DE102017211024A1

DE102017211024A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Aktivierung einer Diagnose eines Partikelfilters einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102017211024A1
Application number: DE102017211024.4A
Authority: DE
Inventors: Joerg Frauhammer; Bernd Kraewer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2017-06-29
Publication date: 2019-01-03
Anticipated expiration: 2037-06-30
Also published as: DE102017211024B4

Abstract

Es wird eine Verfahren und eine Vorrichtung zur Aktivierung einer Diagnose eines Partikelfilters (1) einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, bei dem eine Messung einer Temperatur nach dem Partikelfilter (1) erfolgt. Es sind Mittel (6) vorgesehen die nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine ein Temperaturverlauf der gemessenen Temperatur über der Zeit auswerten, wobei typischerweise nach einem ersten Ansteigen der Temperatur die Temperatur für eine Verharrungsdauer (t1 - t2) in einem vorgegebenen Temperaturbereich verharrt und erst danach weiter ansteigt. Die Mittel geben eine Diagnose des Partikelfilters (1) erst frei wenn die Temperatur nach der Verharrungsdauer (t1 - t2) wieder ansteigt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung zur Aktivierung einer Diagnose eines Partikelfilters einer Brennkraftmaschine.
Aus der DE 102 06 805 A1 ist bereits eine Überwachung eines Partikelfilters durch Auswertung eines Drucks vor und hinter dem Partikelfilter bekannt.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aktivierung einer Diagnose eines Partikelfilters einer Brennkraftmaschine hat demgegenüber den Vorteil, dass zuverlässig erkannt werden kann, ob eine in dem Partikelfilter enthaltene Wasserbeladung, beispielsweise durch Kondenswasser, durch die in den Partikelfilter eingebrachte Wärme verdampft ist. Erst wenn so festgestellt wurde, dass im Partikelfilter vorhandenes Wasser entfernt wurde, wird eine Diagnose freigegeben. Es werden so Fehldiagnosen aufgrund von Wasserkondensat im Partikelfilter vermieden. Es wird für die Qualität der Diagnose des Partikelfilters verbessert.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung werden durch die Maßnahmen der abhängigen Patentansprüche realisiert. Durch Auswertung der zeitlichen Länge der Verharrungsdauer der Temperatur kann eine sehr große Wasserbeladung des Partikelfilters erkannt werden und entsprechende Gegenmaßnahmen zur Entfernung dieses Wassers eingeleitet werden. Besonders einfach erfolgt dies durch eine Drehzahlerhöhung der Brennkraftmaschine oder durch eine Erhöhung des Wärmestroms durch eine Wirkungsgradverschlechterung der Brennkraftmaschine. Alternativ kann auch ein Nichtvorhandensein von Wasser erkannt werden, insbesondere wenn die Verharrungsdauer der Temperatur sehr kurz ist. Der typische Temperaturbereich, in dem die Temperatur nach dem Partikelfilter verharrt, kann für jede Brennkraftmaschine oder Typ von Brennkraftmaschine empirisch ermittelt und in einer Steuereinrichtung gespeichert werden. Zur Bewertung der Verharrungsdauer kann weiterhin auch eine Temperatur vor dem Partikelfilter berücksichtigt werden. Es können so präzisere Aussagen hinsichtlich der Wasserbeladung des Partikelfilters getroffen werden.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

1 einen Partikelfilter und ein Steuergerät und
2 einen Temperaturverlauf hinter dem Partikelfilter aufgetragen gegen die Zeit.

In der 1 wird schematisch ein Partikelfilter 1 gezeigt, dem über einem Abgaszuführrohr 2 Abgase einer Brennkraftmaschine zugeführt werden. Diese Abgase durchströmen den Partikelfilter 1 und werden vom Partikelfilter 1 durch ein Abgasabführrohr 3 weitergeleitet. Das Abgas im Abgaszuführrohr 2 enthält Partikel, insbesondere Rußpartikel oder andere staubförmige Verbrennungsprodukte, die von dem Partikelfilter 1 aus dem Abgasstrom herausgefiltert werden, so dass das über das Abgasabführrohr 3 abströmende Abgas im Wesentlichen keine Partikel mehr enthält. Diese Partikel werden im Partikelfilter 1 gefangen und müssen von Zeit zu Zeit durch einen Verbrennungsprozess aus dem Partikelfilter 1 wieder entfernt werden. Durch das kontinuierliche Speichern von Partikeln setzt sich der Partikelfilter 1 im Laufe der Zeit zu, wodurch die Durchströmbarkeit von Abgas durch den Partikelfilter 1 abnimmt. Durch das Verbrennen der Partikel im Partikelfilter 1 werden die im Filter gespeicherten Partikel in gasförmige Abbauprodukte überführt, wodurch die Filterfähigkeit und die Durchströmbarkeit von Abgas durch den Partikelfilter 1 wiederhergestellt wird. Da so die ursprüngliche Durchströmbarkeit und Filterfähigkeit des Partikelfilters 1 wiederhergestellt wird, wird dieser Prozess auch als Regeneration bezeichnet. Wie bereits aus der DE 102 06 805 bekannt, wird daher der Beladungszustand des Partikelfilters 1, d. h. die Menge an im Partikelfilter 1 gespeicherten Partikel während des laufenden Betriebs durch eine Diagnose kontinuierlich überwacht. Ein üblicher Überwachungsprozess überwacht beispielsweise den Differenzdruck des Partikelfilters, d. h. den Druck in der Abgaszuführung 2 relativ zum Druck in der Abgasabführung 3. Wenn die Druckdifferenz vor und nach dem Partikelfilter 1 zu groß wird, so wird gefolgert, dass eine zu große Menge an Partikeln bereits im Partikelfilter 1 gespeichert ist und somit eine Regeneration des Partikelfilters 1 erfolgen sollte.
Es hat sich nun herausgestellt, dass eine Diagnose des Beladungszustands des Partikelfilters 1 unzuverlässig funktioniert, wenn in dem Partikelfilter 1 noch flüssiges Wasser enthalten ist. Da die vom Motor weggeführten Abgase resultierend aus der Verbrennung einen erheblichen Anteil an Wasser enthalten, kommt es in der Abgasanlage zu Kondensationsprozessen, solange diese noch kalt ist und dadurch der Dampfdruck des Wassers im Abgas größer als der Sättigungsdampfdruck in den kalten Anlagenteilen ist. Dadurch wird sich flüssiges Wasser im Partikelfilter ansammeln.
Aufgrund des mechanischen Aufbaus der Abgasanlage kann es dabei auch dazu kommen, dass die kondensierten Flüssigkeiten an verschiedenen Stellen, beispielsweise auch im Partikelfilter, zusammenfließen.
Bei besonders ungünstigen Konstellationen kann es dabei auftreten, dass erhebliche Mengen an Wasser im Partikelfilter 1 enthalten sind. Wenn ein derartiger Partikelfilter 1 einer Diagnose unterzogen wird, so kann es aufgrund des im Partikelfilter 1 enthaltenen Wasser zu einer Fehldiagnose kommen, insbesondere weil das im Partikelfilter 1 enthaltene Wasser auch den Differenzdruck über den Partikelfilter beeinflusst. Es kann bei einer großen Wasserbeladung, beispielsweise fehlerhaft diagnostiziert werden, dass eine Regeneration des Partikelfilters 1 erforderlich ist, obwohl eigentlich die Druckdifferenz nur auf das im Partikelfilter 1 enthaltene Kondensat zurückzuführen ist.
Erfindungsgemäß wird daher ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem ein derartiger Wasserinhalt im Partikelfilter 1 erkannt werden kann und eine Diagnose erst dann zugelassen wird, wenn durch den Abgasstrom das Wasser aus dem Partikelfilter 1 entfernt wurde.
In der 1 werden dazu noch ein Temperatursensor 4 vor dem Partikelfilter 1 und ein Temperatursensor 5 nach dem Partikelfilter 1 vorgesehen. Beide Temperatursensoren 4, 5 ragen in die Abgaszuführung 2 bzw. die Abgasabführung 3 und messen die Temperatur der vorbeiströmenden Abgase. Weiterhin ist noch ein Steuergerät 6 vorgesehen, welches die Signale dieser Temperatursensoren auswertet und so das erfindungsgemäße Verfahren realisiert. Dieses Steuergerät 6 kann auch Bestandteil eines anderen Steuergeräts sein, welches weitere Steuerungsfunktionen im Kraftfahrzeug wahrnimmt, beispielsweise ein Motorsteuergerät oder ein Steuergerät, welches weitere Funktionen bezüglich der Abgasaufbereitung realisiert. Verbindungsleitungen zwischen den Temperatursensoren 4, 5 und dem Steuergerät 6 sind aus Gründen der vereinfachten Darstellung nicht gezeigt.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun anhand der 2 erläutert. In der 2 wird die Temperatur T gegenüber der Zeit t am Temperatursensor 5 bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine mit einem Partikelfilter 1, in dem eine relevante Menge an Wasser kondensiert ist, gezeigt. Zum Zeitpunkt t0 wird die Brennkraftmaschine gestartet, nachdem sie zuvor für eine längere Zeitdauer (zumindest so lange, dass sich die Abgasanlage abkühlen konnte) nicht betrieben wurde. Durch die Abgaszuführung 2 wird der Partikelfilter 1 mit Abgas angeströmt, und die Temperatur in der Abgasabführung 3 wird durch den Temperatursensor 5 gemessen. Zunächst steigt die Temperatur in der Abgasabführung 3 bzw. am Temperatursensor 5 deutlich an, da die Abgase, die den Partikelfilter 1 verlassen, zumindest eine Temperatur aufweisen, die deutlich höher ist, als die Umgebungstemperatur der Brennkraftmaschine bzw. die Temperatur beim Starten des Motors. Zu einem Zeitpunkt t1 erreicht die Temperatur, die vom Sensor 5 gemessen wird, einen Wert T1, beispielsweise in der Größenordnung von ca. 60° C.
Die Abgase, die dem Partikelfilter 1 zugeführt werden, weisen allerdings diesen Zeitpunkt bereits eine deutlich eine höhere Temperatur auf, insbesondere sind sie so hoch, dass das im Partikelfilter 1 enthaltene Wasser verdampft. Aufgrund dieses Verdampfens des Wassers steigt daher die Temperatur der Abgase, die den Partikelfilter 1 in Richtung des Temperatursensors 5 verlassen, nicht mehr weiter an, da durch die Verdampfung des Wassers dem Abgas Wärme entzogen wird und daher die Temperatur nicht weiter erhöht wird. Aus diesem Grund verharrt die vom Temperatursensor 5 gemessene Temperatur des Abgases im Abgasabführrohr 3 in dem Zeitbereich zwischen t1 und t2 im Wesentlichen in einem sehr schmalen Temperaturbereich zwischen T1 = 60° C und T2 beispielsweise 70° C und erhöht sich so lange nicht, bis das Wasser aus dem Partikelfilter 1 komplett verdampft ist. Die vom Temperatursensor 5 gemessene Temperatur weist somit bei diesem Aufheizvorgang nach einem Kaltstart zunächst einen deutlichen Anstieg an, um dann für eine Verharrungszeitdauer t1 bis t2 auf einer Temperatur im Bereich zwischen T1 und T2 zu verharren. Zum Zeitpunkt t2 ist dann das im Partikelfilter 1 enthaltene Wasser vollständig verdampft und erst nach dem Zeitpunkt t2 steigt daher die Temperatur des Abgases im Abgasabführrohr 3 wieder an. Dieser Verlauf der Temperatur nach dem Partikelfilter 1 ist charakteristisch für das Entfernen von im Partikelfilter 1 enthaltenen Wasser bei einem Kaltstart und kann daher genutzt werden, um die Wasserfreiheit des Partikelfilters 1 zu erkennen.
Erfindungsgemäß wird daher eine Diagnose des Partikelfilters 1, insbesondere einer Auswertung des Differenzdrucks vor und nach dem Partikelfilter erst dann zugelassen, wenn aufgrund des charakteristischen Temperaturverlaufs klar ist, dass das Wasser aus dem Partikelfilter 1 entfernt wurde. Dieser Zeitpunkt lässt sich klar erkennen, wenn die Temperatur, die vom Temperatursensor 5 gemessen wird, nach der Verharrungsdauer zwischen t1 bis t2 wieder ansteigt. Es lässt sich somit durch Auswertung dieses Temperaturverlaufs ansteigender Temperatur bis zur Verharrungstemperatur T1, und nach einer Verharrungsdauer wieder ansteigender Temperatur auswerten und es wird erst nach diesem Zeitpunkt t2 eine Diagnose des Partikelfilters 1 wieder zugelassen.
Bei sehr großen Wassermengen im Partikelfilter 1 und bei nur einem sehr geringen Wärmeeintrag in dem Partikelfilter 1, beispielsweise wenn die Brennkraftmaschine nach dem Start sehr lange nur im Leerlauf betrieben wird, kann die Situation auftreten, dass die Beharrungsdauer t1 bis t2 sehr lang ausfällt. Um diesen Zustand zu erkennen und eine derart ungewöhnlich lange Beharrungsdauer T1 bis T2 sicher zu erkennen, kann auch zusätzlich zur Messung der Temperatur nach dem Partikelfilter 1 durch den Sensor 5 auch noch die Temperatur am Temperatursensor 4 vor dem Partikelsensor 1 ausgewertet werden. Wenn aufgrund der Auswertung der Temperatur des Temperatursensors 4 feststeht, dass das Fahrzeug im Wesentlichen nur im Leerlauf betrieben wird, so kann auch eine entsprechend lange Zeitdauer für die Verharrungsdauer t1 bis t2 als normal angesehen werden.
Alternativ können auch Maßnahmen ergriffen werden, um ein schnelleres Verdampfen des im Partikelfilter 1 enthaltenen Wassers zu gewährleisten. Dazu kann beispielsweise die Drehzahl der Brennkraftmaschine erhöht werden, wodurch eine größere Wärmemenge in das Abgassystem eingebracht wird und die Verdampfung des im Partikelfilter 1 enthaltenen Wassers gefördert wird. Alternativ ist es auch möglich, die Brennkraftmaschine mit einem schlechteren mechanischen Wirkungsgrad zu betreiben, wodurch ebenfalls die Wärmemenge im Abgas erhöht wird. Dies kann beispielsweise dadurch realisiert werden, dass der Zündwinkel nach spät verstellt wird und gleichzeitig die Einspritzmenge erhöht wird. Durch diese beiden Maßnahmen in Kombination wird der mechanische Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine verschlechtert und die Wärmemenge im Abgasstrom erhöht.
Der Temperaturbereich, in dem das Abgas nach dem Partikelfilter während der Verdampfung von Wasser im Partikelfilter 1 verbleibt, sind charakteristisch für die Brennkraftmaschine bzw. den Typ von Brennkraftmaschine bzw. des Abgassystems und können beispielsweise bei einer Applikation, d. h. bei der Einstellung der zulässigen Betriebsparameter der Brennkraftmaschine ermittelt werden. Dazu wird beispielsweise eine definierte Menge an Wasser in den Partikelfilter 1 eingebracht und es wird die nach einem Kaltstart sich ergebene Temperatur am Temperatursensor 5 gemessen. Diese Werte können dann beispielsweise im Steuergerät 6 gespeichert sein, wodurch sich ein Verdampfen von im Partikelfilter 1 gespeicherten Wasser sicher erkennen lässt. Da diese Temperatur zusätzlich von Last und Drehzahl er Brennkraftmaschine abhängt, kann auch ein entsprechendes Kennfeld, abhängig von Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine verwendet werden.
Bezüglich der Zeitdauer der Verharrungszeit können im Steuergerät 6 ebenfalls typische Werte gespeichert sein. Da die Menge an Kondensat in einem Abgassystem, insbesondere von der Temperatur und Wasserbeladung bei Abstellen der Brennkraftmaschine abhängen, kann beispielsweise beim Abstellen der Brennkraftmaschine eine Wassermenge im Abgassystem ermittelt werden und im Steuergerät 6 abgelegt werden. Dies ermöglicht dann eine Vorhersage der Verharrungsdauer t1 bis t2 bei dem nächsten Kaltstart und es kann so zusätzlich plausibilisiert werden, ob das Temperaturverhalten beim Kaltstart dieser Vorhersage entspricht oder nicht.
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 10206805 A1 [0002]
DE 10206805 [0006]

Claims

Verfahren zur Aktivierung einer Diagnose eines Partikelfilters (1) einer Brennkraftmaschine, bei dem eine Messung einer Temperatur nach dem Partikelfilter (1) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine ein Temperaturverlauf der gemessenen Temperatur über der Zeit ausgewertet wird, dass nach einem ersten Ansteigen der Temperatur die Temperatur für eine Verharrungsdauer (t1 - t2) in einem vorgegebenen Temperaturbereich verharrt und danach weiter ansteigt, und dass eine Diagnose des Partikelfilters (1) erst freigegeben wird wenn die Temperatur nach der Verharrungsdauer (t1 - t2) wieder ansteigt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zeitliche Länge der Verharrungsdauer (t1 - t2) ausgewertet wird und wenn die zeitliche Dauer der Verharrungsdauer (t1 - t2) einen Schwellwert überschreitet Maßnahmen zur Erhöhung eines Wärmeeintrags in den Partikelfilter (1) eingeleitet werden.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehzahl der Brennkraftmaschine erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zündwinkel der Brennkraftmaschine nach spät verschoben wird und eine Kraftstoffmenge der Brennkraftmaschine erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verharrungsdauer (t1 - t2) sehr kurz ist und das Ende der Verharrungsdauer (t1 - t2) durch ein Ansteigen der Temperatur über den Temperaturbereich festgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperaturbereich für eine Brennkraftmaschine oder einen Typ von Brennkraftmaschine empirisch ermittelt und in einer Steuereinrichtung (6) der Brennkraftmaschine gespeichert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Temperatur vor dem Partikelfilter (1) gemessen oder errechnet wird, und dass die Temperatur vor dem Partikelfilter (1) für die Aktivierung mit berücksichtigt wird.
Vorrichtung zur Aktivierung einer Diagnose eines Partikelfilters (1) einer Brennkraftmaschine, bei dem eine Messung einer Temperatur nach dem Partikelfilter (1) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (6) vorgesehen sind die nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschine ein Temperaturverlauf der gemessenen Temperatur über der Zeit auswerten, dass nach einem ersten Ansteigen der Temperatur die Temperatur für eine Verharrungsdauer (t1 - t2) in einem vorgegebenen Temperaturbereich verharrt und danach weiter ansteigt, und dass die Mittel eine Diagnose des Partikelfilters (1) erst freigeben wenn die Temperatur nach der Verharrungsdauer (t1 - t2) wieder ansteigt.