DE102013206431A1

DE102013206431A1 - Verfahren zur Überwachung eines Partikelfilters auf Basis eines Partikelsensors

Info

Publication number: DE102013206431A1
Application number: DE102013206431.4A
Authority: DE
Inventors: Paul Rodatz; Tino Arlt; Michael Nienhoff; Thomas Schön
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2013-04-11
Filing date: 2013-04-11
Publication date: 2014-10-16

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Überwachung eines im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugmotors angeordneten Partikelfilters auf Basis eines stromab des Partikelfilters angeordneten Partikelsensors beschrieben. Mit dem Verfahren wird zuerst eine Vorab-Diagnose durchgeführt. Es folgt dann eine Hauptdiagnose mit zwei Zweigen. Mit dem Verfahren wird das Konzentrationssignal des Partikelsensors bewertet, so dass das Diagnoseergebnis besonders früh ausgegeben werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugmotors angeordneten Partikelfilters auf Basis eines stromab des Partikelfilters angeordneten Partikelsensors.
Bei der Verbrennung von Kraftstoff in einem Verbrennungsmotor entstehen ungewollt Partikel. Da diese Partikel gesundheitsschädlich sind, hat der Gesetzgeber Emissionsgrenzwerte festgelegt. Um diese Partikelgrenzwerte einhalten zu können, werden insbesondere in den Abgasstrang von modernen PKW-Dieselmotoren Partikelfilter eingesetzt. Diese sind typischerweise als Wandstromfilter auf Basis von Keramikwerkstoffen ausgeführt. Der Gesetzgeber verlangt zudem, dass die Funktionstüchtigkeit des Filters laufend überwacht wird (OBD „On Board Diagnose“). Um die entsprechenden Anforderungen erfüllen zu können, wird ein Partikelsensor zur Überwachung der Filterfähigkeit des Partikelfilters stromab desselben angeordnet. Die Herausforderung besteht nun darin, unter allen Betriebsbedingungen des Systems sicher zwischen einem intakten und einem defekten Filter unterscheiden zu können.
Aktuell bekannte Partikelsensoren (PM-Sensoren) basieren auf dem Prinzip der kontinuierlichen Sammlung von Partikeln aus dem Abgas. Wenn eine kritische Menge an Partikeln eingesammelt wurde, werden die gesammelten Partikel wieder vom Partikelsensor entfernt, indem der Sensor aufgeheizt wird und die Partikel verbrannt werden (PM-Sensorregeneration). Die Zeit zwischen den Partikelsensorregenerationen wird zur Überwachung des Partikelfilters herangezogen. Ist ein Partikelfilter geschädigt, sammelt der stromab angeordnete Partikelsensor mehr Partikel an, die kritische Menge an Partikeln wird schneller erreicht und somit muss der Partikelsensor vorzeitig regeneriert werden. Anhand von modellierten Partikel-Rohemissionen kann die Zeit zwischen den Partikelsensorregenerationen für einen defekten Partikelfilter abgeschätzt werden. Wird vor dieser Zeit eine Partikelsensorregeneration ausgelöst, gilt der Partikelfilter als defekt.
Nachteil dieses bekannten Verfahrens ist, dass über den gesamten Betriebsbereich des Verbrennungsmotors die Rohemissionen modelliert werden müssen und ein Diagnoseergebnis frühestens nach einer Sensorregeneration oder dem Ablauf der modellierten Zeit vorliegt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs wiedergegebenen Art zu schaffen, mit dem das Diagnoseergebnis besonders früh ausgegeben werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der angegebenen Art mit den folgenden Schritten gelöst:
Durchführen einer Vorab-Diagnose durch Modellieren einer sich auf dem Partikelsensor ablagernden Partikelmenge;
Feststellen, ob diese Partikelmenge einen definierten Schwellwert übersteigt;
bei Übersteigen des Schwellwertes, Feststellen einer modellierten Messbereitschaft;
Durchführen einer Hauptdiagnose mit zwei Zweigen:
Falls die modellierte Messbereitschaft aus der Vorab-Diagnose gegeben ist, in einem ersten Zweig Aufsummieren einer von der modellierten Partikelmenge nach dem Partikelfilter abhängigen Zeit in definierten Betriebszuständen des Motors;
Diagnostizieren des Partikelfilters als ungeschädigt, wenn diese aufsummierte Zeit einen Schwellwert übersteigt;
in einem zweiten Zweig bei realer Messbereitschaft des Partikelsensors Verwenden des Konzentrationssignals des Sensors zur Diagnose des Partikelfilters durch Aufintegrieren der vom Partikelsensor gewonnenen Partikelmenge in definierten Betriebszuständen des Motors und, parallel hierzu, Aufintegrieren der modellierten Partikelmenge im Fall eines grenzgeschädigten Partikelfilters;
Vergleichen der beiden Integrale miteinander; und
Diagnostizieren des Partikelfilters als geschädigt, wenn das Integral aus dem Sensorsignal größer ist als das modellierte, und als ungeschädigt, wenn das Integral aus dem Sensorsignal kleiner ist als das modellierte.
Der bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete Partikelsensor (Partikel-Massen-Sensor = PM-Sensor) basiert auf dem Prinzip der kontinuierlichen Sammlung von Partikeln aus dem Abgas und ist in der Lage, ein zu der im Abgas enthaltenen Partikelkonzentration proportionales Signal auszugeben. Dieses Signal ist aber erst ab einer gewissen Grundbeladung des Partikelsensors verfügbar. Die Zeit bis zur Grundbeladung hängt von der im Abgas enthaltenen Partikelmenge ab. Bei hohen Partikelmengen im Abgas lagern sich viele Partikel auf dem Sensor ab, wird die Grundbeladung schneller erreicht und ist somit der Partikelsensor schneller messbereit. Ist die Grundbeladung erreicht, gibt der Partikelsensor die Konzentration der Partikel aus.
Somit unterteilt sich der Zustand des Partikelsensors vereinfacht in zwei Phasen, Grundbeladungsphase und Messphase. Dementsprechend ist auch das erfindungsgemäße Verfahren in zwei Phasen unterteilt, nämlich eine Vorab-Diagnose und eine Hauptdiagnose.
In der Vorab-Diagnose wird modelliert, zu welcher Zeit der Partikelsensor im Fall eines grenzgeschädigten Partikelfilters messbereit werden würde. Hierzu wird die Partikelmenge, die sich auf dem Sensor anlagert, modelliert. Übersteigt diese Partikelmenge einen definierten Schwellwert, gilt die modellierte Messbereitschaft.
Die danach folgende Hauptdiagnose ist in zwei Zweige unterteilt. Der erste Zweig wird durchgeführt, falls die modellierte Messbereitschaft (aus der Vorab-Diagnose) gegeben ist. Der zweite Zweig wird durchgeführt, falls der Partikelsensor messbereit ist.
Im ersten Zweig (modellierte Messbereitschaft des Partikelsensors) wird in definierten Betriebszuständen des Motors eine von der modellierten Partikelmenge nach Partikelfilter abhängige Zeit aufsummiert. Übersteigt dies aufsummierte Zeit einen Schwellwert, wird der Partikelfilter als ungeschädigt diagnostiziert.
Dieser Zweig dient zur Modellierung der Hauptdiagnosedauer im Fall eines grenzgeschädigten Partikelfilters, um das Diagnoseergebnis nach den Anforderungen des IUPR auszugeben.
Im zweiten Zweig der Hauptdiagnose (reale Messbereitschaft des Partikelsensors) wird das Konzentrationssignal des Partikelsensors verwendet, um den Partikelfilter zu diagnostizieren. In definierten Betriebszuständen des Motors wird die vom Partikelsensor gemessene Partikelmenge aufintegriert. Parallel dazu wird die modellierte Partikelmenge im Fall eines grenzgeschädigten Partikelfilters aufintegriert. Nach einer bestimmten Integrationsdauer, die von der Zeit oder der Partikelmenge vor oder nach dem Partikelfilter abhängig sein kann, werden die beiden Integrale miteinander verglichen. Ist das Integral aus dem Sensorsignal größer als das modellierte, wird der Partikelfilter als geschädigt diagnostiziert. Ist das Integral aus dem Sensorsignal kleiner als das modellierte, wird der Partikelfilter als ungeschädigt diagnostiziert.
In Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann aus den beiden Integralen ein Wirkungsgrad des Partikelfilters bestimmt werden. Unterschreitet der Wirkungsgrad einen Schwellwert, wird der Partikelfilter als geschädigt diagnostiziert. Liegt der Wirkungsgrad über dem Schwellwert, wird der Partikelfilter als ungeschädigt diagnostiziert.
In der Vorab-Diagnose wird die sich auf dem Partikelsensor anlagernde Partikelmenge vorzugsweise über ein Rohemissionsmodell, Partikelfiltermodell und/oder Sensoranlagerungsmodell modelliert.
Das erfindungsgemäße Verfahren findet vorzugsweise bei einem Rußfilter in Kombination mit einem Rußsensor Verwendung. Es wird daher insbesondere als Überwachungsverfahren des Rußfilters von PKW-Dieselmotoren eingesetzt.
Das erfindungsgemäße Verfahren sei nachfolgend anhand eines Beispieles erläutert. Im Fall eines intakten Partikelfilters kann es durch die niedrige Konzentration an Partikeln nach dem Partikelfilter vorkommen, dass der Partikelsensor in der Grundbeladungsphase verbleibt und somit kein Konzentrationssignal des Sensors zur Verfügung steht. Erfindungsgemäß wird daher in der Vorab-Diagnose modelliert, wann der Sensor im Fall eines grenzgeschädigten Partikelfilters messbereit sein würde. Im ersten Zweig der Hauptdiagnose wird die Dauer der Diagnose im Fall eines grenzgeschädigten Partikelfilters modelliert. Nach Ablauf dieser Zeit wird das Diagnoseergebnis „ungeschädigt“ ausgegeben.
Im Fall eines geschädigten Partikelfilters ist der Partikelsensor messbereit, bevor die modellierte Messbereitschaft gilt. Im zweiten Zweig der Hauptdiagnose wird die gemessene Partikelmenge beurteilt und dementsprechend das Diagnoseergebnis ausgegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat eine Reihe von Vorteilen. Durch die Bewertung des Konzentrationssignals des Partikelsensors – im Gegensatz zur Bewertung der Zeit bis zur Sensorregeneration – kann das Diagnoseergebnis früher ausgegeben werden. Des Weiteren wird in der Hauptdiagnose das Sensorsignal nur unter optimalen Bedingungen (bezüglich der Sensorgenauigkeit) zur Diagnose herangezogen. In den bisher bekannten Verfahren muss das Sensorsignal über alle Betriebsbereiche des Motors verwendet werden. Hierdurch kann mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Genauigkeit der Diagnose erhöht werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Überwachung eines Partikelfilters.
Das Verfahren kommt zum Einsatz zur Überwachung eines Rußfilters mithilfe eines nachgeschalteten Sensors im Abgasstrang eines PKW-Dieselmotors. Es unterteilt sich in eine Vorab-Diagnose 4 und eine nachfolgende Hauptdiagnose 10.
In einem ersten Schritt 1 der Vorab-Diagnose wird die sich auf dem Rußsensor ablagernde Rußmenge modelliert. In einem Schritt 2 wird festgestellt, ob diese Rußmenge einen definierten Schwellwert übersteigt. Bei Übersteigen des Schwellwertes wird gemäß Schritt 3 eine modellierte Messbereitschaft festgestellt.
Anschließend wird eine Hauptdiagnose 10 durchgeführt, die in zwei Zweige unterteilt ist. Falls die modellierte Messbereitschaft aus der Vorab-Diagnose gegeben ist, wird in einem Schritt eine von der modellierten Rußmenge nach dem Rußfilter abhängige Zeit in definierten Betriebszuständen des Motors aufsummiert (Schritt 5). Der Partikelfilter wird als ungeschädigt diagnostiziert, wenn diese aufsummierte Zeit einen Schwellwert übersteigt (Schritt 6).
In einem zweiten Zweig der Hauptdiagnose 10 wird bei realer Messbereitschaft des Rußsensors das Konzentrationssignal des Sensors zur Diagnose des Rußfilters verwendet, und zwar durch Aufintegrieren der vom Rußsensor gemessenen Rußmenge in definierten Betriebszuständen des Motors (Schritt 7). Parallel hierzu wird die modellierte Rußmenge im Fall eines grenzgeschädigten Rußfilters aufintegriert.
In Schritt 8 werden beide Integrale miteinander verglichen. In Schritt 9 erfolgt eine Diagnose. Der Rußfilter wird als geschädigt diagnostiziert, wenn das Integral aus dem Sensorsignal größer ist als das modellierte, und als ungeschädigt, wenn das Integral aus dem Sensorsignal kleiner ist als das modellierte.

Claims

Verfahren zur Überwachung eines im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugmotors angeordneten Partikelfilters auf Basis eines stromab des Partikelfilters angeordneten Partikelsensors mit den folgenden Schritten: Durchführen einer Vorab-Diagnose durch Modellieren einer sich auf dem Partikelsensor ablagernden Partikelmenge; Feststellen, ob diese Partikelmenge einen definierten Schwellwert übersteigt; bei Übersteigen des Schwellwertes, Feststellen einer modellierten Messbereitschaft; Durchführen einer Hauptdiagnose mit zwei Zweigen: Falls die modellierte Messbereitschaft aus der Vorab-Diagnose gegeben ist, in einem ersten Zweig Aufsummieren einer von der modellierten Partikelmenge nach dem Partikelfilter abhängigen Zeit in definierten Betriebszuständen des Motors; Diagnostizieren des Partikelfilters als ungeschädigt, wenn diese aufsummierte Zeit einen Schwellwert übersteigt; in einem zweiten Zweig bei realer Messbereitschaft des Partikelsensors Verwenden des Konzentrationssignals des Sensors zur Diagnose des Partikelfilters durch Aufintegrieren der vom Partikelsensor gewonnenen Partikelmenge in definierten Betriebszuständen des Motors und, parallel hierzu, Aufintegrieren der modellierten Partikelmenge im Fall eines grenzgeschädigten Partikelfilters; Vergleichen der beiden Integrale miteinander; und Diagnostizieren des Partikelfilters als geschädigt, wenn das Integral aus dem Sensorsignal größer ist als das modellierte, und als ungeschädigt, wenn das Integral aus dem Sensorsignal kleiner ist als das modellierte.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass aus den beiden Integralen ein Wirkungsgrad des Partikelfilters bestimmt wird und der Partikelfilter als geschädigt diagnostiziert wird, wenn der Wirkungsgrad einen Schwellwert unterschreitet, und als ungeschädigt, wenn der Wirkungsgrad über dem Schwellwert liegt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Vorab-Diagnose die sich auf dem Partikelsensor anlagernde Partikelmenge über ein Rohemissionsmodell, Partikelfiltermodell und/oder Sensoranlagerungsmodell modelliert wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Partikelfilter um einen Rußfilter und bei dem Partikelsensor um einen Rußsensor handelt.