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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Differenzdrucksensors, der einen Differenzdruck über eine in einem Abgasstrang angeordnete Abgasnachbehandlungseinheit einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine bestimmt und der mit einem vorderen Anschluss an dem Abgasstrang vor der Abgasnachbehandlungseinheit und mit einem hinteren Anschluss an dem Abgasstrang hinter der Abgasnachbehandlungseinheit angeschlossen ist, wobei die Diagnose auf Basis eines Vergleichs eines gemessenen zeitlichen Differenzdruckgradienten des gemessenen Differenzdrucks in Folge einer Änderung des Abgasdrucks vor der Abgasnachbehandlungseinheit mit einem erwarteten zeitlichen Differenzdruckgradienten eines erwarteten Differenzdrucks erfolgt.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Diagnoseeinheit zur Diagnose eines Differenzdrucksensors zur Bestimmung eines Differenzdrucks über einer Abgasnachbehandlungseinheit einer Abgasreinigungsanlage in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, wobei der Diagnoseeinheit die Messsignale des Differenzdrucksensors zugeführt sind, wobei die Diagnoseeinheit zur Bildung eines gemessenen Differenzdruckgradienten aus dem gemessenen Differenzdruck und zur Bestimmung eines erwarteten Differenzdruckgardienten aus zumindest einem Abgasvolumenstrom durch die Abgasnachbehandlungseinheit und einem Strömungswiderstand der Abgasnachbehandlungseinheit ausgelegt ist.
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Die Emissionsgesetzgebung, insbesondere in den USA und in Europa, setzt Grenzwerte für die Schadstoffemission von Brennkraftmaschinen fest. Zur Einhaltung dieser Vorgaben sind in den Abgassträngen der Brennkraftmaschinen Abgasreinigungsanlagen vorgesehen, welche Abgasnachbehandlungseinheit, beispielsweise in Form von Katalysatoren oder Partikelfiltern, enthalten. Deren korrekte Funktion muss überwacht werden. Neben den Emissionsgrenzwerten werden ebenfalls Diagnosegrenzwerte angegeben, bei deren Überschreitung ein Fehler angezeigt werden muss. Im Fahrzeug werden hierzu Diagnosefunktionen implementiert, welche die zur Emissionsreduktion verbauten Bauteile und Komponenten während des Fahrzeugbetriebs im Rahmen dieser On-Board-Diagnose (OBD) überwachen und eine Fehlfunktion, welche zum Überschreiten der Diagnosegrenzwerte führen, zur Anzeige bringen.
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Zur Überwachung der Funktion einer Abgasnachbehandlungseinheit, insbesondere eines Partikelfilters, ist es bekannt, den Druckabfall über die Abgasnachbehandlungseinheit zu überwachen. Im Falle des Partikelfilters steigt dessen Strömungswiderstand mit steigender Rußeinlagerung an. Dies kann durch Messen des Differenzdrucks über den Partikelfilter überwacht und bei Erreichen einer Kapazitätsgrenze eine Regeneration des Partikelfilters eingeleitet werden. Der Partikelfilter kann dabei im Abgasstrang einer benzin- oder dieselbetriebenen Brennkraftmaschine angeordnet sein, wobei es sich um einen reinen, unbeschichteten Partikelfilter oder um einen katalytisch beschichteten Partikelfilter als Kombination eines Partikelfilters mit einem Drei-Wege-Katalysator handeln kann.
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Neben der Überwachung der Abgasnachbehandlungseinheit selbst ist auch die Überwachung der dazu erforderlichen Sensoren vorzusehen. Ein Differenzdrucksensor ist in der Regel mit zwei Anschlüssen mit dem Abgasstrang verbunden, wobei ein Anschluss vor und ein Anschluss nach der zu überwachenden Abgasnachbehandlungseinheit angeordnet ist. Dabei können die Anschlüsse als einfache Schlauchleitungen ausgeführt sein. Fällt einer der Anschlüsse ab oder wird er beschädigt, so wird das Diagnoseergebnis der Abgasnachbehandlungseinheit verfälscht. Eine sichere Erkennung eines Abfalls eines Anschlusses des Differenzdrucksensors stellt sich teilweise als sehr schwierig dar, weil das Messsignal des Differenzdrucksensors nach einem Abfall eines Anschlusses immer noch in einem validen Wertebereich liegen kann.
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Die Schrift
DE 10 2005 034 270 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung eines parallel zu einem Abgasbauteil, insbesondere eines Partikelfilters, angeordneten Differenzdrucksensors. Dabei wird das dynamische Verhalten des Differenzdrucksignals in Folge einer vorgegebenen Änderung des Abgasdrucks stromaufwärts vor dem Abgasbauteil bewertet. Entsprechend einer Ausführungsvariante wird ein Gradient des Differenzdrucksignals bei einer Änderung des Abgasdrucks bestimmt und mit einem zweiten Schwellenwert verglichen. Der zweite Schwellenwert wird dabei in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine gebildet und stellt zumindest näherungsweise ein erwartetes Gradientensignal dar. Übersteigt der Gradient des Drucksignals den zweiten Schwellenwert nicht, wird von einem Fehler in der vorderen Zuleitung (Zuleitung verstopft oder abgefallen) zu dem Differenzdrucksensor ausgegangen. In einer weiteren Ausführungsvariante wird ein Überschwingen des Differenzdrucksignals zeitlich ausgewertet.
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Bewertet wird somit der Signalverlauf bei einer einzelnen Änderung des Abgasdrucks. Um die Diagnosesicherheit zu erhöhen, können mehrere solcher Einzelbewertungen durchgeführt und erst bei einer wiederholten Fehlermeldung auf einen fehlerhaften vorderen Anschluss geschlossen werden.
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Die Schrift
DE 10 2011 003 748 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Funktion eines mittels Anschlüssen parallel zu einem Partikelfilter angeordneten Differenzdrucksensors. In Strömungsrichtung nach dem Partikelfilter ist dabei eine Abgasklappe vorgesehen. Zur Überwachung der Anschlüsse des Differenzdrucksensors wird die Stellung der Abgasklappe derart verändert, dass sich der Abgasgegendruck vor der Abgasklappe und damit der Druck vor und nach dem Partikelfilter erhöht. Bei korrekt angeschlossenem Differenzdrucksensor bleibt die gemessene Druckdifferenz innerhalb vorgegebener Toleranzen gleich. Hat sich einer der Anschlüsse gelöst, wird die Druckänderung nicht an den Differenzdrucksensor weiter geleitet. Dadurch ändert sich die gemessene Druckdifferenz und der Fehler wird erkannt. Steigt die Druckdifferenz über einen vorgegebenen Erwartungswert, kann von einem Defekt des hinteren Anschlusses ausgegangen werden, da dann die Druckerhöhung am Ausgang des Partikelfilters nicht an den Differenzdrucksensor weiter geleitet wird. Ist hingegen der vordere Anschluss defekt, führt die durch die Abgasklappe bewirkte Druckänderung zu einer negativen Änderung der gemessenen Druckdifferenz.
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Entsprechend einer Variante der Erfindung ist es vorgesehen, dass auch der zeitliche Verlauf des gemessenen Differenzdrucks nach einer Änderung der Stellung der Abgasklappe ausgewertet wird. Liegt der geänderte Druck, beispielsweise wegen eines verstopften oder eingeklemmten Anschlusses, an einer Seite des Differenzdrucksensors zeitlich verzögert an, so kann auch dieser Fehler erkannt werden.
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Das Verfahren erfordert, dass in dem Abgaskanal nach dem Partikelfilter eine Abgasklappe vorgesehen ist, was bei den meisten Abgasanlagen nicht der Fall ist, so dass das Verfahren hier nicht angewandt werden kann.
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Die Schrift
DE 10 2007 000 892 B4 offenbart ein Diagnosegerät, mit dem ein verstopfter Anschluss eines Geräts zum Erfassen einer Druckdifferenz erkannt werden kann. Dabei misst das Gerät eine Druckdifferenz über eine Abgasreinigungsvorrichtung. Die Druckdifferenz wird bei einem stationären Betriebspunkt bestimmt. Anschließend wird ein zweiter stationärer Betriebspunkt eingestellt, der möglichst eine große Änderung der Druckdifferenz zu dem ersten stationären Betriebspunkt erwarten lässt. Bei einer verstopften Anschlussleitung konvergiert der gemessene Differenzdruck nur langsam gegen einen stabilen Endwert. Ist die Zeit, bis ein solcher Endwert erreicht wird, zu lange, wird auf eine gehemmte Gasübertragung (Blockierung) eines Anschlusses des Geräts geschlossen.
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Das Verfahren ermöglicht nicht die Erkennung eines abgefallenen Anschlusses.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem ein Differenzdrucksensor auf verschiedene mögliche Fehlerursachen sicher überwacht werden kann.
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Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine zur Durchführung des Verfahrens entsprechende Diagnoseeinheit bereitzustellen.
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Offenbarung der Erfindung
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Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass eine Korrelation zwischen einem Verlauf des gemessenen Differenzdruckgradienten mit einem Verlauf des erwarteten Differenzdruckgradienten bestimmt wird und dass bei einer hohen Korrelation auf einen intakten Differenzdrucksensor mit intakten Anschlüssen und bei einer niedrigen Korrelation auf einen defekten Differenzdrucksensor oder auf einen oder zwei defekte Anschlüsse des Differenzdrucksensors geschlossen wird.
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Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Korrelation über zumindest zwei oder mehr als zwei Änderungen des Abgasdrucks bestimmt und ausgewertet wird.
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Durch die Auswertung der Differenzdruckgradienten ist das Verfahren unabhängig von den gemessenen absoluten Differenzdrücken, welche auch bei einem beispielsweise abgefallenen Anschluss des Differenzdrucksensors noch in einem validen Wertebereich liegen können. Durch die Bildung der Korrelation des gemessenen Differenzdruckgradienten mit dem erwarteten Differenzdruckgradienten können die beiden Gradienten über ein längerer Zeitraum verglichen werden, wodurch das Risiko einer Fehldiagnose gegenüber der Auswertung einer einzelnen Differenzdruckänderung deutlich reduziert werden kann. Dies gilt insbesondere dann, wenn innerhalb des Auswertezeitraums, in dem die Korrelation bestimmt wird, mehrere Änderungen des Abgasdrucks und somit des Differenzdrucks stattfinden.
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Eine einfach umsetzbare und zuverlässige Bestimmung einer Korrelation zwischen den gemessenen und den erwarteten Differenzdruckgradienten kann dadurch erfolgen, dass mittels Bildung einer normierten Kreuzkorrelation aus dem Verlauf des gemessenen Differenzdruckgradienten und dem Verlauf des erwartenden Differenzdruckgradienten ein Kreuzkorrelationswert gebildet wird und dass die Korrelation zwischen dem gemessenen und dem erwarteten Verlauf des Differenzdruckgradienten an Hand des Kreuzkorrelationswertes bewertet wird. Dazu wird der Kreuzkorrelationswert KKF beispielsweise nach folgender Beziehung gebildet: KKF = ∑(d(∆p(k))·d(∆p*(k)))/∑(d(∆p*(k))·d(∆p*(k))) (1) wobei d(∆p(k))/dk den gemessenen Differenzdruckgradienten und d(∆p*(k))/dk den erwartete Differenzdruckgradienten über einer intakten Abgasnachbehandlungseinheit darstellt. Der so erhaltene, normierte Kreuzkorrelationswert ist unabhängig von den Signalhöhen der Gradienten und nimmt hohe oder niedrige Werte für eine unzureichende Korrelation und Werte um 1 für eine gute Korrelation ein.
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Entsprechend einer besonders bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass auf einen beschädigten oder unterbrochenen hinteren Anschluss des Differenzdrucksensors geschlossen wird, wenn der Kreuzkorrelationswert über einem vorgegebenen ersten Korrelationsschwellwert, bevorzugt über einem ersten Korrelationsschwellwert größer 1, besonders bevorzugt über einem ersten Korrelationsschwellwert größer 1,2, liegt und/oder dass auf einen beschädigten oder unterbrochenen vorderen Anschluss des Differenzdrucksensors geschlossen wird, wenn der Kreuzkorrelationswert unterhalb eines vorgegebenen zweiten Korrelationsschwellwerts, bevorzugt unter einem zweiten Korrelationsschwellwert kleiner 0, besonders bevorzugt unter einem zweiten Korrelationsschwellwert kleiner –0,2, liegt. Die Diagnose ermöglicht so die Erkennung und genaue Lokalisierung des Fehlers. Wenn der hintere Anschluss des Differenzdrucksensors abfällt oder beschädigt wird, so erhöhen sich die zeitlichen Gradienten des Differenzdrucksignals signifikant, da der Differenzdrucksensor jetzt nicht nur den Differenzdruck über die Abgasnachbehandlungseinheit erfasst, sondern gegen den Umgebungsdruck misst. Damit erfasst der Differenzdrucksensor zusätzlich den Druckabfall über Abgaskomponenten, welche der Abgasnachbehandlungseinheit im Abgasstrang, beispielsweise in Form eines Schalldämpfers, in Strömungsrichtung des Abgases nachgeschaltet sind. Die normierte Kreuzkorrelation ergibt daraufhin einen Wert deutlich größer 1,0 und liegt damit über dem Wertebereich für den Kreuzkorrelationswert, welcher sich bei einem intakten und korrekt angeschlossenen Differenzdrucksensor und einer intakten Abgasnachbehandlungseinheit einstellt. Wenn der vordere Anschluss des Differenzdrucksensors abfällt oder beschädigt wird, so misst der Differenzdrucksensor in weiten Bereichen negative Differenzdrücke und negative Differenzdruckgradienten. Die normierte Kreuzkorrelation zeigt daraufhin einen Wert deutlich kleiner 0. Damit liegt der erhaltene Kreuzkorrelationswert außerhalb der Wertebereiche, welche sich bei einem intakten Differenzdrucksensor über einer intakten Abgasnachbehandlungseinheit oder bei einer ausgebauten Abgasnachbehandlungseinheit einstellen.
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Der erwartete Differenzdruckgradient kann dadurch bestimmt werden, dass der Verlauf des erwarteten Differenzdrucks zumindest aus einem Abgasvolumenstrom durch die Abgasnachbehandlungseinheit und einem Strömungswiderstand der Abgasnachbehandlungseinheit ermittelt wird. Der erwartete Differenzdruck kann dabei einfach als Produkt des vorliegenden Abgasvolumenstroms und des Strömungswiderstandes ermittelt werden. Aus der zeitlichen Änderung des Abgasvolumenstroms ergibt sich bei zumindest annähernd über die Dauer der Diagnose gleichbleibendem Strömungswiderstand ein Verlauf des erwarteten Differenzdrucks und somit des erwarteten Differenzdruckgradienten. Der angenommene Strömungswiderstand kann beispielsweise für eine grenzgängige Abgasnachbehandlungseinheit mit einem maximal möglichen Strömungswiderstand ausgelegt sein. Dadurch können Fehldiagnosen sicher vermieden werden.
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In einer weiteren bevorzugten Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass der gemessene Differenzdruck über der Abgasnachbehandlungseinheit und/ oder der erwartete Differenzdruck über der Abgasnachbehandlungseinheit und/ oder der Abgasvolumenstrom zur Bestimmung des erwarteten Differenzdruckes tiefpassgefiltert werden. Damit können störungsbedingte Signalschwankungen für die Diagnose unterdrückt werden, was die Diagnosegüte erhöht.
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Eine Korrelation der Änderungen der gemessenen und erwarteten Differenzdrücke kann nur in ausreichend dynamischen Betriebssituationen der Brennkraftmaschine bewertet werden. Daher kann es vorgesehen sein, dass die Diagnose nur dann durchgeführt wird, wenn der Differenzdruckgradient, bevorzugt der erwartete Differenzdruckgradient, oder ein mit dem Differenzdruckgradienten korrelierendes Maß einen Vorgabewert überschreitet. Als mit dem Differenzdruckgradienten korrelierende Maße kommen beispielsweise die Gradienten des Abgasmassenstroms, des Abgasvolumenstroms, der Motordrehzahl oder daraus abgeleitete Größen in Frage.
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Ist es vorgesehen, dass der Differenzdrucksensor den Differenzdruck über einen Partikelfilter bestimmt, so kann die Funktion des Differenzdrucksensors und damit die des Partikelfilters sicher überwacht werden. Dabei stellt die Überwachung von Partikelfiltern mit Hilfe eines Differenzdrucksensors das heute übliche Verfahren dar.
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Das Verfahren findet somit einen breiten Einsatzbereich, wobei sich die Diagnose des Differenzdrucksensors ohne zusätzliche Bauteile alleine auf Basis ohnehin vorliegender Daten entsprechend kostengünstig durchführen lässt.
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Das Verfahren kann bevorzugt bei einer benzinbetriebenen Brennkraftmaschine, bei der die Abgasanlage mindestens einen separaten Katalysator und einen Partikelfilter oder eine Katalysator-Partikelfilter-Kombination oder einen katalytisch beschichteten Partikelfilter aufweist, verwendet werden. Bei Benzinmotoren ergibt sich im Vergleich zu Dieselmotoren ein eher geringer Volumenstrom, so dass lediglich geringe Druckunterschiede über einen dort eingesetzten Benzin-Partikelfilter auftreten können. Die hohe Nachweisgüte des Verfahrens ermöglicht auch unter diesen ungünstigen Bedingungen eine sichere Erkennung eines Defekts an den Anschlüssen des Differenzdrucksensors.
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Die die Diagnoseeinheit betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass die Diagnoseeinheit eine elektrische Schaltungsanordnung oder einen Programmauflauf zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist. Insbesondere die Umsetzung durch einen Programmablauf ist kostengünstig durchführbar.
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Ist es vorgesehen, dass die Diagnoseeinheit eine separate Baueinheit oder integraler Bestandteil einer übergeordneten Motorsteuerung ist, so kann die Diagnose des Differenzdrucksensors in einer speziell dazu ausgelegten Baueinheit oder ohne zusätzliche Bauteile und entsprechend kostengünstig durchgeführt werden. Der Motorsteuerung liegen dabei üblicherweise alle für die Durchführung des beschriebenen Verfahrens notwendigen Daten bereits vor.
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Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
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1 in schematischer Darstellung in einer Ausführungsvariante das technische Umfeld, in dem die Erfindung eingesetzt werden kann,
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2 in einem ersten Verlaufsdiagramm einen gemessenen Differenzdruckverlauf und einen erwarteten Differenzdruckverlauf über einem Partikelfilter bei intaktem Differenzdrucksensor,
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3 in einem zweiten Verlaufsdiagramm den gemessenen Differenzdruckverlauf und den erwarteten Differenzdruckverlauf über einem Partikelfilter bei einem offenen hinteren Anschluss des Differenzdrucksensors,
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4 in einem dritten Verlaufsdiagramm den gemessenen Differenzdruckverlauf und den erwarteten Differenzdruckverlauf über einem Partikelfilter bei einem offenen vorderen Anschluss des Differenzdrucksensors,
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5 in einem vierten Verlaufsdiagramm den gemessenen Differenzdruckverlauf und den erwarteten Differenzdruckverlauf für einen ausgebauten oder defekten Partikelfilter,
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6 in einem fünften Verlaufsdiagramm den Verlauf eines gemessenen Differenzdruckgradienten und den Verlauf eines erwarteten Differenzdruckgradienten bei einem offenen hinteren Anschluss des Differenzdrucksensors,
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7 in einem sechsten Verlaufsdiagramm den Verlauf des gemessenen Differenzdruckgradienten und den Verlauf des erwarteten Differenzdruckgradienten bei einem offenen vorderen Anschluss des Differenzdrucksensors und
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8 in einem siebten Verlaufsdiagramm die Verläufe von aus den Differenzdruckgradienten ermittelten Kreuzkorrelationswerten für verschiedene Fehler des Differenzdrucksensors.
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1 zeigt in schematischer Darstellung in einer Ausführungsvariante das technische Umfeld, in dem die Erfindung eingesetzt werden kann. Dabei beschränkt sich die Darstellung auf die für die Beschreibung der Erfindung notwendigen Komponenten. Gezeigt ist beispielhaft eine Brennkraftmaschine 10, die als Benzinmotor ausgeführt ist, wobei das Abgas der Brennkraftmaschine 10 über einen Abgasstrang 11 abgeführt wird. In dem Abgasstrang 11 ist eine mehrstufige Abgasreinigungsanlage vorgesehen. Entlang des Abgasstrangs 11 sind dazu in Strömungsrichtung eines Abgasstroms 14 ein als Drei-Wege-Katalysator ausgeführter Katalysator 12 und ein Partikelfilter 13 als Abgasnachbehandlungseinheiten angeordnet. Dem Partikelfilter 13 nachgeschaltet ist ein Schalldämpfer 17 vorgesehen.
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Zur Diagnose des Partikelfilters 13 ist ein Differenzdrucksensor 15 angeschlossen, mit dem der Druckunterschied (Differenzdruck 16) zwischen einem Filtereingang und einem Filterausgang des Partikelfilters 13 bestimmt werden kann. Dazu ist der Differenzdrucksensor 15 mit einem vorderen Anschluss 15.1 mit dem Abgasstrang 11 vor dem Partikelfilter 13 und mit einem hinteren Anschluss 15.2 mit dem Abgasstrang 11 nach dem Partikelfilter 13 verbunden. Ein Ausgangssignal des Differenzdrucksensors 15 wird einer Diagnoseeinheit 18 zugeführt, in der im Rahmen einer On-Bord-Diagnose (OBD) eine Diagnose des Differenzdrucksensors 15 hinsichtlich eines unterbrochenen oder beschädigten vorderen oder hinteren Anschlusses 15.1, 15.2 durchgeführt werden kann. Diese Diagnoseeinheit 18 kann Bestandteil einer übergeordneten Motorsteuerung (ECU) sein.
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Die Anschlüsse 15.1, 15.2 sind in dem Ausführungsbeispiel als Schlauchleitungen ausgeführt. Fällt einer dieser Anschlüsse 15.1, 15.2 ab oder wird er, beispielsweise durch einen Marderbiss, beschädigt, so wird der Differenzdruck 16 falsch bestimmt, wodurch die Diagnose des Partikelfilters 13 fehlerhaft ausfällt. Dabei verbleiben die gemessenen Differenzdrücke 16, insbesondere bei einem beschädigten oder abgefallenen hinteren Anschluss 15.2, in einem normalen Wertebereich, so dass eine Unterscheidung von einem regulären Betrieb an Hand der gemessenen absoluten Differenzdrücke 16 kaum möglich ist.
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2 zeigt in einem ersten Verlaufsdiagramm einen gemessenen Differenzdruckverlauf 23 und einen erwarteten Differenzdruckverlauf 22 über dem in 1 gezeigten Partikelfilter 13 bei intaktem und korrekt angeschlossenem Differenzdrucksensor 15. Dazu sind die Differenzdruckverläufe 22, 23, wie sie für einen intakten Partikelfilter 13 gemessen beziehungsweise erwartet werden, gegenüber einer Zeitachse 20 und einer Differenzdruckachse 21 aufgetragen. Der erwartete Differenzdruckverlauf 22 ist als Produkt aus einem jeweils vorliegenden Abgasvolumenstrom und einem Strömungswiderstand eines Referenzpartikelfilters gebildet. Kennzeichnend hierbei ist, dass zwischen dem erwarteten Differenzdruckverlauf 22 und dem gemessenem Differenzdruckverlauf 23 lediglich geringe Signalhöhenunterschiede und Phasenunterschiede auftreten, dass also eine hohe Korrelation zwischen den Differenzdruckverläufen 22, 23 vorliegt. Diese hohe Korrelation signalisiert einen intakten und korrekt angeschlossenen Differenzdrucksensor.
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3 zeigt in einem zweiten Verlaufsdiagramm den gemessenen Differenzdruckverlauf 23 und den erwarteten Differenzdruckverlauf 22 über dem Partikelfilter 13 bei einem offenen hinteren Anschluss 15.2 des Differenzdrucksensors 15. Der hintere Anschluss 15.2 hat sich dazu fehlerhaft von dem Abgasstrang 11 oder dem Differenzdrucksensor 15 gelöst. Bei diesem Fehler erhöhen sich der gemessene Differenzdruck 16 und die zeitlichen Gradienten des Differenzdrucksignals signifikant, da der Differenzdrucksensor 15 nicht nur den Differenzdruck 16 über den Partikelfilter 13 erfasst, sondern gegen den Umgebungsdruck misst und somit, im Vergleich zu einem korrekt angeschlossenen Differenzdrucksensor 15, zusätzlich den Druckabfall über den Schalldämpfer 17 oder weitere, nicht dargestellte Abgaskomponenten, die stromabwärts des Partikelfilters 13 angeordnet sind, erfasst.
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4 zeigt in einem dritten Verlaufsdiagramm den gemessenen Differenzdruckverlauf 23 und den erwarteten Differenzdruckverlauf 22 über dem Partikelfilter 13 bei einem offenen vorderen Anschluss des Differenzdrucksensors 15. Der vordere Anschluss 15.1 hat sich dazu fehlerhaft von dem Abgasstrang 11 oder dem Differenzdrucksensor 15 gelöst. Bei diesem Fehler misst der Differenzdrucksensor 15 in weiten Bereichen negative Differenzdrücke 16 mit negativen Differenzdruckgradienten. Neben den abweichenden Signalhöhen ergibt sich somit eine Phasenverschiebung zwischen dem erwarteten und dem gemessenen Differenzdruckverlauf 22, 23.
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5 zeigt in einem vierten Verlaufsdiagramm den gemessenen Differenzdruckverlauf 23 und den erwarteten Differenzdruckverlauf 22 für einen ausgebauten oder defekten Partikelfilter 15. In diesem Fall wird der Strömungswiderstand zwischen den Anschlüssen 15.1, 15.2 sehr klein, so dass der gemessene Differenzdruckverlauf 23 und dessen Gradienten deutlich kleiner ausfallen als die des erwarteten Differenzdruckverlaufs 22.
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6 zeigt in einem fünften Verlaufsdiagramm den Verlauf eines gemessenen Differenzdruckgradienten 33 und den Verlauf eines erwarteten Differenzdruckgradienten 32 bei einem offenen hinteren Anschluss 15.2 des Differenzdrucksensors 15. Dabei sind die Verläufe über einen längeren Zeitraum mit mehreren Änderungen des über dem Partikelfilter 13 anliegenden Differenzdrucks 16 gegenüber einer zweiten Zeitachse 30 und einer Differenzdruck-Gradientenachse 31 aufgetragen.
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Durch den Abfall des hinteren Anschlusses 15.2 von dem Abgasstrang 11 oder dem Differenzdrucksensor 15 misst dieser, wie bereits zu 3 beschrieben, gegen Umgebungsdruck. Die gemessenen Differenzdruckgradienten 33 liegen bei ausreichend hohen Änderungen des Differenzdrucks 16 somit deutlich über den erwarteten Differenzdruckgradienten 32. Es liegt demnach keine oder nur eine geringe Korrelation zwischen den Verläufen des gemessenen Differenzdruckgradienten 33 und des erwarteten Differenzdruckgradienten 32 vor. Erfindungsgemäß wird der Fehler bei einer mangelnden Korrelation zwischen den Verläufen des gemessenen und des erwarteten Differenzdruckgradienten 33, 32 erkannt.
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7 zeigt in einem sechsten Verlaufsdiagramm den Verlauf des gemessenen Differenzdruckgradienten 33 und den Verlauf des erwarteten Differenzdruckgradienten 32 bei einem offenen vorderen Anschluss 15.1 des Differenzdrucksensors 15. Die Verläufe sind dabei wieder gegen die zweite Zeitachse 30 und die Differenzdruck-Gradientenachse 31 aufgetragen.
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Durch den Abfall oder die Beschädigung des vorderen Anschlusses 15.1, wie dies zu 4 beschrieben ist, werden überwiegend negative Differenzdrücke 16 und Differenzdruckgradienten 33 gemessen, wodurch sich eine Phasenverschiebung zwischen den Verläufen der Differenzdruckgradienten 32, 33 ergibt. Demnach liegt auch bei diesem Fehler keine oder nur eine geringe Korrelation zwischen den Verläufen des gemessenen Differenzdruckgradienten 33 und des erwarteten Differenzdruckgradienten 32 vor und der Fehler kann erfindungsgemäß auf Grund der mangelnden Korrelation erkannt werden.
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Das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren basiert demnach auf der Überwachung des Differenzdrucksensors 15 und dessen Anschlüssen 15.1, 15.2 durch Bewertung der Korrelation des Verlaufs des zeitlichen Gradienten des gemessenen Differenzdrucks 16 über den Partikelfilter 13 zu einem erwarteten Verlauf des zeitlichen Gradienten des Differenzdrucks 16 über einem intakten Partikelfilters 13. Der Erwartungswert wird dabei aus einem Modell in Abhängigkeit von aktuellen Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine 10 ermittelt. Nachfolgend sind die wesentlichen Schritte der Diagnose erläutert.
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Das gemessene Differenzdrucksignal wird zunächst tiefpassgefiltert, um das Rauschen zu unterdrücken. Anschließend wird der Verlauf des gemessenen Differenzdruckgradienten 33 d(∆p(k))/dk als zeitlicher Gradient des Signals des Drucksensors 15 ermittelt, wobei k die k-te Messung bedeutet. Für den gleichen Zeitraum wird ein entsprechender Verlauf des erwarteten Differenzdruckgradienten 32 d(∆p*(k))/dk ermittelt, indem aus einem Abgasvolumenstrom bzw. aus dessen zeitlichen Gradienten und einem Strömungswiderstand eines intakten Partikelfilters 13, dem Referenzpartikelfilter, der zeitliche Verlauf des erwarteten Differenzdruckgradienten 32 über einen intakten Partikelfilter 13 berechnet wird. Der erwartete Differenzdruckgradient 32 bzw. der dort eingehende Abgasvolumenstrom kann optional ebenfalls tiefpassgefiltert werden.
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Anschließend wird über eine normierte Kreuzkorrelation der Verläufe des gemessenen Differenzdruckgradienten 33 und des erwarteten Differenzdruckgradienten 32 bestimmt, in wie weit sich diese ähneln. Dazu wird ein Kreuzkorrelationswert KKF nach folgender Beziehung gebildet: KKF = ∑(d(∆p(k))·d(∆p*(k)))/∑(d(∆p*(k))·d(∆p*(k))) (1) wobei d(∆p(k))/dk den in den 6 und 7 gezeigten gemessene Differenzdruckgradient 33 und d(∆p*(k))/dk den erwarteten Differenzdruckgradienten 32 zu verschiedenen, durch den Index k gekennzeichneten Zeitpunkten darstellen. Der erwartete Differenzdruck ∆p*(k) berechnet sich aus dem Produkt von Abgasvolumenstrom und dem Strömungswiderstand R* des intakten Referenz-Partikelfilters.
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Zur Beurteilung, ob der Differenzdrucksensor 15 ordnungsgemäß angeschlossen ist, bzw. ordnungsgemäß funktioniert, wird der Ausgangswert der normierten Kreuzkorrelation, der Kreuzkorrelationswert KKF, mit in der Diagnoseeinheit 18 oder einer übergeordneten Motorsteuerung hinterlegten Schwellwerten verglichen.
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8 zeigt in einem siebten Verlaufsdiagramm die Verläufe von aus den Differenzdruckgradienten 32, 33 ermittelten Kreuzkorrelationswerten für verschiedene Fehler des Differenzdrucksensors 15. Dazu sind ein erster Kreuzkorrelationswertverlauf 42, ein zweiter Kreuzkorrelationswertverlauf 43, ein dritter Kreuzkorrelationswertverlauf 44 und ein vierter Kreuzkorrelationswertverlauf 45 gegenüber einer dritten Zeitachse 40 und einer Korrelationswertachse 41 dargestellt. Weiterhin sind ein erster Kreuzkorrelationswertbereich 46 und ein zweiter Kreuzkorrelationswertbereich 47 durch Doppelpfeile gegenüber der Korrelationswertachse 41 markiert.
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Der zweite Kreuzkorrelationswertverlauf 43 ist für einen intakten Partikelfilter 13 und einen korrekt angeschlossenen und funktionierenden Differenzdrucksensor 15 erhalten. Unter diesen Bedingungen kann der zweite Kreuzkorrelationswertverlauf 43 innerhalb des ersten Kreuzkorrelationswertbereichs 46 liegen.
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Der dritte Kreuzkorrelationswertverlauf 44 ist bei einem ausgebauten Partikelfilter 13 und einem korrekt angeschlossenen und funktionierenden Differenzdrucksensor 15 gemessen. Dabei kann der zweite Kreuzkorrelationswertverlauf 43 innerhalb des zweiten Kreuzkorrelationswertbereichs 47 liegen.
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Der erste Kreuzkorrelationswertverlauf 42 wird erhalten, wenn der hintere Anschluss 15.2 des Differenzdrucksensors 15 gelöst oder beschädigt ist. Die erhaltenen Korrelationswerte liegen dann deutlich über dem ersten Kreuzkorrelationswertbereich 46, wodurch der Fehler sicher erkannt und auf den hinteren Anschluss 15.2 eingegrenzt werden kann.
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Der vierte Kreuzkorrelationswertverlauf 45 wird erhalten, wenn der vordere Anschluss 15.1 des Differenzdrucksensors 15 gelöst oder beschädigt ist. Die erhaltenen Korrelationswerte liegen deutlich unter dem ersten Kreuzkorrelationswertbereich 46 und auch unter dem zweiten Kreuzkorrelationswertbereich 47. Ein Fehler am vorderen Anschluss 15.1 des Differenzdrucksensors 15 kann somit sicher erkannt und von einem defekten hinteren Anschluss 15.2 oder einem ausgebauten Partikelfilter 13 unterschieden werden.
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Für eine hohe Korrelation der Verläufe der erwarteten und gemessenen Differenzdruckgradienten 32, 33, wie dies bei dem intakten Differenzdrucksensor 15 und Partikelfilter 13 vorliegt, ergibt sich ein Kreuzkorrelationswert im Bereich von 1. Zur Erkennung eines Defekts des hinteren Anschlusses 15.2 wird daher überprüft, ob sich ein Kreuzkorrelationswert deutlich größer 1, insbesondere größer 1,2, einstellt.
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Ein ausgebauter Partikelfilter 13 führt zu niedrigen Kreuzkorrelationswerten, insbesondere zu Kreuzkorrelationswerten zwischen 0,5 und –0,2. Für die Erkennung eines Defekts des vorderen Anschlusses 15.1 wird daher überprüft, ob sich ein Kreuzkorrelationswert deutlich kleiner 0, insbesondere kleiner –0,2, einstellt.
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Das Verfahren funktioniert besonders zuverlässig, wenn eine gewisse dynamische Anregung vorhanden ist, d.h., wenn die Differenzdruckgradienten 32, 33 ein bestimmtes Maß überschreiten. Daher erfolgt eine Auswertung der Kreuzkorrelation vorteilhaft nur dann, wenn bestimmte Dynamikkriterien erfüllt sind. Infrage kommen dafür die Gradienten vom Abgasmassenstrom, vom Abgasvolumenstrom, von der Drehzahl der Brennkraftmaschine 10 oder von daraus abgeleiteten Größen. Idealerweise wird zur Bewertung einer ausreichenden Dynamik direkt der erwartete Differenzdruckgradient verwendet.
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In einer alternativen Anordnung können der Differenzdruck und dessen zeitlicher Gradient auch aus den Signalen zweier Differenzdrucksensoren, die jeweils den Differenzdruck gegenüber dem Luftdruck messen, oder zweier Absolutdrucksensoren stromauf- und stromabwärts des Partikelfilters 13 bestimmt werden. Das Diagnoseverfahren erlaubt auch hierbei die Überprüfung des vorderen und hinteren Anschlusses 15.1, 15.2, welche dann zu jeweils separaten Drucksensoren geführt sind.
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Vorteilhaft bei dem Verfahren ist, dass die Korrelation über einen längeren Zeitraum über mehrere Änderungen des Abgasvolumenstroms und damit des Differenzdrucks 16 bestimmt werden kann. Dadurch kann die Diagnosesicherheit gegenüber einer Auswertung des gemessenen Differenzdruckgradienten 33 bei einer einzelnen Druckänderung und auch gegenüber wiederholt durchgeführter Einzelmessungen deutlich erhöht werden.
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Das Diagnoseverfahren ist in vorteilhafter Ausgestaltung als Software in der Diagnoseeinheit 18 hinterlegt und kann insbesondere bei Benzinmotoren mit Benzin-Partikelfiltern, aber auch bei Dieselmotoren, eingesetzt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005034270 A1 [0006]
- DE 102011003748 A1 [0008]
- DE 102007000892 B4 [0011]
