DE102014209840A1

DE102014209840A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose eines Partikelfilters

Info

Publication number: DE102014209840A1
Application number: DE102014209840.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Zein; Yunjie Lian
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-05-23
Filing date: 2014-05-23
Publication date: 2015-11-26
Also published as: CN105089761A; FR3021356A1; FR3021356B1; CN105089761B

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Partikelfilters als Bestandteil einer Abgasreinigungsanlage im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, wobei zur Überwachung des Partikelfilters ein Differenzdruck zwischen Eingang und Ausgang des Partikelfilters gemessen und dieser in einer Diagnoseeinheit ausgewertet wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung, insbesondere eine Diagnoseeinheit, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass zur Erkennung eines Ausbaus des Partikelfilters oder eines defekten Partikelfilters der zeitliche Gradient des gemessenen Differenzdruckes am Partikelfilter in Korrelation mit einem zu erwartenden zeitlichen Gradienten eines Differenzdruckes eines intakten Referenz-Partikelfilters gesetzt und diese Korrelation ausgewertet wird. Gegenüber dem Stand der Technik hat das Verfahren den Vorteil, dass auch bei sehr geringen absoluten Druckdifferenzen, wie dies insbesondere bei Benzin-Direkteinspritzern als Brennkraftmaschine der Fall ist, eine Ausbau-Diagnose ermöglicht werden kann, ohne dass zusätzliche aktive Eingriffe im System, wie z. B. eine Massenstromerhöhung, oder ein Öffnen der Drosselklappe im Schubbetrieb, benötigt werden.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Partikelfilters als Bestandteil einer Abgasreinigungsanlage im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, wobei zur Überwachung des Partikelfilters ein Differenzdruck zwischen Eingang und Ausgang des Partikelfilters gemessen und dieser in einer Diagnoseeinheit ausgewertet wird.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung, insbesondere eine Diagnoseeinheit, zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Emissionsgesetzgebung insbesondere in den USA und in Europa setzt Grenzwerte für die Emission von Partikelmasse und auch Partikelanzahl bzw. -konzentration fest. 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.
Die von einem Motor, insbesondere einem Dieselmotor, emittierten Rußpartikel können mittels eines Dieselpartikelfilters (DPF) effizient aus dem Abgas entfernt werden. Gegenwärtig ist ein so genannter Wall-Flow-Dieselpartikelfilter (DPF) der Stand der Technik. Durch seine einseitig verschlossenen Kanäle und des porösen Filtermaterials ist eine Rußabscheidung von bis zu 99% möglich. Ein Nachteil ist, dass der Filter von Zeit zu Zeit thermisch regeneriert werden muss. Dabei wird mittels inner- oder außermotorischer Maßnahmen ein Temperaturhub vorgenommen und dadurch der angesammelte Ruß im Filter abgebrannt, da sonst der Abgasgegendruck zu stark ansteigen würde.
Zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Partikelfilters wird üblicherweise ein Zustand des Partikelfilters während des Betriebs des Motors fortlaufend überwacht. Die Überwachung des Partikelfilters kann mittels Drucksensoren oder einem Partikelsensor erfolgen. Insbesondere für die strengeren US-Grenzwerte werden Partikelsensoren zur Überwachung der Dieselpartikelfilter eingesetzt.
Aus der DE 10 2010 002 691 A1 ist beispielsweise ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose eines Partikelfilters als Bestandteil einer Abgasreinigungsanlage im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine bekannt, wobei zur Überwachung des Partikelfilters ein Differenzdruck zwischen Eingang und Ausgang des Partikelfilters gemessen und dieser in einer Diagnoseeinheit ausgewertet wird. Dabei ist vorgesehen, dass der Differenzdruck über dem Partikelfilter aus zwei Differenzdruckmessungen oder zwei Absolutdruckmessungen bestimmt wird. Damit kann die On-Board-Diagnose verbessert und auch detektiert werden, wenn der Partikelfilter manipuliert oder gar ausgebaut wurde.
Aus der DE 10 2005 034 270 A1 ist ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zur Diagnose eines in einem Abgasbereich einer Brennkraftmaschine angeordneten Differenzdrucksensors bekannt, der den an einem Abgasbauteil, insbesondere an einem Partikelfilter, auftretenden Differenzdruck erfasst und als Differenzdrucksignal bereitstellt, wobei das dynamische Verhalten des Differenzdrucksignals in Folge einer vorgegebenen Änderung des Abgasdrucks stromaufwärts vor dem Abgasbauteil bewertet wird.
Partikelfilter sind bei Benzinmotoren noch nicht im Serieneinsatz. Aufgrund der verschärften Emissionsgesetzgebung insbesondere für Benzin-Direkteinspritzmotoren werden sowohl innermotorische als auch Maßnahmen der Abgasnachbehandlung von nahezu jedem Fahrzeughersteller diskutiert. So werden bei Benzinsystemen Abgaskonfigurationen mit Drei-Wege-Katalysator in motornaher Einbauposition und nachgeschaltetem, unbeschichtetem Benzinpartikelfilter als auch beschichtete Partikelfilter (sogenannte 4-Wege-Katalysatoren = 3-Wege-Katalysator + Partikelfilter) in motornaher Einbauposition diskutiert. Hierbei ist naheliegend, die bei Diesel-Systemen eingesetzten Verfahren zur Diagnose des Partikelfilters heranzuziehen, d. h. Messung der Druckerhöhung mittels Drucksensoren oder Messung der Partikelmasse hinter dem Partikelfilter mittels eines Partikelsensors.
Problematisch bei Benzin-angetriebenen Fahrzeugen ist, dass ein deutlich geringerer Differenzdruck am Partikelfilter abfällt, als dies bei Dieselfahrzeugen der Fall ist. Ursache sind der deutlich geringere Abgasmassenstrom beim Benziner und die aufgrund der geringeren Rußrohmassenemissionen andere Auslegung der Partikelfilter-Hardware bei Benzinfahrzeugen.
Von der Anmelderin sind zwar Schriften bekannt, bei denen zum einen der gemessene absolute Differenzdruckwert erhöht werden kann, indem im Schubbetrieb die Drosselklappe geöffnet und somit der Abgasmassenstrom erhöht wird. Bei einem anderen Ansatz kann der gemessene absolute Differenzdruckwert erhöht werden, wenn der Wirkungsgrad des Motors durch einen späteren Zündwinkel verschlechtert wird. Derartige aktive Eingriffe sind hinsichtlich des Fahrbetriebs aber nachteilig.
Die Rohemissionen von Partikelmasse und Partikelanzahl sind bei Dieselfahrzeugen um ein Vielfaches höher als bei Benzinmotoren. Die derzeit gültigen Emissionsgrenzwerte für die Partikelmasse werden von Benzinfahrzeugen i. d. R. unterschritten und damit auch die gültigen Diagnosegrenzwerte. Die Grenzwerte für die Partikelanzahl für die neuen Abgasbestimmungen nach EU6c werden allerdings von einigen Fahrzeugtypen überschritten, wenn keine Zusatzmaßnahmen ergriffen werden. Da es für die Partikelanzahl nach der Abgasbestimmung nach EU6b (2014) und EU6c (2017) nur einen Emissionsgrenzwert, aber keinen Diagnosegrenzwert gibt, wird erwartet, dass der Gesetzgeber analog zu Dieselfahrzeugen als Minimalanforderung die Ausbau- bzw. Komplettausfallerkennung eines Partikelfilters bei Überschreitung der Partikelmassen- und Partikelanzahl-Emissionsgrenzwerte fordert.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit dem derartige Manipulationen bzw. ein defekter Partikelfilter hinsichtlich einer robusteren On-Bord-Diagnose insbesondere bei Benzin-angetriebenen Fahrzeugen erkannt werden können.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine zur Durchführung des Verfahrens entsprechende Vorrichtung bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 bis 9 gelöst.
Erfindungsgemäß ist bei dem Diagnoseverfahren vorgesehen, dass zur Erkennung eines Ausbaus des Partikelfilters oder eines defekten Partikelfilters der zeitliche Gradient des gemessenen Differenzdruckes am Partikelfilter in Korrelation mit einem zu erwartenden zeitlichen Gradienten eines Differenzdruckes eines intakten Referenz-Partikelfilters gesetzt und diese Korrelation ausgewertet wird. Ist ein Partikelfilter ordnungsgemäß im Abgasstrang verbaut, ergibt sich eine gute Korrelation zwischen dem zeitlichen Gradienten des Differenzdruckes aus der aktuellen Messung und dem erwarteten Referenzwert. Wird der Partikelfilter ausgebaut oder ist defekt, ist keine oder nur eine sehr schwache Korrelation beider Signale vorhanden. Ein Ausbau oder Ausfall des Partikelfilters kann somit sicher detektiert werden. Vorteilhaft ist bei diesem Vorgehen weiterhin, dass es im Gegensatz zu bekannten differenzdruckbasierten Verfahren nicht auf die absolute Druckdifferenz über dem Partikelfilter schaut, sondern auf deren zeitliche Änderung. Somit ist trotz geringer absoluter Druckdifferenzen eine Ausbau-Diagnose mit dem Differenzdrucksensor möglich. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass es absolut robust ist gegen Offset-Toleranzen des Differenzdrucksensors. Diese Toleranzen erschweren alle Diagnoseverfahren erheblich, die auf dem absoluten Differenzdruck basieren. Zudem sind zusätzliche aktive Eingriffe im System, wie z. B. eine Massenstromerhöhung, z. B. ein Öffnen der Drosselklappe im Schubbetrieb oder eine Verschlechterung des Zündwinkels, wie sie eingangs erwähnt wurden, nicht erforderlich.
Bevorzugt wird, wie dies eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens vorsieht, der Erwartungswert des Differenzdruckes des Referenz-Partikelfilters modellhaft in Abhängigkeit von aktuellen Betriebsgrößen ermittelt. Diese stehen i. d. R. in einer übergeordneten Motorsteuerung zur Verfügung, so dass daraus mit geringem applikativem Aufwand der Erwartungswert für den aktuellen Differenzdruck des Referenz-Partikelfilters berechnet werden kann.
In vorteilhafter Weise wird der zeitliche Gradient des Differenzdruckes über dem intakten Referenz-Partikelfilter aus einem Volumenstrom und/oder dessen zeitlichen Gradienten und einem Strömungswiderstand des intakten Referenz-Partikelfilters berechnet. Der Strömungswiderstand kann dabei in der Diagnoseeinheit als fester Wert gespeichert oder in einer Kennfeldspeichereinheit von ein oder mehreren Parametern abhängig hinterlegt sein.
In einer weiteren bevorzugten Verfahrensvariante kann vorgesehen sein, dass der gemessene Differenzdruck über dem Partikelfilter und/oder der erwartete Differenzdruck über dem Referenz-Partikelfilter und/oder der Volumenstrom zur Bestimmung des modelhaften Differenzdruckes tiefpassgefiltert werden. Damit können störungsbedingte Signalschwankungen für die Diagnose unterdrückt werden, was die Diagnosegüte erhöht.
Das bevorzugte Verfahren sieht vor, dass mittels Bildung einer Kreuzkorrelation aus dem Gradienten des gemessenen Differenzdruckes über dem Partikelfilter und dem Gradienten des zu erwartenden Differenzdruckes über dem Referenz-Partikelfilter ein normierter Kreuzkorrelationsfaktor gebildet wird. Dieser normierte Kreuzkorrelationsfaktor ist unabhängig von den Signalhöhen der Gradienten und nimmt niedrige Werte für eine unzureichende Korrelation und hohe Werte für eine gute Korrelation ein.
Weiterhin ist dabei vorgesehen, dass der Kreuzkorrelationsfaktor mit einem zuvor ermittelten und in der Diagnoseeinheit hinterlegten Schwellwert verglichen und bei Unterschreitung des Schwellwertes ein fehlerhafter oder nicht vorhandener Partikelfilter detektiert und bei Erreichen oder Überschreiten des Schwellwertes ein intakter Partikelfilter diagnostiziert wird. Der Schwellwert kann dabei als fester Wert in der Diagnoseeinheit gespeichert oder als Kennfeld, von weiteren Betriebsparametern der Brennkraftmaschine abhängig, hinterlegt sein. Damit ist eine sichere Unterscheidung zwischen einem ausgebauten oder defekten und einem noch intakten Partikelfilter möglich. Fehlerhafte Diagnoseergebnisse können damit nahezu ausgeschlossen werden. Besonders zuverlässig funktioniert das Diagnoseverfahren, wenn die Diagnose durchgeführt wird, wenn bestimmte Dynamikkriterien insbesondere beim Gradienten des zu erwartenden Differenzdruckes erreicht und/oder überschritten werden. Infrage kommen dafür auch die Gradienten vom Abgasmassenstrom, vom Abgasvolumenstrom, der Motordrehzahl oder daraus abgeleiteter Größen.
Die zuvor beschriebenen Verfahrensvarianten funktionieren ebenfalls zuverlässig, wenn der Differenzdruck und dessen zeitlicher Gradient aus den Signalen zweier Differenzdrucksensoren und/oder zweier Absolutdrucksensoren, welche stromauf- und stromabwärts des Partikelfilters im Abgasstrang angeordnet sind, bestimmt werden.
Eine besonders bevorzugte Anwendung des Verfahrens, wie es zuvor beschrieben wurde, sieht die Verwendung des Verfahrens bei einer benzinbetriebenen Brennkraftmaschine vor, bei der die Abgasanlage mindestens einen separaten Katalysator und einen Partikelfilter oder eine Katalysator-Partikelfilter-Kombination oder einen katalytisch beschichteten Partikelfilter, so genannte 4-Wege-Katalysatoren, aufweist, an denen auch Differenzdrucksensoren an dem Katalysatorgehäuse verbaut sein können. Insbesondere bei diesen Motoren ergibt sich ein eher geringer Volumenstrom, so dass lediglich geringe Druckunterschiede über einen solchen Benzin-Partikelfilter auftreten können, wie dies eingangs beschrieben wurde, so dass mittels Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit seinen Varianten insbesondere hier eine sichere und zuverlässige Diagnose eines unerlaubten Partikelfilterausbaus oder eines defekten Partikelfilters ermöglicht wird und somit die zu erwartenden zukünftigen Gesetzesvorgaben erfüllt werden können.
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Diagnoseeinheit Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens mit den zuvor beschriebenen Merkmalen aufweist und insbesondere Berechnungseinheiten für die Bestimmung eines Kreuzkorrelationsfaktors aus einem zeitlichen Gradienten eines gemessenen Differenzdruckes über den Partikelfilter und einem Gradienten eines modellhaft bestimmten Differenzdruckes eines intakten Referenz-Partikelfilters und Komparatoreinheiten zum Vergleich des Kreuzkorrelationsfaktors mit einem in der Diagnoseeinheit speicherbaren Schwellwertes umfasst. Die Funktionalität kann dabei Software-basiert in der Diagnoseeinheit umgesetzt sein. Die Diagnoseeinheit kann dabei als separate Einheit oder als integraler Bestandteil einer übergeordneten Motorsteuerung ausgeführt sein. Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
1 beispielhaft ein technisches Umfeld für die Erfindung,
2 in schematischer Darstellung eine weitere Variante des technischen Umfeldes, in der das Verfahren angewendet werden kann,
3 in einem ersten Verlaufsdiagramm schematisch die Differenzdruckverläufe für einen gemessenen und einen modellhaft bestimmten Referenz-Differenzdruck für einen intakten Partikelfilter,
4 in einem zweiten Verlaufsdiagramm schematisch die Differenzdruckverläufe für den gemessenen und den modellhaft bestimmten Referenz-Differenzdruck für einen ausgebauten oder defekten Partikelfilter und
5 in einem dritten Verlaufsdiagramm schematisch die Gradienten der Differenzdruckverläufe für den gemessenen und den modellhaft bestimmten Referenz-Differenzdruck für einen ausgebauten oder defekten Partikelfilter.
1 zeigt schematisch das technische Umfeld, in dem das erfindungsgemäße Verfahren angewendet werden kann. Dargestellt ist beispielhaft eine Brennkraftmaschine 10, die als Benzinmotor ausgeführt ist, wobei das Abgas der Brennkraftmaschine über einen Abgasstrang 11 abgeführt wird, in dem eine Abgasreinigungsanlage angeordnet ist, welche im gezeigten Beispiel mehrstufig ausgeführt ist. In Strömungsrichtung des Abgases (Abgasstrom 14) ist im gezeigten Beispiel zunächst ein Katalysator 12 vorgesehen, der als Drei-Wege-Katalysator ausgeführt sein kann, dem ein Partikelfilter 13 nachgelagert ist. Weiterhin sind üblicherweise im Abgasstrang 11 Abgassonden sowie weitere Sensoren angeordnet, die allerdings in dieser schematischen Prinzipzeichnung nicht dargestellt sind, deren Signale einer Motorsteuerung (Electronic Control Unit ECU) zugeführt werden.
Zur Diagnose des Partikelfilters 13 ist nach dem Stand der Technik ein Differenzdrucksensor 15 vorgesehen, mit dem der Druckunterschied (Differenzdruck 19) zwischen Filtereingang und Filterausgang des Partikelfilters 13 bestimmt werden kann. Das Ausgangssignal des Differenzdrucksensors 15 wird dabei einer Diagnoseeinheit 18 zugeführt, in der im Rahmen einer On-Bord-Diagnose (OBD) eine Diagnose hinsichtlich eines möglicherweise gebrochenen, entfernten oder verstopften Partikelfilters 13 durchgeführt werden kann. Diese Diagnoseeinheit 18 kann dabei Bestandteil der übergeordneten Motorsteuerung (ECU) sein.
2 zeigt ein alternatives technisches Umfeld. Anstatt den Differenzdruck 19 über dem Partikelfilter 13 mittels des Differenzdrucksensors 15 zu messen, wird der Differenzdruck 19 gegen den Umgebungsdruck jeweils vor und nach dem Partikelfilter 13 gemessen. Für beide Differenzdruckmessungen sind zwei unabhängige Differenzdrucksensoren 16, 17 vorgesehen, deren Signale der Diagnoseeinrichtung 18 zur Auswertung zugeführt werden. Die Differenzdrucksensoren 16, 17 sind mit Schlauchverbindungen oder Rohrleitungen mit dem Abgasstrang 11 verbunden.
In einer hier nicht dargestellten Variante kann der Differenzdruck 19 über dem Partikelfilter 13 mittels eines Absolutdrucksensors vor und nach dem Partikelfilter 13 bestimmt werden. Grundsätzlich können auch beide Drucksensortypen gemeinsam eingesetzt werden, d. h. ein Differenzdrucksensor 16 vor dem Partikelfilter 13 und ein Absolutdrucksensor nach dem Partikelfilter 13 oder ein Absolutdrucksensor vor dem Partikelfilter 13 und ein Differenzdrucksensor 17 nach dem Partikelfilter 13.
Der Katalysator 12 und der Partikelfilter 13 können auch als sogenannte Four-Way-Catalyst (FWC) zusammengefasst sein, bei dem es sich um einen katalytisch beschichteten Partikelfilter 13 handelt. Voraussetzung für das erfinderische Verfahren ist lediglich, dass ein Differenzdrucksensor 15 über dem Partikelfilter 13 bzw. dem beschichteten Partikelfilter oder zwei Absolutdrucksensoren stromauf- und stromabwärts des Partikelfilters verbaut sind.
Das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren basiert auf der Überwachung des Partikelfilters 13 durch Korrelation des zeitlichen Gradienten des gemessenen Differenzdrucks 19 über den Partikelfilter 13 zum erwarteten zeitlichen Gradienten eines 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.
Das gemessene Differenzdrucksignal wird zunächst tiefpassgefiltert, um das Rauschen zu unterdrücken. Anschließend wird der zeitliche Gradient d(Δp_(k))/dk des Signals ermittelt, wobei k die k-te Messung bedeutet. Parallel dazu wird ein entsprechender Referenzwert d(Δp*_(k))/dk ermittelt, indem aus einem Abgasvolumenstrom bzw. aus dessen zeitlichen Gradienten und dem Strömungswiderstand des intakten Filters, dem Referenzfilter, ein zeitlicher Verlauf bzw. der Gradient einer Druckdifferenz eines intakten Filters berechnet wird. Dieser Wert bzw. der dort eingehende Volumenstrom kann optional ebenfalls tiefpassgefiltert werden.
Anschließend wird über eine normierte Kreuzkorrelation der zeitlichen Gradienten vom gemessenen Differenzdruck Δp_(k) zum Referenz-Differenzdruck Δp*_(k) bestimmt, in wie weit sich die Verläufe der Gradienten vom aktuellen Messwert und Referenzwert ähneln. Dazu wird ein Kreuzkorrelationsfaktor KKF nach folgender Beziehung gebildet: KKF = Σ(d(Δp_(k))*d(Δp*_(k)))/Σ(d(Δp*_(k))*d(Δp*_(k))) (1) wobei d(Δp_(k))/dk der gemessene Differenzdruckgradient 27 und d(Δp*_(k))/dk der Referenzdruckgradient oder modellierte Druckgradient 26 (siehe 5) darstellt. Der Referenzdruck p*_(k) berechnet sich aus dem Produkt von Abgasvolumenstrom und dem Strömungswiderstand R* des intakten Referenz-Partikelfilters.
Zur Beurteilung, ob der Partikelfilter ordnungsgemäß vorhanden bzw. verbaut ist bzw. ordnungsgemäß funktioniert, wird der Ausgangswert der normierten Kreuzkorrelation, der Kreuzkorrelationsfaktor KKF, mit einem zuvor ermittelten und im Steuergerät bzw. in der Diagnoseeinheit 18 hinterlegten Schwellwert verglichen. Liegt das Ergebnis unterhalb des Schwellwertes, was einer nur geringen bis gar nicht vorhandenen Korrelation entspricht, ist der Partikelfilter 13 ausgebaut oder defekt. Liegt das Ergebnis oberhalb des Schwellwertes, was einer guten Korrelation entspricht, ist der Partikelfilter 13 vorhanden bzw. intakt.
Das Verfahren funktioniert besonders zuverlässig, wenn eine gewisse dynamische Anregung vorhanden ist, d. h. wenn die Differenzdruckgradienten 26, 27 (siehe 5) ein bestimmtes Maß überschreiten. Daher erfolgt eine Auswertung der Kreuzkorrelation nur dann, wenn bestimmte Dynamikkriterien erfüllt sind. Infrage kommen dafür die Gradienten vom Abgasmassenstrom, vom Abgasvolumenstrom, von der Drehzahl oder von daraus abgeleiteten Größen. Idealerweise wird dafür direkt der Gradient des Differenzdruck-Referenzwertes verwendet.
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, wie dies schematisch in 2 dargestellt ist.
In 3 und in 4 sind jeweils in einem Verlaufsdiagramm 20 schematisch die Differenzdrucksignale 21 für Differenzdruckverläufe für einen gemessenen und einen modellhaft bestimmten Referenz-Differenzdruck (modellierter Differenzdruckverlauf 22, gemessener Differenzdruckverlauf 23) in Abhängigkeit der Zeit 24 dargestellt.
3 zeigt beispielhaft die Verläufe für einen intakten Partikelfilter 13. Kennzeichnend hierbei ist, dass zwischen modelliertem Differenzdruckverlauf 22 und gemessenem Differenzdruckverlauf 23 lediglich geringe Signalhöhenunterschiede und Phasenunterschiede auftreten, so dass hieraus ein hoher Kreuzkorrelationsfaktor KKF resultiert.
4 zeigt in einem zweiten Verlaufsdiagramm 20 schematisch die Differenzdruckverläufe für den gemessenen und den modellhaft bestimmten Referenz-Differenzdruck für einen ausgebauten oder defekten Partikelfilter. Hierbei treten deutliche Abweichungen bei der Signalhöhe und/oder bei der Phase auf, so dass hieraus ein niedriger Kreuzkorrelationsfaktor KKF resultiert.
5 zeigt in einem dritten Verlaufsdiagramm 20 schematisch die Differenzdruckgradientensignale 25 in Abhängigkeit von der Zeit 24 für die Differenzdruckgradientenverläufe für den gemessenen und den modellhaft bestimmten Referenz-Differenzdruck (modellierter Differenzdruckgradient 26, gemessener Differenzdruckgradient 27) für einen ausgebauten oder defekten Partikelfilter 13. Kennzeichnend sind dafür die doch erheblichen Abweichungen in den Signalverläufen.
Das Diagnoseverfahren ist in vorteilhafter Ausgestaltung als Software in der Diagnoseeinheit 18 hinterlegt und kann insbesondere bei Benzinmotoren mit zukünftigen Benzin-Partikelfiltern, aber grundsätzlich auch bei Dieselmotoren, eingesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010002691 A1 [0006]
DE 102005034270 A1 [0007]

Claims

Verfahren zur Diagnose eines Partikelfilters (13) als Bestandteil einer Abgasreinigungsanlage im Abgasstrang (11) einer Brennkraftmaschine (10), wobei zur Überwachung des Partikelfilters (13) ein Differenzdruck (19) zwischen Eingang und Ausgang des Partikelfilters (13) gemessen und dieser in einer Diagnoseeinheit (18) ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erkennung eines Ausbaus des Partikelfilters (13) oder eines defekten Partikelfilters (13) der zeitliche Gradient des gemessenen Differenzdruckes (19) am Partikelfilter (13) in Korrelation mit einem zu erwartenden zeitlichen Gradienten eines Differenzdruckes (19) eines intakten Referenz-Partikelfilters gesetzt und diese Korrelation ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Erwartungswert des Differenzdruckes (19) des Referenz-Partikelfilters modellhaft in Abhängigkeit von aktuellen Betriebsgrößen ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zeitliche Gradient des Differenzdruckes (19) über dem intakten Referenz-Partikelfilter aus einem Volumenstrom und/oder dessen zeitlichen Gradienten und einem Strömungswiderstand des intakten Referenz-Partikelfilters berechnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der gemessene Differenzdruck (19) über dem Partikelfilter (13) und/oder der erwartete Differenzdruck (19) über dem Referenz-Partikelfilter und/oder der Volumenstrom zur Bestimmung des modelhaften Differenzdruckes (19) tiefpassgefiltert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Bildung einer normierten Kreuzkorrelation aus dem Gradienten des gemessenen Differenzdruckes (19) über dem Partikelfilter (13) und dem Gradienten des zu erwartenden Differenzdruckes (19) über dem Referenz-Partikelfilter ein Kreuzkorrelationsfaktor gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kreuzkorrelationsfaktor mit einem zuvor ermittelten und in der Diagnoseeinheit (18) hinterlegten Schwellwert verglichen und bei Unterschreitung des Schwellwertes ein fehlerhafter oder nicht vorhandener Partikelfilter (13) detektiert und bei Erreichen oder Überschreiten des Schwellwertes ein intakter Partikelfilter (13) diagnostiziert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnose durchgeführt wird, wenn bestimmte Dynamikkriterien insbesondere beim Gradienten des zu erwartenden Differenzdruckes (19) erreicht und/oder überschritten werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzdruck (19) und dessen zeitlicher Gradient aus den Signalen zweier Differenzdrucksensoren und/oder zweier Absolutdrucksensoren, welche stromauf- und stromabwärts des Partikelfilters (13) im Abgasstrang (11) angeordnet sind, bestimmt werden.
Verwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 bei einer benzinbetriebenen Brennkraftmaschine (10), bei der die Abgasanlage mindestens einen separaten Katalysator (12) und einen Partikelfilter (13) oder eine Katalysator-Partikelfilter-Kombination oder einen katalytisch beschichteten Partikelfilter (13) aufweist.
Vorrichtung, insbesondere eine Diagnoseeinheit (18), zur Diagnose eines Partikelfilters (13) als Bestandteil einer Abgasreinigungsanlage im Abgasstrang (11) einer Brennkraftmaschine (10), wobei zur Überwachung des Partikelfilters (13) ein Differenzdruck (19) zwischen Eingang und Ausgang des Partikelfilters (13) messbar und in dieser Diagnoseeinheit (18) auswertbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnoseeinheit (18) Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 9 aufweist und insbesondere Berechnungseinheiten für die Bestimmung eines Kreuzkorrelationsfaktors aus einem zeitlichen Gradienten eines gemessenen Differenzdruckes (19) über den Partikelfilter (13) und einem Gradienten eines modellhaft bestimmten Differenzdruckes (19) eines intakten Referenz-Partikelfilters und Komparatoreinheiten zum Vergleich des Kreuzkorrelationsfaktors mit einem in der Diagnoseeinheit (18) speicherbaren Schwellwertes umfasst.