenz und dem Abgasvolumenstrom ein Strömungswiderstand des Partikelfilters bestimmen. Der Strömungswiderstand ist direkt abhängig von dem Beladungszustand des Partikelfilters und kann zu dessen Bewertung verwendet werden.
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Das zu Grunde liegende Verfahren ist in der noch nicht veröffentlichten Schrift R.303495 der Anmelderin beschrieben. Darin ist ein Verfahren zur Erkennung der Beladung eines Partikelfilters, insbesondere eines Partikelfilters zur Filterung der Abgase einer Brennkraftmaschine, offenbart. Dabei ist es vorgesehen, dass eine den Strömungswiderstand des Partikelfilters charakterisierende Größe, ausgehend von der Temperatur im Partikelfilter und von dem Druck im Partikelfilter, bestimmt wird und aus dem Strömungswiderstand auf die Beladung des Partikelfilters geschlossen wird. Der Strömungswiderstand wird durch eine Erfassung des Druckverlustes über den Partikelfilter und durch eine Bestimmung des Abgasvolumenstroms durch den Filter ermittelt. Vorteilhaft ist, dass mit Hilfe des Strömungswiderstandes der Beladungszustand des Partikelfilters unabhängig von der Last der Brennkraftmaschine bestimmt werden kann.
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Wesentliches Element zur Überwachung der Beladung des Partikelfilters ist ein parallel zum Partikelfilter geschalteter Differenzdrucksensor. Um entsprechend gesetzlicher Vorgaben die Funktionsfähigkeit der Beladungsbestimmung des Partikelfilters und die Partikelfilterüberwachung zu gewährleisten muss auch die Funktion des Differenzdrucksensors überwacht werden. Der Differenzdrucksensor ist mit einem vorderen Anschluss mit dem Abgaskanal vor dem Partikelfilter und mit einem hinteren Anschluss mit dem Abgaskanal hinter dem Partikelfilter verbunden. Die Anschlüsse sind dabei zumeist als Schlauchverbindungen ausgeführt. Ein möglicher Fehler ist, dass sich einer der Anschlüsse löst oder ein Leck aufweist. Ein solcher Fehler kann für den vorderen Anschluss an einer sehr geringen gemessenen Druckdifferenz direkt erkannt werden, wenn der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine und der damit verbundene Abgasvolumenstrom eine höhere Druckdifferenz über den Partikelfilter erwarten lässt.
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Löst sich der hintere Anschluss oder weist der hintere Anschluss ein Leck auf, so liegt der Differenzdrucksensor einseitig auf Umgebungsdruck, der sich jedoch nicht wesentlich von dem Abgasdruck nach dem Partikelfilter unterscheidet. Ein solcher Fehler ist daher alleine an Hand der gemessenen Druckdifferenz nicht mehr eindeutig zu erkennen.
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Weiter mögliche Fehler an den Anschlüssen des Differenzdrucksensors können dadurch verursacht sein, dass ein Anschluss eingeklemmt wird oder teilweise verstopft, beispielsweise durch Ruß oder gefrorenes Kondenswasser.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche es ermöglichen, einen Defekt an dem vorderen Anschluss und an dem hinteren Anschluss des Differenzdrucksensors eindeutig zu erkennen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass zur Überwachung der Funktion des Differenzdrucksensors die Stellung der Abgasklappe verändert und dadurch der Abgasgegendruck vor der Abgasklappe erhöht wird und dass bei einer Veränderung der stationär gemessenen Druckdifferenz über einen jeweils vorgegebenen Erwartungswert oder bei einer zeitlich begrenzten Änderung der gemessenen Druckdifferenz auf einen Defekt des vorderen Anschlusses oder des hinteren Anschlusses des Differenzdrucksensors geschlossen wird.
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Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass in der Steuereinheit eine Programmroutine hinterlegt ist, welche in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine und von Zustandsparametern des Abgases die Stellung der Abgasklappe verändert, welche eine mit dem Differenzdrucksensor gemessene Druckdifferenz vor und nach der Änderung der Stellung der Abgasklappe vergleicht und welche auf einen fehlerhaften vorderen Anschluss oder hinteren Anschluss schließt, wenn sich die stationär gemessene Druckdifferenz über einen jeweils vorgegebenen Erwartungswert verändert oder wenn eine zeitlich begrenzte Änderung der gemessenen Druckdifferenz auftritt.
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Das Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen sowohl die Erkennung eines Fehlers an dem vorderen und insbesondere auch an dem mit bekannten Verfahren und Vorrichtungen nur ungenügend zu überwachenden hinteren Anschluss des Differenzdrucksensors. Bei einer Erhöhung des Abgasgegendrucks steigt der Druck sowohl vor wie nach dem Partikelfilter in gleichem Maße, so dass die Druckdifferenz über den Partikelfilter im Rahmen des jeweils vorgegebenen Erwartungswertes gleich bleibt. Ist ein Anschluss defekt, beispielsweise weil sich ein Anschluss von dem Abgaskanal gelöst hat, so wird die Druckänderung nach Verstellen der Abgasklappe einseitig nicht an den Differenzdrucksensor weiter geleitet und die gemessene Druckdifferenz ändert sich. Durch Auswertung der Änderung der stationären Druckdifferenz nach einer Änderung der Stellung der Abgasklappe können somit Fehler an beiden Anschlüssen des Differenzdrucksensors eindeutig nachgewiesen werden.
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Ist der Querschnitt eines Anschlusses deutlich reduziert, beispielsweise durch eine eingeklemmte Schlauchleitung oder durch eine Verstopfung durch Ruß oder gefrorenes Kondenswasser, so liegt die Druckänderung an der betroffenen Seite des Differenzdrucksensors verzögert vor. Durch Auswertung der dynamischen, zeitlich begrenzten Änderung der gemessenen Druckdifferenz nach einer Änderung der Stellung der Abgasklappe kann auch dieser Fehlerfall eindeutig nachgewiesen werden.
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Das Verfahren und die Vorrichtung lassen sich besonders vorteilhaft und kostengünstig bei Brennkraftmaschinen einsetzte, bei denen bereits eine Abgasklappe in dem Abgaskanal stromabwärts des Partikelfilters vorgesehen ist, beispielsweise für die Steuerung und Regelung einer Abgasrückführung im Niederdruckbereich des Abgasnachbehandlungssystems oder zur Veränderung der Akustik der Brennkraftmaschine. Für die Durchführung des Verfahrens ist dann lediglich eine entsprechende Softwareerweiterung in der Steuereinheit notwendig, es werden keine zusätzlichen Komponenten benötigt.
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Die Bewertung, ob ein Anschluss des Differenzdrucksensors defekt ist, basiert auf dem Vergleich der Änderung einer gemessenen Druckdifferenz mit einem jeweils vorgegebenen Erwartungswert. Eine Änderung der Stellung der Abgasklappe führt zu einem veränderten Abgasvolumenstrom über den Partikelfilter, was in einer entsprechenden Druckänderung über den Partikelfilter resultiert. Um diesen Effekt bei der Überwachung der Funktion des Differenzdrucksensors zu berücksichtigen kann es vorgesehen sein, dass der vorgegebene Erwartungswert für die zulässige Änderung der gemessenen Druckdifferenz nach einer Änderung der Stellung der Abgasklappe größer gewählt wird als die durch den veränderten Abgasvolumenstrom verursachte Änderung der Druckdifferenz über den Partikelfilter.
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Insbesondere die Überwachung des hinteren Anschlusses des Differenzdrucksensors, beispielsweise auf eine gelöste Verbindung zwischen dem hinteren Anschluss und dem Abgaskanal, ist wegen des geringen Druckunterschiedes zwischen dem Abgas nach dem Partikelfilter und der Umgebung mit bekannten Verfahren nur begrenzt möglich. Eine eindeutige Fehlererkennung für den hinteren Anschluss kann dadurch ermöglicht werden, dass auf ein Leck in dem hinteren Anschluss oder auf einen nicht mit dem Abgaskanal verbundenen hinteren Anschluss des Differenzdrucksensors geschlossen wird, wenn die gemessene Druckdifferenz nach der Erhöhung des Abgasgegendrucks durch die Abgasklappe über den vorgegebenen Erwartungswert ansteigt. Wird die Stellung der Abgasklappe verändert, so steigt der Abgasdruck vor und nach dem Partikelfilter. Ist der hintere Anschluss nicht angeschlossen oder zeigt der hintere Anschluss ein Leck, so liegt auf der hinteren Seite des Differenzdrucksensors der Umgebungsdruck oder ein Druck zwischen dem Umgebungsdruck und dem Abgasdruck nach Partikelfilter an. Die Druckerhöhung vor dem Partikelfilter wird korrekt an den Differenzdrucksensor weiter geleitet. Entsprechend erfährt die gemessene Druckdifferenz eine positive Änderung.
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Neben der Überwachung des hinteren Anschlusses ermöglicht das Verfahren die Erkennung von Fehlern an dem vorderen Anschluss. Dazu kann es vorgesehen sein, dass auf ein Leck in dem vorderen Anschluss oder auf einen nicht mit dem Abgaskanal verbundenen vorderen Anschluss des Differenzdrucksensors geschlossen wird, wenn die gemessene Druckdifferenz nach der Erhöhung des Abgasgegendrucks durch die Abgasklappe eine negative Änderung über den vorgegebenen Erwartungswert erfährt. Bei einem Leck oder einem nicht angeschlossenen vorderen Anschluss liegt die vordere Seite des Differenzdrucksensors auf Umgebungsdruck oder auf einem Druck zwischen dem Abgasdruck vor dem Partikelfilter und dem Umgebungsdruck. Die Druckerhöhung nach dem Partikelfilter wird korrekt an den Differenzdrucksensor weiter geleitet. Dadurch wird die gemessene Druckdifferenz nach einer Erhöhung des Abgasgegendrucks durch eine geänderte Stellung der Abgasklappe sinken, wodurch eine eindeutige Erkennung des Fehlers und Zuordnung der Fehlstelle zu dem vorderen Anschluss möglich ist.
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Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass auf einen verstopften oder eingeklemmten vorderen Anschluss geschlossen wird, wenn sich die gemessene Druckdifferenz nach Erhöhung des Abgasgegendrucks zeitlich begrenzt negativ verändert und dass auf einen verstopften oder eingeklemmten hinteren Anschluss geschlossen wird, wenn sich die gemessene Druckdifferenz nach Erhöhung des Abgasgegendrucks zeitlich begrenzt positiv verändert. Wird der Querschnitt eines Anschlusses durch eine Verstopfung oder durch Einklemmen deutlich reduziert, so erreicht die durch die veränderte Stellung der Abgasklappe bewirkte Druckänderung die betroffene Seite des Differenzdrucksensors verzögert. Unmittelbar nach der Änderung der Stellung der Abgasklappe wird sich eine veränderte Druckdifferenz an dem Differenzdrucksensor einstellen, welche sich mit der Zeit auf den korrekten Wert verändert. Durch Auswertung des dynamischen Verhaltens der gemessenen Druckdifferenz kann so auf einen verstopften oder eingeklemmten Anschluss geschlossen werden. Aus dem Vorzeichen der gemessenen Änderung der Druckdifferenz kann eindeutig festgestellt werden, welcher der beiden Anschlüsse den Defekt aufweist.
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Eine sichere Erkennung von Fehlern an den Anschlüssen des Differenzdrucksensors kann dadurch erreicht werden, dass zur Überwachung der Funktion des Differenzdrucksensors die Abgasklappe auf eine vordefinierte Stellung eingestellt wird oder dass die Abgasklappe so eingestellt wird, dass sich eine vordefinierte Erhöhung der Druckdifferenz über die Abgasklappe einstellt. Die vordefinierte Stellung oder die vordefinierte Erhöhung der Druckdifferenz können dabei in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, von Zustandsparametern des Abgases, von Zustandsparametern des Abgasstrangs und/oder von Zustandsparametern der Umgebung vorgegeben werden. So können entsprechend der Abgasmassenstrom, der Abgasvolumenstrom und/oder die Temperaturen der Umgebung, des Abgaskanals und der Brennkraftmaschine berücksichtigt werden.
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Der Abgasdruck in dem Niederdruckbereich des Abgasnachbehandlungssystems wird auch von der Stellung der Niederdruck-Drosselklappe einer möglicherweise vorgesehenen Niederdruck-Abgasrückführung beeinflusst. Um zum einen die zurückgeführte Menge an Abgas bei einer Veränderung der Stellung der Abgasklappe nicht unkontrolliert zu verändern und zum anderen die Überwachung der Funktion des Differenzdrucksensors nicht durch die Niederdruck-Abgasrückführung zu beeinflussen kann es vorgesehen sein, dass zeitgleich zu der Veränderung oder vor der Veränderung der Stellung der Abgasklappe die Niederdruck-Drosselklappe der Niederdruck-Abgasrückführung geschlossen oder auf eine vordefinierte Einstellung eingestellt wird. Dies muss dann in dem Verhältnis der der Brennkraftmaschine zugeführten Luftmasse bezogen auf die Abgasrückführungsmenge berücksichtigt werden, indem zum Beispiel die zugehörige Regelung durch eine Umschaltung auf eine Vorsteuerung abgeschaltet wird, indem der Regelung geänderte Sollwerte vorgegeben werden oder indem auf eine geänderte Regelstrategie für die Abgasrückführung, beispielsweise mit einer erhöhten Hochdruck-Abgasrückführung, gewechselt wird.
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Bei zweiflutigen Abgassystemen kann zusätzlich zu der Überwachung der Anschlüsse der in den beiden Abgassträngen eingesetzten Differenzdrucksensoren auch deren korrekter elektrischer Anschluss überprüft werden. Dazu kann es vorgesehen sein, dass bei einem zweiflutigen Abgassystem mit zwei Abgaskanälen mit jeweils einem Partikelfilter, jeweils einem parallel dazu angeordneten Differenzdrucksensor und jeweils einer Abgasklappe die Stellungen der Abgasklappen nacheinander verändert werden und dass eine Überwachung der jeweiligen vorderen Anschlüsse, der jeweiligen hinteren Anschlüsse und der elektrischen Anschlüsse der Differenzdrucksensoren erfolgt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen:
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1 das technische Umfeld, in dem die Erfindung eingesetzt werden kann,
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2 in einem ersten Diagramm den Verlauf von gemessenen Druckdifferenzen über einen leeren Partikelfilter in Abhängigkeit von einem Volumenstrom durch den Partikelfilter und von verschiedenen Fehlern an den Anschlüssen des Differenzdrucksensors,
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3 in einem zweiten Diagramm gemessene zeitliche Druckdifferenzverläufe über einen leeren Partikelfilter bei einem konstanten Betriebspunkt der Brennkraftmaschine und verschiedenen Fehlern an den Anschlüssen des Differenzdrucksensors.
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1 zeigt in einer Ausführungsvariante das technische Umfeld, in dem die Erfindung eingesetzt werden kann. Die schematische Darstellung zeigt eine Brennkraftmaschine 10 mit einem Abgasnachbehandlungssystem 20 und einer Luftzuführung 30. Sie ist dabei auf die für die Beschreibung der Erfindung wesentlichen Teile beschränkt.
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Entlang eines Zuluftkanals 33 der Luftzuführung 30 wird Frischluft 31 über einen Heißfilmluftmassensensor 32 und einen Verdichter 12 eines Turboladers 11 der Brennkraftmaschine 10 zugeführt.
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Das Abgas 27 der Brennkraftmaschine 10 wird über das Abgasnachbehandlungssystem 20 an die Umgebung abgegeben. Das Abgasnachbehandlungssystem 20 enthält einen Abgaskanal 21, in dem in Strömungsrichtung des Abgases 27 eine Abgasturbine 13 des Turboladers 11, ein Partikelfilter 22 und eine Abgasklappe 26 angeordnet sind. Der Abgasklappe 26 können weitere, nicht dargestellte Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems 20, beispielsweise in Form eines Schalldämpfers, folgen.
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Parallel zu dem Partikelfilter 22 ist ein Differenzdrucksensor 24 angeordnet, welcher über einen vorderen Anschluss 23 mit dem Abgaskanal 21 vor dem Partikelfilter 22 und mit einem hinteren Anschluss 25 mit dem Abgaskanal 21 nach dem Partikelfilter 22 verbunden ist.
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Das Abgasnachbehandlungssystem 20 und die Luftzuführung 30 teilen sich in einen Niederdruckbereich 14 und einen davon durch den Turbolader 11 getrennten Hochdruckbereich 15 auf.
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In dem Niederdruckbereich 14 verbindet eine Niederdruck-Abgasrückführung 40 den Abgaskanal 21 mit dem Zuluftkanal 33. Die Niederdruck-Abgasrückführung 40 ist dabei mit ihrem Einlass nach dem Partikelfilter 22 angeordnet und enthält einen ersten Abgasrückführungskühler 41 mit einem nicht dargestelltem Bypass und einem nicht dargestellten Bypass-Ventil sowie eine Niederdruck-Drosselklappe 42.
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In dem Hochdruckbereich 15 verbindet eine Hochdruck-Abgasrückführung 50 den Abgaskanal 21 mit dem Zuluftkanal 33. In der Hochdruck-Abgasrückführung 50 sind ein zweiter Abgasrückführungskühler 51 mit nicht dargestelltem Bypass und Bypass-Ventil sowie ein Ventile 52 vorgesehen.
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Im Betrieb wird die Masse der der Brennkraftmaschine zugeführten Frischluft 31 mit dem Heißfilmluftmassensensor 32 bestimmt. Über die Niederdruck-Abgasrückführung 40 wird der Frischluft 31 Abgas 27 beigemischt. Die Menge des rückgeführten Abgases 27 wird dabei über die Stellungen der Abgasklappe 26 und der Niederdruck-Drosselklappe 42 bestimmt. Das so entstehende Luftgemisch wird durch den Verdichter 12 des Turboladers 11 verdichtet und der Brennkraftmaschine 10 zugeführt. Über die Hochdruck-Abgasrückführung 50 wird dem der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Luftgemisch weiteres Abgas 27 beigemischt. Die Abgasrückführung dient der Verringerung der Emissionen der Brennkraftmaschine 10.
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Das Abgas 27 der Brennkraftmaschine 10 treibt über die Abgasturbine 13 den Turbolader 11 an und wird dabei auf ein niedrigeres Druckniveau entspannt. Anschließend werden mit dem Partikelfilter 22 Partikel aus dem Abgas 27 gefiltert.
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Zur Überwachung der Beladung und der korrekten Funktion des Partikelfilters 22 wird mit dem Differenzdrucksensor 24 der Druckabfall über den Partikelfilter 22 bestimmt. Dazu wird der Differenzdrucksensor 24 auf einer Seite über den vorderen Anschluss 23 mit dem Abgasdruck vor dem Partikelfilter 22 und auf der anderen Seite über den hinteren Anschluss 25 mit dem Abgasdruck nach dem Partikelfilter 22 beaufschlagt.
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Aus der gemessenen Druckdifferenz über den Partikelfilter 22 und dem den Partikelfilter 22 durchströmenden Abgasvolumenstrom wird von einer nicht dargestellten Steuereinheit ein Strömungswiderstand des Partikelfilters 22 als Quotient der Druckdifferenz bezogen auf den Abgasvolumenstrom berechnet. Der Abgasvolumenstrom wird dabei über die von dem Heißfilmluftmassensensor 32 bestimmten Luftmasse sowie weiteren Größen, wie der rückgeführten Abgasmenge, der der Brennkraftmaschine 10 zugeführten Kraftstoffmenge und der Abgastemperatur, bestimmt. Aus dem Strömungswiderstand kann die Beladung des Partikelfilters 22 bestimmt und bei Erreichen einer Beladungsgrenze eine Regeneration des Partikelfilters 22 eingeleitet werden. Der Strömungswiderstand ist dabei weitestgehend unabhängig von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine 10 und von dem absoluten Druckniveau vor beziehungsweise hinter dem Partikelfilter 22.
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Gesetzliche Vorgaben schreiben die Überwachung aller Abgasnachbehandlungskomponenten sowie die Überwachung der dazu eingesetzten Sensoren, im vorliegenden Fall des Differenzdrucksensors 24, vor. Der vordere Anschluss 23 und der hintere Anschluss 25 des Differenzdrucksensors 24 sind als Schlauchverbindungen ausgeführt. Ein möglicher und daher zu überwachender Fehler ist, dass sich eine der Schlauchverbindungen löst oder ein Leck aufweist.
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Löst sich der vordere Anschluss 23, so wird in Abhängigkeit von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine 10 eine deutlich zu niedrige Druckdifferenz über den Partikelfilter 22 gemessen. Der Fehler kann nach bekanntem Verfahren direkt aus dem absoluten Wert der Druckdifferenz erkannt werden.
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Löst sich der hintere Anschluss 25 so liegt der Differenzdrucksensor 24 einseitig auf Umgebungsdruck. Da sich der Umgebungsdruck und der Abgasdruck in dem Abgaskanal 21 nach dem Partikelfilter 22 auf Grund des geringen Strömungswiderstandes der nachgeschalteten Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems 20 nicht wesentlich unterscheiden, ist die Erkennung dieses Fehlers alleine an Hand der absolut gemessenen Druckdifferenz über den Partikelfilter 22 nicht oder nur unzureichend möglich.
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Erfindungsgemäß ist es daher vorgesehen, durch zumindest teilweises Verschließen der Abgasklappe 26 den Abgasgegendruck in dem Bereich des hinteren Anschlusses 25 des Differenzdrucksensors 24 nach dem Partikelfilter 22 für einen begrenzten Zeitraum zu erhöhen. Bei gleichem Abgasvolumenstrom wird sich der Abgasdruck vor dem Partikelfilter 22 ebenfalls erhöhen, so dass die tatsächliche Druckdifferenz über den Partikelfilter 22 gleich bleibt. Beeinflusst die gewählte Stellung der Abgasklappe 26 den Abgasvolumenstrom, so wird sich die tatsächliche Druckdifferenz um einen von der Änderung des Abgasvolumenstroms abhängigen Erwartungswert ändern.
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Sind beide Anschlüsse 23, 25 in Ordnung und korrekt angeschlossen, wird sich die mit dem Differenzdrucksensor 24 gemessene Druckdifferenz nicht oder nur um den Erwartungswert ändern.
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Hat sich der hintere Anschluss 25 von dem Abgaskanal 21 gelöst oder zeigt der hintere Anschluss 25 ein Leck, so liegt an der hinteren Seite des Differenzdrucksensors 24 der Umgebungsdruck oder ein Zwischenwert zwischen dem Umgebungsdruck und dem Abgasdruck nach dem Partikelfilter 24 an. Eine Druckerhöhung durch die veränderte Stellung der Abgasklappe 26 wird nicht an die hintere Seite des Differenzdrucksensors 24 weiter geleitet. Da die Druckerhöhung vor dem Partikelfilter 22 an den Differenzdrucksensor 24 weiter gleitet wird, steigt die gemessene Druckdifferenz nach der Veränderung der Stellung der Abgasklappe 26 über den Erwartungswert an. Ein Leck oder ein nicht korrekt angeschlossener hinterer Anschluss 25 kann so eindeutig nachgewiesen werden.
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Ist der vordere Anschluss 23 nicht korrekt angeschlossen oder zeigt der vordere Anschluss 23 ein Leck, so liegt an der vorderen Seite des Differenzdrucksensors 24 der Umgebungsdruck oder ein Zwischenwert zwischen dem Umgebungsdruck und dem Abgasdruck vor dem Partikelfilter 24 an. Bei diesem Fehler wird eine Druckerhöhung durch eine veränderte Stellung der Abgasklappe 26 an die hintere, aber nicht an die vordere Seite des Differenzdrucksensors 24 weiter geleitet, was zu einer negativen Änderung der gemessenen Druckdifferenz führt. Lässt sich durch die Umschaltung der Abgasklappe 26 eine negative Änderung der gemessenen Druckdifferenz über den Erwartungswert feststellen, ist von einem nicht korrekt angeschlossenen vorderen Anschluss 23 oder einem Leck in dem vorderen Anschluss 23 auszugehen.
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Durch die Auswertung dieser schnellen Änderungen der gemessenen Druckdifferenz kann der Einfluss fast aller Toleranzen erheblich reduziert und ein Defekt sowohl an dem vorderen wie auch an dem hinteren Anschluss eindeutig nachgewiesen werden.
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Zusätzlich zur Auswertung der statischen Änderung des gemessenen Differenzdrucks können die dynamischen Übergänge während der Aufschaltung des zusätzlichen Drucks überwacht werden. An Hand des gemessenen Drucksignals lässt sich ableiten, ob eines der beiden Drucksignale vor oder nach dem Partikelfilter verzögert an dem Differenzdrucksensor 24 ankommt. Die dadurch resultierenden Druckschwankungen während der Umschaltung der Abgasklappe 26 lassen auf eine Verstopfung in den Anschlüssen, zum Beispiel durch Ruß oder gefrorenes Kondenswasser, oder auf eine eingeklemmte Schlauchleitung schließen.
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Ist, wie in dem dargestellten Ausführungsbeispiel, die Abgasklappe 26 Teil eines Niederdruck-Abgasrückführungssystems, so muss zeitgleich oder vor dem Anstellen der Abgasklappe 26 die Niederdruck-Drosselklappe 42 der Niederdruck-Abgasrückführung 40 geschlossen oder auf einen vordefinierten Wert gestellt werden. Dies muss dann in der zugehörigen Regelung der Luftmassen/Abgasrückführungs-Rate berücksichtigt werden. Dazu kann zum Beispiel die Regelung abgeschaltet und auf eine Vorsteuerung umgeschaltet werden, es können andere Sollwerte für die Regelung vorgegeben werden oder es kann eine andere Regelstrategie, beispielsweise durch einen erhöhten Anteil der Abgasrückführung durch die Hochdruck-Abgasrückführung 50, vorgegeben werden.
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Bei zweiflutigen Abgassystemen kann durch einseitiges Stellen der Abgasklappe zudem die Information abgeleitet werden, ob die Sensoren sowohl bezüglich der Anschlüsse 23, 25 als auch elektrisch korrekt angeschlossen sind.
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2 zeigt in einem ersten Diagramm den Verlauf von gemessenen Druckdifferenzen 70, 72, 73 über einen leeren Partikelfilter 24 in Abhängigkeit von einem durch den Partikelfilter 24 fließenden Abgas-Volumenstrom. Die Beschreibung bezieht sich auf die in 1 dargestellte Ausführungsvariante.
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Die gemessenen Druckdifferenzen 70, 72, 73 sind gegenüber einer Druckdifferenz-Achse 60 und gegenüber einer Volumenstrom-Achse 61 dargestellt. Dabei sind die Druckdifferenzen 70, 72, 73 mit dem in 1 dargestellten Differenzdrucksensor 24 gemessen.
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Die erste gemessene Druckdifferenz 70 zeigt einen typischen Differenzdruckverlauf über einen leeren Partikelfilter 22 bei korrekt angeschlossenem Differenzdrucksensor 24. Dazu ist schraffiert ein zugehöriger Toleranzbereich 71 gezeigt, innerhalb der die erste gemessene Druckdifferenz 70 variieren kann.
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Die zweite gemessene Druckdifferenz 72 ergibt sich bei abgezogenem hinterem Anschluss 25 des Differenzdrucksensors 24. Die dritte gemessene Druckdifferenz 73 wird bei abgezogenem hinterem Anschluss 25 des Differenzdrucksensors 24 und verstellter Abgasklappe 26 erhalten. Dabei ist die Stellung der Abgasklappe 26 so verändert, dass der Abgasgegendruck nach Partikelfilter 22 ansteigt.
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Der Toleranzbereich 71 ergibt sich aus verschiedenen Störfaktoren. Dazu zählen die Ruß- und Aschebeladung des Partikelfilters 22 nach einer Regeneration, Toleranzen des Differenzdrucksensors 24, Ungenauigkeiten bei der Bestimmung des Abgas-Volumenstroms und Fertigungstoleranzen des Partikelfilters 22 und weiterer Komponenten des Abgasnachbehandlungssystems 20, welche nach dem Partikelfilter 22 angeordnet sind.
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Bei abgezogenem hinteren Anschluss 25 liegt an dem Differenzdrucksensor 24 einseitig der Umgebungsdruck an, der jedoch nur wenig unterhalb des Abgasdrucks nach dem Partikelfilter 24 liegt. Der Differenzdrucksensor 24 misst daher eine zweite Druckdifferenz 72, die für alle dargestellten Abgasvolumenströme und somit Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 10 über der ersten Druckdifferenz 70 bei korrekt angeschlossenem Differenzdrucksensor 24 liegt. Der Unterschied zwischen der zweiten Druckdifferenz 72 und der ersten Druckdifferenz 70 ist jedoch so gering, dass er von dem Toleranzbereich 71 der ersten Druckdifferenz 70 überlagert wird. Alleine aus der gemessenen zweiten Druckdifferenz 72 kann daher nicht sicher auf einen Fehler an dem hinteren Anschluss 25 geschlossen werden. Dies gilt insbesondere auch für den Fehler eines Lecks in dem hinteren Anschluss 25, bei dem sich ein Druck zwischen dem Abgasdruck hinter dem Partikelfilter 24 und dem Umgebungsdruck an dem Differenzdrucksensor 24 einstellen kann.
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Wird bei einem nicht angeschlossenen hinteren Anschluss 25 die Stellung der Abgasklappe 26 derart verändert, dass der Abgasgegendruck vor der Abgasklappe 26 ansteigt, so steigt die gemessene Druckdifferenz von der gemessenen zweiten Druckdifferenz 72 auf die Kurve der gemessenen dritten Druckdifferenz 73 an. Diese liegt außerhalb des Toleranzbereichs 71 und der Defekt des hinteren Anschlusses 25 kann eindeutig nachgewiesen werden. Bei einer Veränderung der Abgasklappe 26 bei korrekt angeschlossenem hinteren Anschluss 25 entspricht die gemessene Druckdifferenz weiterhin der ersten Druckdifferenz 70, da sich der Abgasgegendruck sowohl vor wie nach dem Partikelfilter 22 ändert. Bei der Auswertung ist dabei zu beachten, dass sich der Abgasvolumenstrom durch die veränderte Stellung der Abgasklappe 26 verändern kann. Entsprechend verändert sich die gemessene erste Druckdifferenz 70 entlang der dargestellten Kurve der ersten Druckdifferenz 70 um einen Erwartungswert, der bei der Auswertung zu berücksichtigen ist.
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3 zeigt in einem zweiten Diagramm gemessene zeitliche Druckdifferenzverläufe 74, 75, 76 über einen leeren Partikelfilter 24 bei einem konstanten Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 10 und verschiedenen Fehlern an den Anschlüssen 23, 25 des Differenzdrucksensors 24.
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Die Darstellung erfolgt dabei gegenüber der bereits in 2 eingeführten Druckdifferenz-Achse 60 und einer Zeitachse 62. Eine Markierung 63 markiert den Zeitpunkt, an dem die in 1 gezeigte Abgasklappe 26 teilweise geschlossen wird.
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Der erste Druckdifferenzverlauf 74 ergibt sich bei korrekt angeschlossenem Differenzdrucksensor 24. Er bleibt auch nach der Veränderung der Stellung der Abgasklappe 26 im Rahmen des beschriebenen Erwartungswertes auf gleichem Niveau. Der zweite Druckdifferenzverlauf 75 zeigt nach der Veränderung der Stellung der Abgasklappe 26 eine Zunahme der gemessenen Druckdifferenz und stellt sich bei einem nicht korrekt angeschlossenen hinteren Anschluss 25 des Differenzdrucksensors 24 ein. Der dritte Druckdifferenzverlauf 76 zeigt eine negative Veränderung des gemessenen Differenzdrucks nach der Veränderung der Stellung der Abgasklappe 26. Dies stellt sich ein, wenn der vordere Anschluss 23 des Differenzdrucksensors 24 nicht korrekt angeschlossen ist.
