DE102011089503A1

DE102011089503A1 - Diagnoseverfahren für einen in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilter

Info

Publication number: DE102011089503A1
Application number: DE102011089503A
Authority: DE
Inventors: Paul Rodatz; Michael Nienhoff; Tino Arlt
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2011-12-22
Filing date: 2011-12-22
Publication date: 2013-06-27

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren für einen in einem Abgasstrom (505) eines Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilter (501), umfassend die folgenden Schritte: Erfassen (101) eines Betriebszustandsparameters des Verbrennungsmotors, Erfassen (103) einer Partikelmassekonzentration des Abgasstroms (505) stromabwärts von dem Partikelfilter (501), Auswählen (105) eines Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes in Abhängigkeit des erfassten Betriebszustandsparameters aus einem Satz von Partikelmassekonzentrationsgrenzwerten und Vergleichen (107) der erfassten Partikelmassekonzentration mit dem ausgewählten Partikelmassekonzentrationsgrenzwert. Die Erfindung betrifft ferner ein entsprechendes Diagnosesystem (201). Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren und eine Vorrichtung (401) zum Bilden eines Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes. Die Erfindung betrifft außerdem ein Computerprogramm.

Description

Die Erfindung betrifft ein Diagnoseverfahren für einen in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilter. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Bilden eines Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes. Die Erfindung betrifft ferner ein Diagnosesystem für einen in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilter sowie eine Vorrichtung zum Bilden eines Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes. Die Erfindung betrifft außerdem ein Computerprogramm.
Bei der Verbrennung von Kraftstoff in einem Verbrennungsmotor entstehen in der Regel Partikel. Da diese Partikel üblicherweise gesundheitsschädlich sind, hat der Gesetzgeber Emissionsgrenzwerte festgelegt. Um diese Partikelgrenzwerte einhalten zu können, werden insbesondere in einen Abgasstrang von Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren, Partikelfilter eingesetzt. Üblicherweise wird ein Russ-Sensor nach dem Partikelfilter verbaut, so dass dieser Russ-Sensor die Konzentration an Partikeln im Abgasstrom des Verbrennungsmotors messen kann. Falls das Filter intakt ist, wird eine geringe Konzentration gemessen. Wenn das Filter geschädigt ist, wird eine abnormal hohe Konzentration gemessen. Hierbei besteht ein Bedürfnis darin, unter vielen Betriebsbedingungen des Motorsystems zuverlässig und sicher zwischen einem intakten und einem defekten Filter unterscheiden zu können.
Aus der Offenlegungsschrift DE 10 2008 015 256 A1 ist ein Diagnoseverfahren und ein Diagnosesystem für einen Partikelfilter eines Verbrennungsmotors bekannt. Hier wird der Verbrennungsmotor motorsteuerungsseitig auf einen Betriebszustand hin überwacht, bei dem sich eine motorseitige Rohemissionskonzentration an Partikeln signifikant erhöht. Wenn eine solche signifikante Erhöhung auftritt, wird zeitlich dazu korreliert eine Messung der filterseitigen Partikelkonzentration mittels eines Partikelsensors durchgeführt. Ist hierbei ein signifikanter Signalanstieg des Partikelsensorsignals detektierbar, so wird eine Fehlermeldung ausgegeben.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann daher darin gesehen werden, ein verbessertes Diagnoseverfahren für einen in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilter anzugeben, welches es ermöglicht, zuverlässig und sicher unter einer Vielzahl von Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors zwischen einem intakten Partikelfilter und einem defekten Partikelfilter zu unterscheiden.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann auch darin gesehen werden, ein entsprechendes Diagnosesystem für einen in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilter bereitzustellen.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann auch darin gesehen werden, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bilden eines Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes anzugeben.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann auch darin gesehen werden, ein entsprechendes Computerprogramm bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden mittels des jeweiligen Gegenstands der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von jeweils abhängigen Unteransprüchen.
Nach einem Aspekt wird ein Diagnoseverfahren für einen in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilter bereitgestellt. Hierbei wird ein Betriebszustandsparameter des Verbrennungsmotors erfasst. Ferner wird eine Partikelmassekonzentration des Abgasstroms stromabwärts von dem Partikelfilter erfasst. In Abhängigkeit des erfassten Betriebszustandsparameters wird ein Partikelmassekonzentrationsgrenzwert aus einem Satz von Partikelmassekonzentrationsgrenzwerten ausgewählt. Die erfasste Partikelmassekonzentration wird mit dem ausgewählten Partikelmassegrenzwert verglichen.
Nach einem weiteren Aspekt wird ein Diagnosesystem für einen in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilter bereitgestellt. Das Diagnosesystem umfasst eine Motorerfassungseinrichtung zum Erfassen eines Betriebszustandsparameters. Ferner ist eine stromabwärts von dem Partikelfilter angeordnete Partikelerfassungseinrichtung zum Erfassen einer Partikelmassekonzentration in dem Abgasstrom vorgesehen. Das Diagnosesystem weist ferner eine Auswahleinrichtung zum Auswählen eines Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes in Abhängigkeit des erfassten Betriebszustandsparameters aus einem Satz von Partikelmassekonzentrationsgrenzwerten auf. Des Weiteren umfasst das Diagnosesystem eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der erfassten Partikelmassekonzentration mit dem ausgewählten Partikelmassegrenzwert.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Bilden eines Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes bereitgestellt. Es wird ein Betriebszustandsparameter eines Verbrennungsmotors gemessen. Zeitlich korreliert mit dem Messen des Betriebszustandsparameters wird eine Partikelmassekonzentration stromabwärts eines in einem Abgasstrom des Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilters gemessen. Es wird abhängig von dem gemessenen Betriebszustandsparameter, der gemessenen Partikelmassekonzentration und einem vorbestimmten streckenbezogenen Partikelmassegrenzwert der Partikelmassekonzentrationsgrenzwert ermittelt.
Nach einem anderen Aspekt wird eine Vorrichtung zum Bilden eines Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes bereitgestellt. Die Vorrichtung umfasst eine Motormesseinrichtung zum Messen eines Betriebszustandsparameters eines Verbrennungsmotors. Ferner umfasst die Vorrichtung eine Partikelmesseinrichtung für ein zeitliches mit dem Messen des Betriebszustandsparameters korrelierendes Messen einer Partikelmassekonzentration stromabwärts eines in einem Abgasstrom des Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilters. Ferner weist die Vorrichtung eine Ermittlungseinrichtung zum Ermitteln des Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes abhängig von dem gemessenen Betriebszustandsparameter, der gemessenen Partikelmassekonzentration und von einem vorbestimmten streckenbezogenen Partikelmassegrenzwert auf.
Gemäß noch einem Aspekt wird ein Computerprogramm bereitgestellt, welches Programmcode zur Ausführung des Diagnoseverfahrens für einen in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilter und/oder zur Ausführung des Verfahrens zum Bilden eines Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes umfasst, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
Die Erfindung umfasst also insbesondere den Gedanken, eine Partikelmassekonzentration des Abgasstroms des Verbrennungsmotors stromabwärts von dem Partikelfilter zu erfassen. Diese Partikelmassekonzentration wird mit einem Partikelmassekonzentrationsgrenzwert verglichen, wobei dieser Partikelmassekonzentrationsgrenzwert in Abhängigkeit von einem erfassten Betriebszustandsparameter des Verbrennungsmotors ausgewählt wird. Das heißt also insbesondere, dass je nach Betriebszustand des Verbrennungsmotors die Partikelmassekonzentration mit unterschiedlichen Partikelmassekonzentrationsgrenzwerten verglichen wird. Dadurch kann in vorteilhafter Weise bei der Aussage, ob das Partikelfilter defekt oder intakt ist, ein konkreter Betriebszustand des Verbrennungsmotors berücksichtigt werden. So kann beispielsweise eine erfasste Partikelmassekonzentration durchaus einen zulässigen Wert aufweisen, der anzeigt, dass das Filter noch intakt ist, wenn der Verbrennungsmotor in einem bestimmten Betriebszustand ist. So ist beispielsweise in der Regel eine Partikelmassekonzentration stromabwärts von dem Partikelfilter erhöht, wenn der Verbrennungsmotor in einem Betriebszustand ist, in welchem das Fahrzeug beschleunigt. Ein solcher Betriebszustand kann insbesondere eintreten, wenn ein Fahrer ein Gaspedal durchdrückt. Eine entsprechend hohe erfasste Partikelmassekonzentrationsgrenzwert ist insofern zu erwarten und kein Indiz für ein defektes Partikelfilter. Wenn hingegen die gleiche Partikelmassekonzentration erfasst wird, wenn sich der Verbrennungsmotor beispielsweise in einem stationären und niederlastigen Betriebszustand befindet, so ist dies in der Regel ein Indiz dafür, dass das Partikelfilter defekt ist, da in einem solchen Betriebszustand üblicherweise keine entsprechend hohen Partikelemissionen zu erwarten sind. Ein solcher Betriebszustand kann beispielsweise auftreten, wenn ein Fahrer das Gaspedal konstant hält.
Dadurch also, dass konkret ein Betriebszustandsparameter verwendet wird, um einen Partikelmassekonzentrationsgrenzwert auszuwählen, kann zuverlässig und sicher zwischen einem intakten und einem defekten Partikelfilter unter einer Vielzahl an Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors unterschieden werden.
Nach einer Ausführungsform können auch mehrere Betriebszustandsparameter des Verbrennungsmotors erfasst respektive gemessen werden. Das Auswählen des Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes respektive das Ermitteln des Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes wird somit insbesondere in Abhängigkeit von den mehreren erfassten respektive gemessenen Betriebszustandsparametern durchgeführt. Dadurch kann in vorteilhafter Weise noch genauer und umfassender ein konkreter Betriebszustand des Verbrennungsmotors beschrieben beziehungsweise bestimmt werden, so dass der Partikelmassekonzentrationsgrenzwert insofern genauer ausgewählt respektive ermittelt werden kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Betriebszustandsparameter eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Fahrzeugbeschleunigung, eine Motorgeschwindigkeit, ein Motordrehmoment, eine Motortemperatur, ein Grad einer Abgasrückführung oder ein Luftmassenstrom. Ein Betriebszustandsparameter umfasst insbesondere einen verbrennungsrelevanten Motorparameter.
In einer weiteren Ausführungsform basieren die Partikelmassekonzentrationsgrenzwerte auf einem streckenbezogenen Partikelmassegrenzwert. Da die Partikelmassekonzentration und insofern auch die Partikelmassekonzentrationsgrenzwerte volumenbezogene Werte sind, also insbesondere die Einheit Masse pro Volumen aufweisen, wird so in vorteilhafter Weise eine Korrelation mit einem streckenbezogenen Partikelmassegrenzwert, welcher eine Einheit Masse pro Länge aufweist, bewirkt. Somit wird insbesondere eine Korrelation zwischen einem gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwert, welcher in der Regel in mg/km angegeben wird, und der im Abgasstrom gemessenen Partikelmassekonzentration, welche in der Regel in mg/m³ angegeben wird, hergestellt. Gemäß der EU6-Gesetzgebung kann ein solcher gesetzlich vorgeschriebener Partikelmassegrenzwert bei 12 mg/km liegen.
In einer anderen Ausführungsform wird basierend auf dem Vergleich ein Zähler hoch- oder runtergezählt, wobei vorzugsweise vorgesehen sein kann, dass basierend auf dem Zählerwert ein Fehlersignal ausgegeben wird. Das heißt also beispielsweise, dass, wenn die erfasste Partikelmassekonzentration kleiner ist als der ausgewählte Partikelmassekonzentrationsgrenzwert, der Zähler heruntergezählt wird. Insbesondere wenn die erfasste Partikelmassekonzentration größer ist als der ausgewählte Partikelmassekonzentrationsgrenzwert, wird der Zähler hochgezählt. Wenn also der Zähler in diesem Fall einen kritischen Zahlenwert, auch insbesondere kritischer Zählergrenzwert genannt, überschreitet, werden insbesondere ein Fehlersignal und/oder eine Fehlermeldung ausgegeben. Somit können in vorteilhafter Weise unnötige Fehlalarme vermieden werden, insofern nicht ein einziger Vergleich, in welchem beispielsweise aufgrund einer Messungenauigkeit die erfasste Partikelmassekonzentration größer ist als der ausgewählte Partikelmassegrenzwert, dazu führt, dass fälschlicherweise das Partikelfilter als defekt erkannt wird. Die vorherigen Ausführungen gelten analog auch für den umgekehrten Fall, in dem der Zähler heruntergezählt wird, wenn die erfasste Partikelmassekonzentration größer ist als der ausgewählte Partikelmassekonzentrationsgrenzwert. Das heißt also, dass in diesem Fall der Zähler heraufgezählt wird, wenn die erfasste Partikelmassekonzentration kleiner ist als der ausgewählte Partikelmassekonzentrationsgrenzwert. In diesem Fall wird dann insbesondere ein Fehlersignal ausgegeben, wenn der Zählerwert kleiner ist als ein kritischer Zählergrenzwert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zumindest einer der Schritte des Erfassens der Partikelmassekonzentration, des Auswählens des Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes und des Vergleichens abhängig davon durchgeführt wird, ob der erfasste Betriebszustandsparameter in einem vorbestimmten Parameterbereich liegt. Das heißt also insbesondere, dass zumindest einer der Schritte nur dann durchgeführt wird, wenn der erfasste Betriebszustandsparameter in einem vorbestimmten Parameterbereich liegt. Vorzugsweise werden sämtliche vorgenannten Schritte nur dann durchgeführt, wenn der erfasste Betriebszustandsparameter in dem vorbestimmten Parameterbereich liegt. Die vorgenannten Ausführungen gelten analog für den Fall, wenn der erfasste Betriebszustandsparameter einen vorbestimmten Betriebszustandsparameterwert annimmt. Das heißt also insbesondere, dass gemäß einer weiteren Ausführungsform vorgesehen sein kann, dass zumindest einer der vorgenannten Schritte abhängig davon ausgeführt wird, ob der erfasste Betriebszustandsparameter gleich einem vorbestimmten Betriebszustandsparameterwert ist. Dadurch wird in vorteilhafter Weise insbesondere sichergestellt, dass die Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors günstig für eine Diagnose des Partikelfilters sind. Solche Betriebsbedingungen können beispielsweise einen definierten Betriebsbereich, quasi-stationäre Bedingungen und keine sonstigen Fehler umfassen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass ein Regenerationszustand des Partikelfilters erfasst wird, wobei vorzugsweise vorgesehen sein kann, dass zumindest einer der Schritte des Erfassens des Betriebszustandsparameters, des Erfassens der Partikelmassekonzentration, des Auswählens des Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes und des Vergleichens abhängig von dem erfassten Regenerationszustand durchgeführt wird. Das heißt also insbesondere, dass zumindest einer der vorgenannten Schritte, insbesondere alle vorgenannten Schritte, nur dann durchgeführt wird respektive werden, wenn der erfasste Regenerationszustand einem vorbestimmten Regenerationszustand entspricht. Dadurch wird insbesondere sichergestellt, dass sich das Partikelfilter in einem diagnostizierbaren Zustand befindet. So kann es beispielsweise in Phasen mit einer geringen Partikelbeladung des Partikelfilters dazu kommen, dass eine erhöhte Partikelmassekonzentration stromabwärts des Partikelfilters vorkommt und insofern gemessen wird, da in einer Phase mit einer geringen Partikelbeladung ein Partikelfilterwirkungsgrad in der Regel nicht optimal ist. Eine Phase mit einer geringen Partikelbeladung des Partikelfilters kann beispielsweise sein, wenn das Partikelfilter neu ist und insbesondere wenn es zum ersten Mal in Betrieb genommen wird. Eine Phase mit einer geringen Partikelbeladung kann insbesondere auch nach einer Partikelfilterregeneration auftreten. Eine Partikelfilterregeneration kann beispielsweise eine aktive und/oder passive Regeneration des Partikelfilters umfassen. In einer solchen Regeneration wird in der Regel eine erhöhte Partikelemission seitens des Partikelfilters vorliegen, ohne dass dies ein Indiz für ein defektes Partikelfilter ist. Dadurch also, dass sichergestellt ist, dass sich das Partikelfilter nicht gerade in einem solchen Regenerationszustand befindet, können unnötige Fehlalarme vermieden werden. Es kann somit besonders zuverlässig und sicher zwischen einem intakten und einem defekten Filter unterschieden werden.
Ein Regenerationszustand beschreibt also insbesondere, ob sich das Partikelfilter in einem Regenerationszustand befindet oder nicht, das heißt, ob das Partikelfilter sich gerade regeneriert oder nicht.
Nach einer weiteren Ausführungsform ist den Partikelmassekonzentrationsgrenzwerten jeweils zumindest ein Betriebszustandsparameter zugeordnet. Somit kann besonders einfach und effizient aus dem Satz von Partikelmassekonzentrationsgrenzwerten der Partikelmassekonzentrationsgrenzwert herausgefiltert werden, welcher dem erfassten Betriebszustandsparameter entspricht.
Gemäß einer Ausführungsform ist den Partikelmassekonzentrationsgrenzwerten des Satzes von Partikelmassekonzentrationsgrenzwerten jeweils ein Partikelfilterzustandsparameter zugeordnet. Dadurch kann in vorteilhafter Weise bei Auswahl eines entsprechenden Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes eine Aussage über einen Partikelfilterzustand getroffen werden. Ein Partikelfilterzustandsparameter im Sinne der vorliegenden Erfindung bezeichnet insbesondere einen Schädigungsgrad des Partikelfilters.
Nach einer Ausführungsform wird der Partikelfilterzustandsparameter bestimmt, wobei insbesondere ein Tupel umfassend den gemessenen Partikelfilterzustandsparameter, den gemessenen Betriebszustandsparameter und die gemessene Partikelmassekonzentration gebildet wird. Dieser Tupel kann beispielsweise in einen Speicher des Diagnosesystems hinterlegt beziehungsweise abgespeichert werden. Wenn nun im Betrieb des Verbrennungsmotors ein Betriebszustandsparameter sowie eine Partikelmassekonzentration des Abgasstroms stromabwärts von dem Partikelfilter erfasst werden, so kann ein entsprechendes Tupel aus dem Speicher herausgelesen werden, wobei dann der Partikelzustandsparameter ermittelt werden kann. Somit kann in vorteilhafter Weise eine Aussage über einen Partikelfilterzustand getroffen werden basierend auf einem Betriebszustandsparameter und einer Partikelmassekonzentration.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Partikelmassekonzentration mittels eines Partikel-Masse-Sensors gemessen beziehungsweise erfasst wird. Das heißt also insbesondere, dass die Partikelmesseinrichtung einen Partikelmassesensor umfassen kann. Vorzugsweise können auch mehrere Partikel-Masse-Sensoren vorgesehen sein.
Nach einer Ausführungsform wird die Partikelmassekonzentration über eine vorbestimmte Zeitdauer erfasst respektive gemessen.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass anstelle oder zusätzlich zu dieser Messung respektive Erfassung eine absolute Änderung eines Partikelmassesensorsignals erfasst respektive gemessen wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Hierbei zeigen
1 ein Ablaufdiagramm eines Diagnoseverfahrens für einen im Abgasstrom eines Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilter,
2 ein Diagnosesystem,
3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bilden eines Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes,
4 eine Vorrichtung zum Bilden eines Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes,
5 einen Partikelfilter mit einem Partikel-Masse-Sensor und
6 ein Ablaufdiagramm eines weiteren Diagnoseverfahrens. Im Folgenden werden für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Diagnoseverfahrens für einen in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilter.
Gemäß einem Schritt 101 wird ein Betriebszustandsparameter des Verbrennungsmotors erfasst. Gemäß einem Schritt 103 wird eine Partikelmassekonzentration des Abgasstroms stromabwärts von dem Partikelfilter erfasst. In einem Schritt 105 wird ein Partikelmassekonzentrationsgrenzwert aus einem Satz von Partikelmassekonzentrationsgrenzwerten ausgewählt, wobei das Auswählen in Abhängigkeit des erfassten Betriebszustandsparameters durchgeführt wird. In einem Schritt 107 wird die erfasste Partikelmassekonzentration mit dem ausgewählten Partikelmassegrenzwert verglichen.
Wenn die erfasste Partikelmassekonzentration größer ist als der Partikelmassekonzentrationsgrenzwert für den erfassten Betriebszustandsparameter, so ist dies in der Regel in vorteilhafter Weise ein klares Indiz dafür, dass das Partikelfilter defekt ist. Wenn die erfasste Partikelmassekonzentration kleiner ist als der ausgewählte Partikelmassekonzentrationswert, so ist dies in der Regel in vorteilhafter Weise ein klares Indiz dafür, dass das Partikelfilter intakt ist.
2 zeigt ein Diagnosesystem 201 für einen in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilter.
Das Diagnosesystem 201 umfasst eine Motorerfassungseinrichtung 203 zum Erfassen eines Betriebszustandsparameters des Verbrennungsmotors. Ferner umfasst das Diagnosesystem 201 eine stromabwärts von dem Partikelfilter angeordnete beziehungsweise anordbare Partikelerfassungseinrichtung 205 zum Erfassen einer Partikelmassekonzentration in dem Abgasstrom. Darüber hinaus ist eine Auswahleinrichtung 207 vorgesehen, welche ausgebildet ist, einen Partikelmassekonzentrationsgrenzwert in Abhängigkeit des erfassten Betriebszustandsparameters aus einem Satz von Partikelmassekonzentrationsgrenzwerten auszuwählen. Ferner umfasst das Diagnosesystem 201 eine Vergleichseinrichtung 209 zum Vergleichen der erfassten Partikelmassekonzentration mit dem ausgewählten Partikelkonzentrationsmassegrenzwert.
In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann die Partikelerfassungseinrichtung 205 einen oder mehrere Partikel-Masse-Sensoren umfassen.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Bilden eines Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes.
Gemäß einem Schritt 301 wird ein Betriebszustandsparameter eines Verbrennungsmotors gemessen. Gemäß einem Schritt 303 wird ein zeitliches mit dem Messen des Betriebszustandsparameters korrelierendes Messen einer Partikelmassekonzentration stromabwärts eines in einem Abgasstrom des Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilters durchgeführt. Gemäß einem Schritt 305 wird der Partikelmassekonzentrationsgrenzwert ermittelt, wobei dies in Abhängigkeit von dem gemessenen Betriebszustandsparameter, der gemessenen Partikelmassekonzentration und in Abhängigkeit von einem vorbestimmten streckenbezogenen Partikelmassegrenzwert durchgeführt wird.
Somit wird in vorteilhafter Weise eine Korrelation zwischen einem volumenbezogenen Partikelmassekonzentrationsgrenzwert zu einem streckenbezogenen Partikelmassegrenzwert hergestellt.
4 zeigt eine Vorrichtung 401 zum Bilden eines Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes.
Die Vorrichtung 401 umfasst eine Motormesseinrichtung 403 zum Messen eines Betriebszustandsparameters eines Verbrennungsmotors. Die Vorrichtung 401 umfasst ferner eine Partikelmesseinrichtung 405 für ein zeitliches mit dem Messen des Betriebszustandsparameters korrelierendes Messen einer Partikelmassekonzentration stromabwärts eines in einem Abgasstrom des Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilters. Ferner ist eine Ermittlungseinrichtung 407 vorgesehen, welche ausgebildet ist, abhängig von dem gemessenen Betriebszustandsparameter, der gemessenen Partikelmassekonzentration und in Abhängigkeit von einem vorbestimmten streckenbezogenen Partikelmassegrenzwert den Partikelmassekonzentrationsgrenzwert zu ermitteln.
5 zeigt ein Partikelfilter 501 für einen Dieselverbrennungsmotor (nicht gezeigt), wobei dem Partikelfilter 501 strömungsaufwärts ein Dieseloxidationskatalysator 503 vorgeschaltet ist. Eine Abgasströmungsrichtung beziehungsweise ein Abgasstrom ist in 5 exemplarisch mittels zweier Pfeile mit dem Bezugszeichen 505 gekennzeichnet.
Stromabwärts von dem Partikelfilter 501 ist ein Partikel-Masse-Sensor 507 angeordnet, welcher eine Partikelmassekonzentration stromabwärts von dem Partikelfilter 501 in dem Abgasstrom 505 erfassen kann. Die entsprechenden Partikelmassesensorsignale des Partikel-Masse-Sensors 507 werden an eine Vergleichseinrichtung 509 gesendet beziehungsweise übermittelt, wobei hierfür beispielsweise ein Netzwerk oder ein Bussystem 511 vorgesehen sein kann. Das Bussystem 511 kann beispielsweise ein CAN-Bus, also ein Controller Area Network-Bus, sein. Die Vergleichseinrichtung 509 kann nun insbesondere die Sensorsignale des Partikelmassesensors 507 mit Referenzsignalen vergleichen, wobei diese Referenzsignale insbesondere einem Partikelmassekonzentrationsgrenzwert entsprechen, wobei dieser Partikelmassekonzentrationsgrenzwert aus einem Satz von Partikelmassekonzentrationsgrenzwerten ausgewählt wird. Dieses Auswählen wird in Abhängigkeit von einem Betriebszustandsparameter durchgeführt, wobei der Betriebszustandsparameter mittels einer hier nicht gezeigten Motorerfassungseinrichtung erfasst wird.
In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Vergleichseinrichtung 509 in einer Hauptsteuereinrichtung für den Verbrennungsmotor integriert ist. In einer weiteren nicht gezeigten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass die Auswahleinrichtung in der Hauptsteuereinrichtung integriert ist. Die Hauptsteuereinrichtung kann vorzugsweise auch ausgebildet sein, weitere Fahrzeugsysteme zu steuern. Auf Englisch kann eine Hauptsteuereinrichtung auch als eine „Electronic Control Unit“ bezeichnet werden.
Ferner kann in einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel vorgesehen sein, dass ein weiterer Partikel-Masse-Sensor stromaufwärts von dem Partikelfilter 501 angeordnet ist, um in vorteilhafter Weise eine Partikelmassekonzentration in dem Abgasstrom 505 zu messen, welcher sich noch vor dem Partikelfilter 501 befindet. Somit kann in vorteilhafter Weise eine jeweilige Partikelmassekonzentration vor und nach dem Partikelfilter 501 miteinander verglichen werden.
Die folgenden Formeln beziehungsweise Gleichungen sollen für ein besseres Verständnis dienen: m ._PM,in = ρ_PM,in × V ._ex,in (1) m ._PM,aus = ρ_PM,aus × V ._ex,aus (2)
Die Gleichung (1) beschreibt die zeitliche Änderung der Partikelmasse, welche in den Partikelfilter 501 strömt. ρ_PM,in steht für die Partikelmassekonzentration in mg/m³, welche in den Filter 501 einströmt. V ._ex,in steht für die zeitliche Änderung des einströmenden Volumens in den Partikelfilter 501.
Gleichung (2) beschreibt analog eine zeitliche Änderung der Partikelmasse beziehungsweise Partikelmenge, welche aus dem Partikelfilter 501 ausströmt. ρ_PM,aus steht für die Partikelmassekonzentration in mg/m³, welche aus dem Partikelfilter 501 ausströmt. V ._ex,aus steht für eine zeitliche Änderung des ausströmenden Abgasvolumens in m³.
Gleichung (3) steht für einen Wirkungsgrad des Partikelfilters 501.
6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines weiteren Diagnoseverfahrens für einen in einem Abgasstrom eines Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilter.
Gemäß einem Schritt 601 werden mehrere Fahrzeugsystemparameter erfasst. Dies umfasst insbesondere gemäß einem Schritt 603 ein Erfassen, ob ein Partikel-Masse-Sensor, welcher stromabwärts von dem Partikelfilter angeordnet ist, betriebsbereit ist. Ferner umfasst das Erfassen der Fahrzeugsystemparameter ein Erfassen eines Regenerationszustandes des Partikelfilters gemäß einem Schritt 605. Ferner umfasst der Schritt 601 einen Schritt 607, in welchem ein Betriebszustandsparameter des Verbrennungsmotors erfasst wird.
Somit wird also gemäß dem Schritt 601 in vorteilhafter Weise insbesondere detektiert beziehungsweise bestimmt, ob für eine Diagnose des Partikelfilters günstige Bedingungen vorliegen. Wenn diese vorliegen, das heißt also beispielsweise, wenn der erfasste Betriebszustandsparameter in einem vorbestimmten Parameterbereich liegt und/oder wenn der Regenerationszustand des Partikelfilters nicht einem aktiven oder passiven Regenerationszustand entspricht, so wird gemäß einem Schritt 609 basierend auf dem erfassten Betriebszustandsparameter, beispielsweise einer Motorgeschwindigkeit und/oder einem Motordrehmoment, ein Partikelmassekonzentrationsgrenzwert ρ_thd ausgewählt, wobei „thd“ für den englischen Begriff "threshold", also Grenzwert beziehungsweise Schwelle, steht.
Gemäß einem Schritt 611 wird mittels des Partikel-Masse-Sensors eine Partikelmassekonzentration des Abgasstroms stromabwärts von dem Partikelfilter erfasst. Die erfasste Partikelmassekonzentration wird im Folgenden mittels ρ_meas bezeichnet, wobei „meas“ für den englischen Begriff "measured" steht, also gemessen.
In einem Schritt 613 werden die erfasste Partikelmassekonzentration und der ausgewählte Partikelmassekonzentrationsgrenzwert miteinander verglichen. Dies wird über eine vorbestimmte Zeitdauer beziehungsweise über einen vorbestimmten Zeitraum durchgeführt und kann mathematisch wie folgt beschrieben werden: Δρ = 1 / t∫(ρ_thd – ρ_meas)dt
Wenn Δρ > 0 ist, so wird gemäß einem Schritt 615 ein Zähler "n" hochgezählt.
Wenn Δρ ≤ 0 ist, so wird gemäß einem Schritt 617 der Zähler "n" heruntergezählt.
In einem Schritt 619 wird der Zählerwert mit einem kritischen Zählergrenzwert "n_krit" verglichen. Wenn n > n_krit ist, so wird gemäß einem Schritt 621 ein Fehlersignal und/oder eine Fehlermeldung ausgegeben beziehungsweise bereitgestellt.
Wenn n ≤ n_krit ist, wo beginnt das Diagnoseverfahren wieder bei Schritt 601.
In einer nicht gezeigten Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass verschieden stark geschädigte Partikelfilter, also Partikelfilter mit unterschiedlichen Partikelfilterzustandsparametern, für einen spezifischen Verbrennungsmotor nach gesetzlich vorgeschriebenen Messmethoden, beispielsweise dem NEDC-(New European Driving Cycle)-Testzyklus, vermessen werden. Gleichzeitig werden hierbei die Sensorsignale der Partikel-Masse-Sensoren aufgezeichnet, wobei der Partikel-Masse-Sensor stromabwärts von dem Partikelfilter angeordnet ist. Anschließend kann vorgesehen sein, dass charakteristische Betriebszustände des Verbrennungsmotors definiert werden, welche sowohl in den vorgeschriebenen Messmethoden, insbesondere in dem NEDC, als auch im Feldbetrieb des Verbrennungsmotors vorkommen. Solche Betriebszustände können beispielsweise eine Konstantfahrt bei einer vorbestimmten Geschwindigkeit sein. Eine solche vorbestimmte Geschwindigkeit kann beispielsweise 50 km/h, 70 km/h oder 100 km/h sein. Ferner kann ein solcher charakteristischer Betriebszustand eine Beschleunigung von beispielsweise 0 bis 50 km/h oder 0 bis 70 km/h sein. Zu diesen Betriebszuständen werden die Partikel-Masse-Sensorsignale, insbesondere die erfasste beziehungsweise gemessene Partikelmassekonzentration und/oder eine absolute Änderung des Partikel-Masse-Sensorsignals über einen vorbestimmten Zeitraum, analysiert und mit einem Partikelemissionsergebnis entsprechend der gesetzlich vorgeschriebenen Messprozedur beziehungsweise Messmethode in Relation gesetzt. Die so entstandenen Korrelationsparameter können dann in vorteilhafter Weise für einen Diagnosealgorithmus einer Online-Überwachung bezüglich der Partikelmassekonzentration in einem Feldbetrieb des Verbrennungsmotors übernommen werden.
Der Verbrennungsmotor wird im Feldbetrieb auf das Auftreten bzw. Vorkommen dieser charakteristischen Betriebszustände für die Partikelfilterdiagnose überwacht, insbesondere permanent überwacht. Wenn diese erkannt werden, dann werden wieder die entsprechenden Partikel-Masse-Sensorsignale analysiert, das heißt also die Partikelmassekonzentration und/oder die absolute Änderung des Partikel-Masse-Sensorsignals über den vorbestimmten Zeitraum, und mit den Korrelationsparametern verglichen. Bei diesem Vergleich kann eine Aussage über das Partikelemissionsverhalten des gesamten Abgasnachbehandlungssystems, den Zustand des Partikelfilters und ob eine anzeigepflichtige Überschreitung des Partikelemissionsgrenzwertes vorliegt, getroffen werden.
Falls ein fehlerhafter Partikelfilter vorliegt, wird der Partikel-Masse-Sensor, der stromabwärts des Partikelfilters im Abgasstrom angebracht ist, eine Beladung erfahren. Daraus wird eine Konzentration an Partikeln im Abgasstrom bestimmt. Sollte diese Konzentration nun höher liegen als eine vordefinierte Konzentration für einen bestimmten Betriebspunkt des Gesamtsystems, also insbesondere des Verbrennungsmotors, liegt ein Fehler vor. Diese für einen bestimmten Betriebspunkt definierte Konzentration repräsentiert aufgrund der vorherigen Korrelierung mittels der Korrelationsparameter den gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwert von beispielsweise 12 mg/km, wobei hier noch vorgesehen sein kann, dass eine Konzentration, die aufgrund von Systemungenauigkeiten, insbesondere Sensorungenauigkeiten, für einen Abzug eingeführt werden kann.
Insbesondere wird das Diagnoseverfahren vorzugsweise nur durchgeführt, wenn der Partikelmassesensor betriebsbereit ist, das Partikelfilter sich in einem diagnostizierbaren Zustand befindet, das heißt beispielsweise, dass das Partikelfilter keine aktive oder passive Regeneration durchführt, und die Betriebsbedingungen des Motors günstig für eine Diagnose des Filters sind, beispielsweise wenn ein definierter Betriebsbereich, quasi-stationäre Bedingungen oder keine sonstigen Fehler vorliegen.
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Zitierte Patentliteratur

DE 102008015256 A1 [0003]

Claims

Diagnoseverfahren für einen in einem Abgasstrom (505) eines Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilter (501), umfassend die folgenden Schritte: – Erfassen (101) eines Betriebszustandsparameters des Verbrennungsmotors, – Erfassen (103) einer Partikelmassekonzentration des Abgasstroms (505) stromabwärts von dem Partikelfilter (501), – Auswählen (105) eines Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes in Abhängigkeit des erfassten Betriebszustandsparameters aus einem Satz von Partikelmassekonzentrationsgrenzwerten und – Vergleichen (107) der erfassten Partikelmassekonzentration mit dem ausgewählten Partikelmassekonzentrationsgrenzwert.
Diagnoseverfahren nach Anspruch 1, wobei die Partikelmassekonzentrationsgrenzwerte auf einem streckenbezogenen Partikelmassegrenzwert basieren.
Diagnoseverfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei basierend auf dem Vergleich ein Zähler hoch- oder runtergezählt wird und wobei basierend auf einem Zählerwert ein Fehlersignal ausgegeben wird.
Diagnoseverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zumindest einer der Schritte des Erfassens der Partikelmassekonzentration, des Auswählens des Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes und des Vergleichens abhängig davon durchgeführt wird, ob der erfasste Betriebszustandsparameter in einem vorbestimmten Parameterbereich liegt.
Diagnoseverfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Regenerationszustand des Partikelfilters (501) erfasst wird und wobei zumindest einer der Schritte des Erfassens des Betriebszustandsparameters, des Erfassens der Partikelmassekonzentration, des Auswählens des Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes und des Vergleichens abhängig von dem erfassten Regenerationszustand durchgeführt wird.
Verfahren zum Bilden eines Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes, umfassend die folgenden Schritte: – Messen (301) eines Betriebszustandsparameters eines Verbrennungsmotors, – zeitliches mit dem Messen des Betriebszustandsparameters korrelierendes Messen (303) einer Partikelmassekonzentration stromabwärts eines in einem Abgasstrom (505) des Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilters und – Ermitteln (305) des Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes abhängig von dem gemessenen Betriebszustandsparameter, der gemessenen Partikelmassekonzentration und von einem vorbestimmten streckenbezogenen Partikelmassegrenzwert.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei ein Partikelfilterzustandsparameter bestimmt wird und ein Tupel umfassend den Partikelfilterzustandsparameter, den gemessenen Betriebszustandsparameter und die gemessene Partikelmassekonzentration gebildet wird.
Diagnosesystem (201) für einen in einem Abgasstrom (505) eines Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilter (501), umfassend: – eine Motorerfassungseinrichtung (203) zum Erfassen eines Betriebszustandsparameters des Verbrennungsmotors, – eine stromabwärts von dem Partikelfilter (501) angeordnete Partikelerfassungseinrichtung (205) zum Erfassen einer Partikelmassekonzentration in dem Abgasstrom (505), – eine Auswahleinrichtung (207, 509) zum Auswählen eines Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes in Abhängigkeit des erfassten Betriebszustandsparameters aus einem Satz von Partikelmassekonzentrationsgrenzwerten und – eine Vergleichseinrichtung (209) zum Vergleichen der erfassten Partikelmassekonzentration mit dem ausgewählten Partikelmassegrenzwert.
Vorrichtung (401) zum Bilden eines Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes, umfassend: – eine Motormesseinrichtung (403) zum Messen eines Betriebszustandsparameters eines Verbrennungsmotors, – eine Partikelmesseinrichtung (405) für ein zeitliches mit dem Messen des Betriebszustandsparameters korrelierendes Messen einer Partikelmassekonzentration stromabwärts eines in einem Abgasstrom (505) des Verbrennungsmotors angeordneten Partikelfilters (501) und – eine Ermittlungseinrichtung (407) zum Ermitteln des Partikelmassekonzentrationsgrenzwertes abhängig von dem gemessenen Betriebszustandsparameter, der gemessenen Partikelmassekonzentration und von einem vorbestimmten streckenbezogenen Partikelmassegrenzwert
Computerprogramm, umfassend Programmcode zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.