DE102014220846A1

DE102014220846A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Eigendiagnose eines im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten Partikelsensors

Info

Publication number: DE102014220846A1
Application number: DE102014220846.7A
Authority: DE
Inventors: Hong Zhang
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2014-10-15
Filing date: 2014-10-15
Publication date: 2016-04-21
Also published as: WO2016058771A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Eigendiagnose eines im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine hinter einem Partikelfilter angeordneten Partikelsensors, welcher zwei Elektroden aufweist, an die eine Sensorspannung anlegbar ist und über die Sensorstromwerte messbar sind, wobei aus den gemessenen Sensorstromwerten unter Verwendung einer abgespeicherten Sensorkennlinie jeweils ein aktueller Partikelmassenstromwert ermittelt wird, wobei eine gezielte Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters herbeigeführt wird und nach der gezielten Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters durch eine Auswertung der vom Partikelsensor gemessenen Sensorstromwerte ermittelt wird, ob eine aufgrund der gezielten Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters zu erwartende Partikelmassenstromwertänderung vorliegt oder ob dies nicht der Fall ist, und die Eigendiagnose des Partikelsensors auf Basis der Ermittlung der Partikelmassenwertstromänderung vorgenommen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Eigendiagnose eines im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine hinter einem Partikelfilter angeordneten Partikelsensors.
Derartige Partikelsensoren sind dazu vorgesehen, den Partikelausstoß einer Brennkraftmaschine hinter dem Partikelfilter zu messen, so dass mittels einer Steuereinheit, welcher die Ausgangssignale des Partikelsensors zugeführt werden, eine Überwachung dieses Partikelausstoßes erfolgen kann.
Kraftfahrzeuge, die einen hinter einem Partikelfilter angeordneten Partikelsensor aufweisen, sind bereits bekannt. Es ist wünschenswert, dass bei einem derartigen Kraftfahrzeug bezüglich des Partikelsensors eine Eigendiagnose durchgeführt werden kann, um die Funktionsfähigkeit des Partikelsensors für eine On-Board-Diagnose sicherzustellen.
Aus der DE 10 2009 046 315 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines resistiven Partikelsensors bekannt, wobei der Partikelsensor auf seiner Oberfläche mindestens zwei ineinandergreifende interdigitale Elektroden aufweist, an die zur Bestimmung einer Beladung mit Rußpartikeln des Partikelsensors eine Sensorspannung zumindest zeitweise angelegt und ein Sensorstrom über die Elektroden gemessen und ausgewertet wird und wobei zur Entfernung der Rußbeladung zusätzlich ein Heizelement vorgesehen sein kann, mit dem der Partikelsensor in einer Regenerationsphase aufgeheizt wird. Bei nicht aktiviertem Heizelement werden beim Anlegen der Sensorspannung die Rußpartikel bzw. bereits ausgebildete Rußpfade zwischen den Elektroden direkt erwärmt und eine damit verbundene Änderung der Leitfähigkeit der Rußpartikel bzw. der Rußpfade bestimmt. Dieses bekannte Verfahren setzt voraus, dass sich zunächst auf den Elektroden des Partikelfilters Rußpartikel ansammeln und dass nach erfolgter Rußpartikelansammlung eine Messung des Stromes bzw. der Leitfähigkeit der Rußpartikel erfolgt. Dies ist mit einer unerwünschten Zeitverzögerung verbunden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, bei denen die Eigendiagnose eines im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine hinter einem Partikelfilter angeordneten Partikelsensors verbessert ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie eine Vorrichtung mit den im Anspruch 9 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Verfahren zur Eigendiagnose eines im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine hinter einem Partikelfilter angeordneten Partikelsensors bereit, welcher zwei Elektroden aufweist, an die eine Sensorspannung anlegbar ist und über die Sensorstromwerte messbar sind, wobei aus den gemessenen Sensorstromwerten unter Verwendung einer abgespeicherten Sensorkennlinie jeweils ein aktueller Partikelmassenstromwert ermittelt wird, wobei eine gezielte Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters herbeigeführt wird und nach der gezielten Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters durch eine Auswertung der vom Partikelsensor gemessenen Sensorstromwerte ermittelt wird, ob eine aufgrund der gezielten Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters zu erwartende Partikelmassenstromwertänderung vorliegt oder ob dies nicht der Fall ist, und wobei die Eigendiagnose des Partikelsensors auf Basis der Ermittlung der Partikelmassenstromwertänderung vorgenommen wird.
Der Vorteil dieser Vorgehensweise besteht insbesondere darin, dass in sehr kurzer Zeit eine zuverlässige Information darüber bereitgestellt werden kann, ob der im Abgasstrang der Brennkraftmaschine hinter dem Partikelfilter angeordnete Partikelsensor defekt ist oder nicht.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender beispielhafter Erläuterung anhand der 1.
Diese zeigt eine Blockdarstellung der zum Verständnis der Erfindung notwendigen Bauteile einer Vorrichtung zur Eigendiagnose eines im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine angeordneten Partikelsensors.
In der 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 dargestellt, die einen Abgasstrang 2 aufweist. Im Abgasstrang 2 sind ein Partikelfilter 3 und hinter dem Partikelfilter ein Partikelsensor 4 angeordnet. Der Partikelsensor 4 weist eine erste Elektrode 4a und eine zweite Elektrode 4b auf. An diese Elektroden ist eine Sensorspannung anlegbar. Des Weiteren sind über diese Elektroden Sensorstromwerte messbar.
Wird an die Elektroden des Partikelsensors eine Sensorspannung von beispielsweise 1000 V angelegt, dann werden Partikel, beispielsweise Staubpartikel, durch die vorliegende hohe statische Spannung an die Elektroden angezogen und sammeln sich auf den Elektrodenoberflächen. Wenn eine kritische Dicke von Partikeln erreicht worden ist, dann brechen kleine Teile der aufgeladenen Partikel und fließen von einer Elektrode zu der gegenüberliegenden Elektrode. Dadurch entsteht ein Sensorstrom, der gemessen werden kann und aus welchem Partikelmassenstromwerte ermittelt werden können.
Dazu werden die Ausgangssignale des Partikelsensors 4, bei denen es sich um die gemessenen Sensorstromwerte handelt, einer Steuereinheit 5 zugeführt, bei der es sich vorzugsweise um das Steuergerät der Brennkraftmaschine 1 handelt. Die Steuereinheit 5 steht mit einem Kennlinienspeicher 6 in Verbindung, in welchem eine vom Hersteller des Partikelsensors 4 vorgegebene Sensorkennlinie abgespeichert ist.
Die Steuereinheit 5 greift unter Verwendung der vom Partikelsensor 4 gemessenen Sensorstromwerte auf den Kennlinienspeicher 6 zu und erhält als Ausgangssignale des Kennlinienspeichers 6 jeweils zugehörige Partikelmassenstromwerte.
Die Steuereinheit 5 wertet diese Partikelmassenstromwerte aus und erkennt, ob eine Partikelmassenstromwertänderung vorliegt oder nicht und führt auf Basis der Ermittlung der Partikelmassenstromwertänderung eine Eigendiagnose des Partikelsensors durch, deren Ergebnis eine Aussage dahingehend ist, ob der Partikelsensor 4 ordnungsgemäß funktioniert oder defekt ist.
Zur Vorbereitung der Durchführung dieser Eigendiagnose wird zunächst von der Steuereinheit 5 gezielt ein Zustand herbeigeführt, in welchem der Partikelfilter 3 eine größere Anzahl von Partikeln ausstößt als im momentan vorliegenden Zustand.
Diese gezielte Herbeiführung einer Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters 3 kann auf verschiedene Weise vorgenommen werden.
Eine erste Möglichkeit einer gezielten Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters 3 besteht darin, den Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 gezielt zu verändern. Diese gezielte Veränderung des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine wird vorzugsweise dadurch herbeigeführt, dass von der Steuereinheit 5 die Brennkraftmaschine derart angesteuert wird, dass ein fetter Lambda-Wert eingestellt wird.
Eine zweite Möglichkeit einer gezielten Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters 3 besteht darin, dass eine gezielte Erhöhung der Partikelfiltertemperatur vorgenommen wird. Diese gezielte Erhöhung der Partikelfiltertemperatur kann durch eine gezielte Erhöhung der Abgastemperatur der Brennkraftmaschine 1 herbeigeführt werden. Auch diese gezielte Erhöhung der Abgastemperatur der Brennkraftmaschine 1 erfolgt durch eine geeignete Ansteuerung der Brennkraftmaschine 1 durch die Steuereinheit 5.
Eine dritte Möglichkeit einer gezielten Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters 3 besteht darin, eine vollständige Regeneration des Partikelfilters 3 vorzunehmen. Auch diese vollständige Regeneration des Partikelfilters 3 kann durch eine geeignete Ansteuerung der Brennkraftmaschine 1 durch die Steuereinheit 5 erfolgen.
Weitere Möglichkeiten einer gezielten Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters 3 bestehen darin, zwei der vorgenannten Möglichkeiten gemeinsam anzuwenden oder gar alle drei vorgenannten Möglichkeiten gemeinsam anzuwenden.
Aufgrund dieser gezielten Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters 3 ist der Steuereinheit 5 bekannt, dass der hinter dem Partikelfilter 3 angeordnete Partikelsensor 4 im Vergleich zum vorherigen Zustand geänderte Sensorstrommesswerte ausgeben muss, wenn er ordnungsgemäß funktioniert.
Die vom Partikelsensor 4 ausgegebenen Sensorstrommesswerte werden – wie bereits oben erläutert wurde – der Steuereinheit 5 zugeführt. Diese steuert mit den genannten Sensorstrommesswerten den Kennlinienspeicher 6 an und erhält als Ausgangssignale des Kennlinienspeichers 6 den jeweiligen Sensorstrommesswerten zugehörige Partikelmassenstromwerte.
Diese Partikelmassenstromwerte werden in der Steuereinheit 5 ausgewertet. Sind die Partikelmassenstromwerte größer als ein vorgegebener Schwellenwert oder ist die Veränderung der Partikelmassenstromwerte größer als ein vorgegebener Schwellenwert, dann erkennt die Steuereinheit 5, dass der Partikelsensor 4 ordnungsgemäß funktioniert. Sind die Partikelmassenstromwerte hingegen trotz der vorgenommenen gezielten Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters 3 kleiner als der vorgegebene Schwellenwert oder ist die Veränderung der Partikelmassenstromwerte kleiner als der vorgegebene Schwellenwert, dann erkennt die Steuereinheit 5, dass der Partikelsensor 4 defekt ist.
Die vorstehend beschriebene Eigendiagnose eines im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine hinter einem Partikelfilter angeordneten Partikelsensors kann während des Betriebes der Brennkraftmaschine in beliebigen vorgegebenen Zeitabständen durchgeführt werden. Insbesondere muss nicht darauf gewartet werden, bis sich an den Elektroden eine zur Bestimmung der Leitfähigkeit der Rußpartikel ausreichend große Menge an Rußpartikeln angesammelt hat.
Des Weiteren besteht ein Vorteil der Erfindung darin, dass auch kleine und zeitnahe Veränderungen der Partikelmassenstromwerte zur Eigendiagnose des Partikelsensors ausreichend sind. Damit erhöht man die Häufigkeit und die Robustheit der Eigendiagnose.
Zeigt der Partikelsensor einen hohen Sensorstrom an, dann kann die Robustheit der Eigendiagnose des Partikelsensors in vorteilhafter Weise dadurch weiter verbessert werden, dass zusätzlich zu den oben beschriebenen Maßnahmen eine gezielte Reduzierung der Sensorspannung und/oder eine gezielte Erhöhung der Temperatur des Partikelsensors mittels einer Heizung erfolgen und danach überprüft wird, ob sich die resultierenden Partikelmassenstromwerte in zu erwartender Weise ändern.
Des Weiteren kann die Robustheit der Eigendiagnose weiter verbessert werden, wenn nach einem erfolgten Abschalten des Motors überprüft wird, ob sich die resultierenden Partikelmassenstromwerte in zu erwartender Weise ändern. In diesem Falle müssen die resultierenden Partikelmassenstromwerte gegen Null gehen.
Wie aus den vorstehenden Ausführungen ersichtlich ist, basiert die beschriebene Eigendiagnose eines im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine hinter einem Partikelfilter angeordneten Partikelsensors darauf, dass gezielt die Partikelemission des Verbrennungsmotors verändert wird und die Reaktion des vom Partikelsensor ausgegebenen Partikelstrommesssignals ausgewertet wird. Entspricht die Reaktion des vom Partikelsensor ausgegebenen Partikelstrommesssignals einer durch die vorgenommenen Änderungen des Partikelausstoßes zu erwartenden Änderung innerhalb bestimmter Grenzen (vorgegebener Schwellenwert), dann wird der Partikelsensor als ordnungsgemäß erkannt. Weicht hingegen das vom Partikelsensor ausgegebene Strommesssignal von dem zu erwartenden Verhalten über die vorgegebenen Grenzen hinaus ab, dann wird der Partikelsensor als defekt erkannt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009046315 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Eigendiagnose eines im Abgasstrang (2) einer Brennkraftmaschine (1) hinter einem Partikelfilter (3) angeordneten Partikelsensors (4), welcher zwei Elektroden (4a, 4b) aufweist, an die eine Sensorspannung anlegbar ist und über die Sensorstromwerte messbar sind, wobei aus den gemessenen Sensorstromwerten unter Verwendung einer abgespeicherten Sensorkennlinie jeweils ein aktueller Partikelmassenstromwert ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine gezielte Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters (3) herbeigeführt wird und nach der gezielten Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters (3) durch eine Auswertung der vom Partikelsensor gemessenen Sensorstromwerte ermittelt wird, ob eine aufgrund der gezielten Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters zu erwartende Partikelmassenstromwertänderung vorliegt oder ob dies nicht der Fall ist, und die Eigendiagnose des Partikelsensors (4) auf Basis der Ermittlung der Partikelmassenwertstromänderung vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass beim Vorliegen der zu erwartenden Partikelmassenstromwertänderung der Partikelsensor (4) als funktionsfähig erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass beim Nichtvorliegen der zu erwartenden Partikelmassenstromwertänderung der Partikelsensor (4) als defekt erkannt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gezielte Herbeiführung der Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters (3) durch eine gezielte Veränderung des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (1) vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zur gezielten Veränderung des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine (1) ein fetter Lambda-Wert herbeigeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gezielte Herbeiführung der Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters (3) durch eine Erhöhung der Partikelfiltertemperatur vorgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Erhöhung der Partikelfiltertemperatur durch eine Erhöhung der Abgastemperatur der Brennkraftmaschine (1) herbeigeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gezielte Herbeiführung der Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters (3) durch eine vollständige Regeneration des Partikelfilters (3) vorgenommen wird.
Vorrichtung zur Eigendiagnose eines im Abgasstrang (2) einer Brennkraftmaschine (1) hinter einem Partikelfilter (3) angeordneten Partikelsensors (4), welcher zwei Elektroden (4a, 4b) aufweist, an die eine Sensorspannung anlegbar ist und über die Sensorstromwerte messbar sind, wobei aus den gemessenen Sensorstromwerten unter Verwendung einer in einem Speicher (6) abgespeicherten Sensorkennlinie jeweils ein aktueller Partikelmassenstromwert ermittelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie des Weiteren eine Steuereinheit (5) aufweist, mittels welcher eine gezielte Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters (3) herbeiführbar ist und mittels welcher nach der gezielten Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters (3) durch eine Auswertung der vom Partikelsensor (4) gemessenen Sensorstromwerte ermittelbar ist, ob eine aufgrund der gezielten Veränderung des Partikelausstoßes des Partikelfilters (3) zu erwartende Partikelmassenstromwertänderung vorliegt oder ob dies nicht der Fall ist, und mittels welcher die Eigendiagnose des Partikelsensors auf Basis der Ermittlung der Partikelmassenstromwertänderung vornehmbar ist.