DE102012201594B4

DE102012201594B4 - Verfahren zur Signalaufbereitung für einen sammelnden Partikelsensor

Info

Publication number: DE102012201594B4
Application number: DE102012201594.9A
Authority: DE
Inventors: Andreas Genssle; Enno Baars; Cornelia Nagel; Bernhard Kamp; Markus Eitel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-02-03
Filing date: 2012-02-03
Publication date: 2024-05-08
Anticipated expiration: 2032-02-04
Also published as: DE102012201594A1; US20130204540A1

Abstract

Verfahren zur Aufbereitung eines Ausgangssignals eines sammelnden Partikelsensors im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine, wobei das Ausgangssignal mittels eines Tiefpassfilters (47) mit einer vorgegebenen Zeitkonstanten gefiltert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitkonstante in Abhängigkeit vom Wert des Ausgangssignals vorgegeben wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung eines Ausgangssignals eines sammelnden Partikelsensors im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Aufbereitung eines Ausgangssignals eines sammelnden Partikelsensors im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine, wobei das Ausgangssignal mittels eines Tiefpassfilters mit einer vorgegebenen Zeitkonstanten gefiltert wird.
Partikelsensoren werden heute beispielhaft zur Überwachung des Rußausstoßes von Brennkraftmaschinen und zur On-Board-Diagnose (OBD), beispielhaft zur Funktionsüberwachung von Partikelfiltern, eingesetzt. Dabei sind sammelnde, resistive Partikelsensoren bekannt, die eine Änderung der elektrischen Eigenschaften einer interdigitalen Elektrodenstruktur auf Grund von Partikelanlagerungen auswerten. Die Partikelsensoren sind dabei im Abgasstrom hinter dem zu überwachenden Partikelfilter angeordnet. Ist der Partikelfilter voll beladen oder ist die Filterwirkung eingeschränkt, können bei der Verbrennung entstandene Partikel den Partikelfilter passieren und lagern sich an dem Partikelsensor ab, was durch die beschriebenen Auswertung des Ausgangssignals des Partikelsensors nachgewiesen wird. Bei der Regeneration des Partikelsensors, wie sie ab einem bestimmten Beladungszustand des Partikelsensors notwendig ist, wird dieser durch ein integriertes Heizelement so weit aufgeheizt, dass die angelagerten Rußpartikel verbrennen und der Partikelsensor für einen nächsten Messzyklus bereit ist.
Ein solcher resistiver Partikelsensor ist in der DE 101 33 384 A1 beschrieben. Der Partikelsensor ist aus zwei ineinander greifenden, kammartigen Elektroden (Interdigitalelektroden) aufgebaut, die zumindest teilweise von einer Fanghülse überdeckt sind, die zur Verbesserung der Ablagerung von Partikeln dient. Lagern sich Partikel aus einem Gasstrom an dem Partikelsensor ab, so führt dies zu einer auswertbaren Änderung der Impedanz des Partikelsensors, aus der auf die Menge angelagerter Partikel und somit auf die Menge im Abgas mitgeführter Partikel geschlossen werden kann. Die Auswertung des Sensorsignals erfolgt beispielhaft durch Anlegen einer elektrischen Spannung an den Partikelsensor und durch Messung des Stroms durch den Sensor. In einer ersten Phase der Anlagerung fließt dabei kein Strom, da noch keine Brücken aus Partikeln zwischen den Elektroden ausgebildet sind. Nachfolgend steigt der Strom an, bis er einen vorbestimmten Schwellwert, die Auslöseschwelle, erreicht. Durch einen Vergleich von einer Soll-Auslösezeit und einer tatsächlichen Sensorauslösezeit kann bewertet werden, inwiefern die Beladung des Abgasstroms mit Partikeln eine vorbestimmte Schwelle unter- oder überschreitet. Die Soll-Auslösezeit wird dabei aus einem Signalverhaltensmodell unter Einbeziehung eines Rohemissionsmodells der Brennkraftmaschine für Partikel ermittelt. Die tatsächliche Sensorauslösezeit entspricht dem Zeitraum von einer Regeneration des Partikelsensors bis zum Erreichen einer vorgegebenen Stromschwelle, wie sie bei einer entsprechenden Rußbeladung des Partikelsensors und einer zwischen den Elektroden anliegenden Spannung erreicht wird. Die vorgegebene Stromschwelle wird als Auslöseschwelle des Partikelsensors bezeichnet. Zur Erreichung einer kurzen Ansprechzeit des Sensors wird die Stromschwelle möglichst niedrig gewählt. Hierdurch ist das System allerdings für Signalstörungen besonders empfindlich. Treten solche Signalstörungen auf, kann die Stromschwelle kurzzeitig vorzeitig überschritten werden, der Partikelgehalt im Abgas wird als zu hoch eingeschätzt und der Partikelfilter wird fälschlich als defekt eingestuft. Nach dem Stand der Technik wird das Signal des Partikelsensors daher mittels eines Tiefpaßfilters mit langer Zeitkonstante gefiltert. Dieses Vorgehen vermindert allerdings die Dynamik des Stromsignals und führen wegen des verlangsamten Anstiegs des Sensorsignals ihrerseits zu einer Fehlbewertung.
Nach dem Stand der Technik sind Verfahren zur Plausibilisierung des Sensorsignals bekannt, die konstante Störungen, wie Nebenschlüsse, beheben. Aus der DE 10 2007 047 081 A1 ist ein Verfahren zur Detektion eines Vergiftungsgrads eines Partikelsensors bekannt. Aus der DE 10 2009 046 315 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Partikelsensors bekannt, wobei der Partikelsensor auf seiner Oberfläche mindestens zwei ineinander greifende interdigitale Elektroden aufweist, an die zur Bestimmung einer Beladung mit Rußpartikeln des Partikelsensors eine Sensorspannung U_IDE zumindest zeitweise angelegt und ein Sensorstrom I_IDE über die Elektroden gemessen und ausgewertet wird, wobei zur Entfernung der Rußbeladung zusätzlich ein Heizelement vorgesehen sein kann, mit dem der Partikelsensor in einer Regenerationphase aufgeheizt wird. Erfindungsgemäß wird bei nicht aktiviertem Heizelement beim Anlegen der Sensorspannung U_IDE die Leitfähigkeit der Rußpartikel bzw. der Rußpfade bestimmt. Hierdurch können Nebenschlüsse erkannt und berücksichtigt werden.
Weiterhin ist aus der DE 10 2010 029 066 A1 der Anmelderin ein Verfahren zur Überwachung eines resistiven Partikelsensors auf einen Nebenschluss bekannt, wobei eine Temperaturabhängigkeit eines von dem Beladungszustand des resistiven Partikelsensors abhängigen Messsignals des resistiven Partikelsensors auf Grund einer Temperaturabhängigkeit des elektrischen Widerstandes angelagerter Rußpartikel durch eine Temperaturkompensation korrigiert und ein temperaturkompensiertes Messsignal gebildet wird. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass während eines Messzyklus des Partikelsensors wiederholt eine zeitliche Änderung des temperaturkompensierten Messsignals des Partikelsensors bestimmt wird und dass auf einen Nebenschluss geschlossen wird, wenn die zeitliche Änderung des temperaturkompensierten Messsignals einen vorgegebenen Toleranzbereich über- oder unterschreitet. Weiterhin ist aus der Schrift eine zugehörige Vorrichtung bekannt.
Ein weiteres Verfahren zur Signalaufbereitung ist aus der US 2009/0 138 172 A1 bekannt.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches eine Auswertung des Ausgangssignals eines Partikelsensors mit einer guten Unterdrückung von Störsignalen aber unter weitgehender Beibehaltung der Dynamik des Sensorsignals ermöglicht.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß ist bei einem Verfahren zur Aufbereitung eines Ausgangssignals eines sammelnden Partikelsensors im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine vorgesehen, dass das Ausgangssignal mittels eines Tiefpassfilters mit einer vorgegebenen Zeitkonstanten gefiltert wird. Dabei ist ferner vorgesehen, dass die Zeitkonstante in Abhängigkeit vom Wert des Ausgangssignals vorgegeben wird.
In Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass die Zeitkonstante bei hohen Werten des Ausgangssignals im Vergleich zur Zeitkonstanten bei niedrigen Werten des Ausgangssignals vermindert wird.
Es kann vorgesehen sein, dass die Zeitkonstante in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine vorgegeben wird
Es kann vorgesehen sein, dass die Zeitkonstante nach einer Kennlinie vorgegeben wird.
Es kann vorgesehen sein, dass Werte des Ausgangssignals fortwährend in einem Speicher abgelegt werden, dass zur Aufbereitung des Ausgangssignals eine Auswahl aus einer vorbestimmten Anzahl der zuletzt in den Speicher eingeschriebenen Werte erfolgt, dass die ausgewählten Werte mit dem Tiefpassfilter gefiltert werden und dass die Zeitkonstante des Tiefpassfilters in Abhängigkeit von den ausgewählten Werten vorgegeben wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich besonders zur Anwendung zur Aufbereitung des Ausgangssignals eines resistiven Partikelsensors. Ein solcher resistiver Partikelsensor kann insbesondere zur Bewertung der Filterwirkung eines Partikelfilters im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden. Es ist dabei vorteilhaft, die Dynamik des Ausgangssignals des resistiven Partikelsensors weitgehend zu erhalten, da die Zeitdauer vom Start eines Meßzyklus bis zum Erreichen der Auslöseschwelle die Maßzahl für die Filterwirkung ist und vermieden werden muß, Partikelfilter fälschlich als intakt oder fehlerhaft zu kennzeichnen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

1 einen Signalverlauf an einem Partikelsensor mit einem Störsignal,
2 den Signalverlauf an dem Partikelsensor vom Meßbeginn bis zur Auslöseschwelle,
3 den Signalverlauf an dem Partikelsensor an der Auslöseschwelle,
4 ein Ablaufdiagramm für eine Ausführung der Signalaufbereitung.

1 zeigt in einem ersten Signaldiagramm 10 ein Sensorsignal 13, das ein Stromverlauf in einer ersten Meßphase eines resistiven Partikelsensors ist, in der erste Partikel an dem Partikelsensor angelagert werden. Während dieser Messphase sind noch keine Rußbrücken zwischen den kammartigen Elektroden des Partikelsensors ausgebildet, so dass bei einer angelegten elektrischen Spannung noch kein Strom fließen kann. Das Sensorsignal 13 wird entlang einer Zeitachse 16 und einer Signalachse 11 aufgetragen. Für die Anordnung ist eine Auslöseschwelle 15 vorbestimmt, die einem Strom entspricht, bei der der Partikelsensor als so weit mit Partikeln beladen gilt, dass er ein zuverlässiges Signal über den Beladungszustand abgeben kann. Die Zeitdauer zwischen dem Start der Messung und dem Erreichen der Auslöseschwelle 15 charakterisiert den Gehalt des Abgases an Partikeln. Durch ein Störsignal wird bereits zum Zeitpunkt einer ersten Signalüberschreitung 12 die Auslöseschwelle 15 kurzzeitig überschritten. Ohne weitere Signalbearbeitung würde die Auslöseschwelle 15 in diesem Fall wesentlich zu früh überschritten und fälschlich einen zu hohen Gehalt des Abgases an Partikeln andeuten. Dies könnte dazu führen, dass ein im Abgaskanal dem Partikelsensor vorgelagerter Partikelfilter irrtümlich als defekt eingestuft würde. Nach dem Stand der Technik wird daher das Sensorsignal 13 mit einem Tiefpaß gefiltert, so dass sich der Verlauf eines tiefpassgefilterten Sensorsignals 14 einstellt. Das tiefpassgefilterte Sensorsignal 14 erreicht in dem dargestellten Fall die Auslöseschwelle 15 nicht, so dass ein Fehlalarm vermieden werden kann.
2 zeigt in einem zweiten Signaldiagramm 20 das Sensorsignal 13 während eines kompletten Messzyklus des Partikelsensors vom Start mit einem freigebrannten Partikelsensor bis zum regulären Erreichen der Auslöseschwelle 15 in einem Auslösebereich 24, der zeitlich markiert, wann die Auslöseschwelle 15 überschritten wird. Gleiche Bezeichner wie in 1 sind mit gleichen Nummern gekennzeichnet. Zusätzlich zu dem Sensorsignal 13 ist ein erfindungsgemäß aufbereitetes Sensorsignal 21 eingetragen. In einer ersten Meßphase 22 sammelt der Sensor Partikel ohne dass sie bereits Brücken von Rußpartikeln bilden, die einen Stromfluß ermöglichen. Trotzdem kommt es durch Störsignale bei der ersten Signalüberschreitung 12 und im weiteren Verlauf nach der ersten Meßphase 22 bei einer zweiten Signalüberschreitung 23 des Sensorsignals 13 zum Überschreiten der Auslöseschwelle 15. Das aufbereitete Sensorsignal 21 überschreitet die Auslöseschwelle 15 nicht und es wird vermieden, eine zu hohe Konzentration an Partikeln anzuzeigen.
3 zeigt in einem dritten Signaldiagramm 30 den Signalverlauf in der Nähe des Auslösebereichs 24. Das Sensorsignal 13 überschreitet die Auslöseschwelle 15 zum ersten Auslöse-Zeitpunkt 31. Das tiefpassgefilterte Sensorsignal 14 erreicht die Auslöseschwelle 15 wesentlich später zum dritten Auslöse-Zeitpunkt 33; daher führt in diesem Fall die Tiefpassfilterung zu einer Unterschätzung der Partikelkonzentration im Abgas. Das erfindungsgemäß aufbereitete Sensorsignal 21 erreicht die Auslöseschwelle 15 zum zweiten Auslöse-Zeitpunkt 32, der nur kurz nach dem ersten Auslöse-Zeitpunkt 31 für das unbearbeitete Sensorsignal 13 liegt. Die Verbesserung für das aufbereitete Sensorsignal 21 wird erreicht, indem das Sensorsignal 13 fortlaufend einem Speicher zugeführt wird und über eine vorbestimmte Anzahl von Messwerten jeweils eine Anzahl von kleinsten Werten der weiteren Auswertung zugeführt wird. Alternativ kann eine Anzahl von kleinsten und größten Werten ignoriert und die verbleibenden gemittelt werden. Der so verbliebene Wertestrom wird einer Tiefpassfilterung unterzogen, wobei die Zeitkonstante von der Höhe der Werte abhängig ist, so dass in der Nähe der Auslöseschwelle 15 nur eine geringe Verzögerung des aufbereiteten Sensorsignals 21 gegenüber dem Sensorsignal 13 auftritt.
4 zeigt in einem Ablaufdiagramm 40 die Erzeugung des aufbereiteten Sensorsignals 21 aus dem Sensorsignal 13. Das Sensorsignal 13 wird einer Minimalwertbildung 42 zugeführt, in der eine vorbestimmte Anzahl von Werten des Sensorsignals 13 zwischengespeichert werden und eine Auswahl der kleinen Werte gemittelt und ausgegeben wird. Für eine Aktualisierung werden jeweils alle Werte um einen Speicherplatz verschoben und ein neuer Wert wird in den Speicher aufgenommen. Das Ergebnis der Minimalwertbildung 42 wird einem Tiefpassfilter 47 zugeführt, dessen Zeitkonstante über einen Eingang 46 eingestellt werden kann. Das Ausgangssignal der Minimalwertbildung 42 wird weiterhin einer ersten Kennlinie 43 zugeführt, mit der die Zeitkonstante des Tiefpassfilters 47 abhängig von der Höhe des Ausgangssignals beeinflusst werden kann. Betriebsparameter 41 der Brennkraftmaschine werden einer zweiten Kennlinie 44 zugeführt um die Zeitkonstante des Tiefpassfilters 47 vergrößern zu können, wenn eine erhöhte Wahrscheinlichkeit von Signalstörungen zu erwarten ist. Dies ist beispielhaft bei einem hohen Abgasmassenstrom oder bei einer hohen Dynamik des Abgasmassenstroms zu erwarten. Die Ausgangssignale der ersten Kennlinie 43 und der zweiten Kennlinie 44 werden über eine Multiplikationsstufe 45 dem Eingang 46 des Tiefpassfilters 47 zur Einstellung von dessen Zeitkonstante zugeführt.

Claims

Verfahren zur Aufbereitung eines Ausgangssignals eines sammelnden Partikelsensors im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine, wobei das Ausgangssignal mittels eines Tiefpassfilters (47) mit einer vorgegebenen Zeitkonstanten gefiltert wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitkonstante in Abhängigkeit vom Wert des Ausgangssignals vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitkonstante bei hohen Werten des Ausgangssignals im Vergleich zur Zeitkonstanten bei niedrigen Werten des Ausgangssignals vermindert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitkonstante in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitkonstante nach einer Kennlinie (43, 44) vorgegeben wird.
Verfahren nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Werte des Ausgangssignals fortwährend in einem Speicher abgelegt werden, dass zur Aufbereitung des Ausgangssignals eine Auswahl aus einer vorbestimmten Anzahl der zuletzt in den Speicher eingeschriebenen Werte erfolgt, dass die ausgewählten Werte mit dem Tiefpassfilter (47) gefiltert werden und dass die Zeitkonstante des Tiefpassfilters (47) in Abhängigkeit von den ausgewählten Werten vorgegeben wird.
Anwendung eines Verfahrens nach einem der vorgenannten Ansprüche zur Aufbereitung des Ausgangssignals eines resistiven Partikelsensors.