DE102018218695A1

DE102018218695A1 - Verfahren und Steuereinrichtung zur Überwachung der Funktion eines Partikelfilters

Info

Publication number: DE102018218695A1
Application number: DE102018218695.2A
Authority: DE
Inventors: Patrik Herberger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2018-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2020-04-30
Also published as: CN111120059A; US20200131972A1; US11105289B2; CN111120059B; KR20200049617A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Funktion eines Partikelfilters (12) in einem Abgaskanal (10) einer Brennkraftmaschine, wobei eine Rußemission im Abgaskanal (10) nach dem Partikelfilter (12) mit einem Partikelsensor (30) bestimmt wird, wobei eine erwartete Rußemission nach einem Grenz-Partikelfilter am Ort des Partikelsensors (30) modelliert und ein Vergleichswert ermittelt wird und wobei auf einen Gut-Partikelfilter geschlossen wird, wenn die gemessene Rußemission geringer als der Vergleichswert der modellierten Rußemission ist und auf einen Defekt-Partikelfilter geschlossen wird, wenn die gemessene Rußemission höher als der Vergleichswert der modellierten Rußemission ist, dadurch gekennzeichnet, dass als modellierte Rußemission eine modellierte Rußpartikelkonzentration am Einbauort des Partikelsensors (30) derart bestimmt wird, dass in einem Rußkonzentrations-Modell (100) eine Ruß-Basis-Konzentration (101) zumindest mit einer Sauerstoff-Korrektur (103) korrigiert wird. Die Erfindung betrifft ferner eine Steuereinrichtung (28) zur Überwachung der Funktion eines Partikelfilters in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Funktion eines Partikelfilters, insbesondere eines Dieselpartikelfilters, in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine, wobei eine Rußemission im Abgaskanal nach dem Dieselpartikelfilter mit einem Partikelsensor bestimmt wird, wobei eine erwartete Rußemission nach einem Grenz-Partikelfilter am Ort des Partikelsensors modelliert wird und wobei auf einen Gut-Partikelfilter geschlossen wird, wenn die gemessene Rußemission geringer als die modellierte Rußemission ist und auf einen Defekt-Partikelfilter geschlossen wird, wenn die gemessene Rußemission höher als die modellierte Rußemission ist.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Steuereinrichtung zur Überwachung der Funktion eines Partikelfilters, insbesondere eines Dieselpartikelfilters, in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine, wobei im Abgaskanal nach dem Partikelfilter ein Partikelsensor zur Bestimmung eines Schädigungsgrades eines Partikelfilters vorgesehen ist, wobei eine prognostizierte Zeit bis zum Erreichen eines Stromschwellwertes nach einem Grenz-Partikelfilter am Ort des Partikelsensors berechnet wird und wobei auf einen Gut-Partikelfilter geschlossen wird, wenn die gemessene Zeit bis zum Erreichen eines Stromschwellwertes größer als die prognostizierte Zeit bis zum Erreichen eines Stromschwellwertes ist und auf einen Defekt-Partikelfilter geschlossen wird, wenn die gemessene Zeit bis zum Erreichen eines Stromschwellwertes niedriger als die prognostizierte Zeit bis zum Erreichen eines Stromschwellwertes ist.
Fahrzeuge mit dieselbetriebenen Brennkraftmaschinen werden zur Einhaltung der Vorschriften hinsichtlich deren Emissionen unter anderem mit einem Dieselpartikelfilter (DPF) im Abgaskanal ausgerüstet. Die Vorschriften zur On-Board-Diagnose (OBD2) verlangen eine Überwachung der abgasrelevanten Komponenten des Fahrzeugs, so auch die Überwachung der Funktionsfähigkeit des Dieselpartikelfilters. Mit der Absenkung der OBD-Grenzwerte für die Partikelemission (CARB.Gesetzgebung MY13 : 17,5 mg/mi; Europäische Gesetzgebung Euro6-2 : 12mg/km; Europäische Gesetzgebung EUVI-C : 25mg/kWh) ist die Überwachung in vielen Fällen nicht mehr durch eine Überwachung des Differenzdrucks über dem Dieselpartikelfilter möglich sondern es muss ein Partikelsensor hinter dem Dieselpartikelfilter eingesetzt werden. Im Fall eines defekten Dieselpartikelfilters lagern sich Rußpartikel bei einem typischen Partikelsensor auf zwei kammförmig ineinandergreifenden Elektroden des Partikelsensors ab und führen durch deren elektrische Leitfähigkeit zu einer Abnahme des elektrischen Widerstands zwischen den Elektroden. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung kann somit ein elektrischer Strom gemessen werden. Ab einem Schwellwert der Rußbelegung steigt der Strom mit Zunahme der Rußbelegung an. Steigt der Strom innerhalb einer vorgegebenen Belegungsdauer über einen Schwellwert an, wird von einem im Sinne der OBD2-Gesetzgebung defekten Partikelfilter ausgegangen. Zum Start eines neuen Messzyklus wird der Partikelsensor erhitzt und die gesammelten Rußpartikel werden abgebrannt.
Bedingt durch das Funktionsprinzip des sammelnden Partikelsensors kann dieser nicht direkt die Rußkonzentration im Abgas messen. Es wird hingegen eine Zeit gemessen, bis der elektrische Strom am Partikelsensor über einen Schwellwert angestiegen ist. Diese gemessene Zeit wird mit einer prognostizierten Zeit aus einem Vergleichsmodell verglichen. Dieses Vergleichsmodell hat unter anderem die Rußpartikelkonzentration im Abgasstrom als Eingangsgröße. Eben diese Rußkonzentration wird durch ein weiteres Modell gebildet, welches in Abhängigkeit von Parametern wie einem Motorbetriebspunkt, einer Sauerstoffkonzentration im Abgas und/oder einer Abgasrückführungsrate (AGR-Rate) einen Rußpartikelmassenstrom nach einem im Sinne der OBD-Vorschriften grenzwertigen Dieselpartikelfilter ausgibt. In der DPF-Diagnosefunktion wird aus diesem Rußpartikelmassenstrom eine Rußpartikelkonzentration für das Vergleichsmodell umgerechnet. Auf diesem Weg kann mit Hilfe der Diagnosefunktion ermittelt werden, ob ein Defekt-DPF oder ein Gut-DPF vorliegt.
Aus der DE102014 206252 B4 ist ein Verfahren zum Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit eines im Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges angeordneten Dieselpartikelfilters mit den folgenden Schritten bekannt:

Durchführen eines Emissionstestes mit dem Fahrzeug und Messen der Partikelemission mithilfe eines dem Partikelfilter nachgeschalteten Partikelsensors bei einem ersten festgelegten Emissionsgrenzwert zum Erhalt eines ersten Partikelmodellwertes (RM1);
Durchführen eines Emissionstestes mit dem Fahrzeug und Messen der Partikelemission mithilfe des Partikelsensors bei einem zweiten festgelegten Emissionsgrenzwert zum Erhalt eines zweiten Partikelmodellwertes (RM2);
Messen der Partikelemission im Betrieb des Fahrzeuges mithilfe des Partikelsensors und Erhalten eines Partikelemissionsmesswertes (R);
Ermitteln eines Diagnosewertes (FAC_NOM) nach der Formel ${FAC}_{NOM} = \frac{R - R_{M1}}{R_{M2} - R_{M1}};$

Vergleichen des erhaltenen Diagnosewertes (FAC_NOM) mit einem festgelegten Grenzwert; und Einstufen des Dieselpartikelfilters als intakt, wenn der Diagnosewert unter dem Grenzwert liegt, und als geschädigt, wenn der Diagnosewert über dem Grenzwert liegt, wobei der erste festgelegte Emissionsgrenzwert dem EU6-Dieselpartikel-Emissionsgrenzwert (ELimit-DPF) und der zweite festgelegte Emissionsgrenzwert dem EU6-On-Board-Diagnose-Grenzwert (OBDLimit-DPF) entspricht.
Die Schrift DE102013 206 451 A1 beschreibt ein Verfahren zur Überwachung der Filterfähigkeit eines im Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges angeordneten Partikelfilters mit den folgenden Schritten:

Durchführen einer ersten Diagnosephase durch Ermitteln eines Effizienzwertes des Partikelfilters und Vergleichen desselben mit einem Erwartungswert;
bei Erreichen oder Unterschreiten des Erwartungswertes durch den Effizienzwert Setzen eines Fehlerverdachtes;
bei Setzen eines Fehlerverdachtes Erhöhen der Partikelemissionen im Abgas des zugehörigen Kraftfahrzeugmotors und hierdurch Verringerung der Streuung des ermittelten Filtereffizienzwertes; und
Durchführen einer zweiten Diagnosephase analog zur ersten Diagnosephase.

Die Schrift DE102013 206 391 A1 beschreibt ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugmotors angeordneten Partikelfilters mit den folgenden Schritten:

Messen der Partikelkonzentration (c_1) im Abgas stromab des Partikelfilters an einem ersten Betriebspunkt;
Ermitteln des Filterwirkungsgrades (eff_1) aus der gemessenen Partikelkonzentration (c_1) und der modellierten Partikelkonzentration stromauf des Partikelfilters; Wechseln des Betriebspunktes des Motors auf einen zweiten Betriebspunkt, so dass die Partikelemissionen stromauf des Partikelfilters stark ansteigen;
Messen der Partikelkonzentration (c_2) im Abgas stromab des Partikelfilters am zweiten Betriebspunkt;
Ermitteln des Filterwirkungsgrades (eff_2) am zweiten Betriebspunkt analog zur Vorgehensweise am ersten Betriebspunkt;
Ermitteln der absoluten Differenz zwischen den Filterwirkungsgraden (eff_1 und eff_2); und
Feststellen eines Offset-Fehlers, wenn die absolute Differenz zwischen den Filterwirkungsgraden (eff_1 und eff_2) eine festgelegte Schwelle überschreitet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, welches durch Verwendung eines einfacher zu bedatenden Rußmodells eine vereinfachte Diagnose der Funktionsfähigkeit eines Partikelfilters, insbesondere eines Dieselpartikelfilters, ermöglicht.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Steuereinrichtung bereitzustellen.
Offenbarung der Erfindung
Die das Verfahren betreffende Aufgabe der Erfindung wird dadurch gelöst, dass als modellierte Rußemission eine modellierte Rußpartikelkonzentration am Einbauort des Partikelsensors bestimmt wird. Durch den Modellansatz wird eine mehrfache Umwandlung von Rußkonzentrationen zu Rußmassenströmen und zurück zu Rußkonzentrationen vermieden. Ein Risiko eines Datenverlustes durch die Umwandlungsschritte kann zudem vermieden werden. Die Diagnose der Funktionsfähigkeit des Dieselpartikelfilters wird somit vereinfacht. Ein weiterer Vorteil der durchgängigen Verwendung von Konzentrationswerten ist eine gute Korrelation zwischen der Rußkonzentration mit anderen Abgasgrößen, die einen Modellansatz vereinfacht. Dies wirkt sich vorteilhaft in einer Verringerung der Anzahl der Kennlinien und Kennfelder, und im Übrigen des gesamten Rechenaufwands, aus. Das Vorgehen reduziert daher den Bedatungsaufwand und die Rechendauer.
Dadurch, dass die modellierte Rußpartikelkonzentration bei der Aufstellung des Modells mit Rußkonzentrationsdaten bedatet wird, können die in der Referenzmesstechnik typischerweise verwendeten Geräte wie beispielhaft ein Micro-Soot-Sensor (MSS) eingesetzt werden, die Rußkonzentrationen bestimmen, ohne dass deren Ausgabewerte von Konzentrationen in Rußmassen umgewandelt werden müssen.
Eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung bzw. Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen. In der Steuereinrichtung kann ein Programmablauf oder ein Schaltkreis zur Modellierung einer Rußpartikelkonzentration als modellierte Rußemission am Einbauort des Partikelsensors vorgesehen sein. Durch den verminderten Rechenaufwand kann die Steuereinheit in Ihrer Struktur vereinfacht werden.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form eines Computerprogramms ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Abgassystems gemäß dem Stand der Technik;
2 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Abgassystems; und
3 ein Verfahren basierend auf einem Rußkonzentrations-Modell gemäß der Erfindung.

Stand der Technik ist die Rußmodellierung auf Basis von Rußpartikelmassenströmen nach unterschiedlichen Ansätzen. Nachteilig an diesem Vorgehen ist, dass eine doppelte Umwandlung einer Konzentration, die typischerweise messtechnisch ermittelt wird, zu einem Massenstrom, der sich modelbasiert ergibt, zurück zu einer Konzentration, die Grundlage einer Diagnosefuntion zur Bewertung Gut-DPF oder Defekt-DPF ist, erforderlich ist. Dies ist rechenzeitaufwändig und birgt das Risiko von Datenverlust bei den Umwandlungen.
In 1 wird ein Abgassystem 10 mit einem Partikelfilter 12 und einem Endschalldämpfer 14 schematisch dargestellt. Abgase von einer Brennkraftmaschine (nicht dargestellt) werden durch eine Abgaszuführung 16 dem Partikelfilter 12 zugeleitet, durchströmen den Partikelfilter 12, durchströmen danach ein Abgasverbindungsrohr 18, dann den Endschalldämpfer 14 und werden dann durch die Abgasabführung 20 an die Umwelt abgegeben. Bei modernen Brennkraftmaschinen erfolgt die Verbrennung in der Regel mit einem Kraftstoff-Luft Gemisch bei dem das Auftreten von Rußpartikel nicht immer verhindert werden kann. Durch das Durchströmen durch den Partikelfilter 12 werden im Abgas enthaltene Rußpartikel aus dem Abgasstrom herausgefiltert, so dass dem Endschalldämpfer 14 durch das Abgasverbindungsrohr 18 nur Abgas zugeführt wird, welches weitgehend partikelfrei ist. Im Endschalldämpfer 14 erfolgt dann eine akustische Dämpfung, damit die Abgase beim Austritt durch die Abgaswegführung 20 nur einen geringen bzw. zumindest verringerten Geräuschpegel erzeugen.
Um zu erkennen, wie viele Rußpartikel bereits in dem Partikelfilter 12 durch Filterung aus dem Abgas gespeichert wurden, ist ein Differenzdrucksensor 22 vorgesehen. Durch Auswertung des Differenzdruckes vor und nach dem Partikelfilter 12 im Abgasstrom kann beurteilt werden, wie viele Rußpartikel bzw. Rußmasse bereits in dem Partikelfilter 12 enthalten sind, da die in dem Partikelfilter 12 enthaltenen Rußpartikel bzw. Rußmasse, den für die Durchströmung zur Verfügung stehenden Querschnitt verringern und somit der Druckabfall über dem Partikelfilter 12 ein Maß für die Beladung, d.h. für die Menge der im Partikelfilter 12 enthaltenden Rußpartikel bzw. Rußmasse ist. Eine direkte Messung der Beladung des Partikelfilters ist teilweise schwierig da beispielsweise bei Benzinmotoren die Druckdifferenz nur gering ist und aufgrund der sich kontinuierlich wechselnden Betriebsbedingungen die kleinen Druckdifferenzen nur schwer messen lassen.
Der Differenzdrucksensor 22 ist zur Messung der Druckdifferenz mit einer ersten Druckleitung 24 mit der Abgaszuführung 10 vor dem Partikelfilter und mit einer zweiten Druckleitung 26 mit dem Abgasverbindungsrohr 18 nach dem Partikelfilter 12 verbunden. Der Differenzdrucksensor 22 enthält eine Membran, deren Auslenkung von dem relativen Druck in der ersten Druckleitung 24 und der zweiten Druckleitung 26 abhängt und erzeugt ein entsprechendes Differenzdrucksignal, welches an eine Steuereinrichtung 28 zur Auswertung weitergeleitet wird. Wenn aufgrund der Auswertung der Signale des Differenzdrucksensors 22 festgestellt wird, dass der Partikelfilter 12 eine große Menge an Rußpartikeln enthält, so kann abhängig von weiteren Randbedingungen ein Regenerationsprozess eingeleitet werden, bei dem die in dem Partikelfilter 12 enthaltene Rußpartikel durch eine Oxidation verbrannt werden, d.h. in gasförmiger Produkte überführt werden. Alternativ oder kumulativ kann über den Differenzdruck erkannt werden, ob ein Partikelfilter defekt oder nicht defekt ist.
Des Weiteren ist in 2 ein weiteres Abgassystem 11 gezeigt. Die zum Abgassystem 10 gleichen oder gleichwertigen Komponenten wurden jeweils mit der gleichen Bezugsziffer bezeichnet. Das Abgassystem 11 kann einen Differenzdrucksensor 22 mit den entsprechenden Druckleitungen 24 und 26 aufweisen (gestrichelt dargestellt). Das Abgassystem 11 weist zudem im Abschnitt 18 einen Partikelsensor 30 auf, der zur Überwachung der Funktion des Partikelfilters 12 diesem nachgelagert im Abgaskanal angeordnet ist.
Der Partikelsensor 30 ist mit der Steuereinrichtung 28 zum Austausch von Daten und zur Überwachung der Funktion des Partikelfilters 12 verbunden. Unter Heranziehung der mittels des Partikelsensors 12 erhobenen Daten, kann im Rahmen eines Verfahrens 100, das in der Steuereinrichtung 28 implementiert sein kann und das nachfolgend näher erläutert wird, ein Schädigungsgrad des Partikelfilters 12 ermittelt werden, wobei eine prognostizierte Zeit bis zum Erreichen eines Stromschwellwertes nach einem Grenz-Partikelfilter am Ort des Partikelsensors 12 berechnet wird und wobei auf einen Gut-Partikelfilter geschlossen wird, wenn die gemessene Zeit bis zum Erreichen eines Stromschwellwertes größer als die prognostizierte Zeit bis zum Erreichen eines Stromschwellwertes ist und auf einen Defekt-Partikelfilter geschlossen wird, wenn die gemessene Zeit bis zum Erreichen eines Stromschwellwertes niedriger als die prognostizierte Zeit bis zum Erreichen eines Stromschwellwertes ist.
Insbesondere Fahrzeuge mit dieselbetriebenen Brennkraftmaschinen werden zur Einhaltung der Vorschriften hinsichtlich deren Emissionen unter anderem mit einem Dieselpartikelfilter (DPF) im Abgaskanal ausgerüstet. Jedoch können auch Fahrzeuge mit Ottomotoren mit Partikelfiltern und entsprechender Diagnostik ausgestattet werden. Die Vorschriften zur On-Board-Diagnose (OBD2) verlangen eine Überwachung der abgasrelevanten Komponenten des Fahrzeugs, so auch die Überwachung der Funktionsfähigkeit des Dieselpartikelfilters. Mit der Absenkung der OBD-Grenzwerte für die Partikelemission (CARB.Gesetzgebung MY13 : 17,5 mg/mi; Europäische Gesetzgebung Euro6-2 : 12mg/km; Europäische Gesetzgebung EUVI-C : 25mg/kWh) ist die Überwachung alleine auf Grundlage des Differenzdrucks über dem Partikelfilter 12 nicht mehr ausreichend sondern es erfordert alternativ oder kumulativ den Partikelsensor 30, der dem Partikelfilter 12 stromab nachgelagert ist.
Im Fall eines defekten Partikelfilters 12 lagern sich Rußpartikel bei einem typischen Partikelsensor 30 auf zwei kammförmig ineinandergreifenden Elektroden 32 a,b des Partikelsensors 30 a,b ab und führen durch deren elektrische Leitfähigkeit zu einer Abnahme des elektrischen Widerstands zwischen den Elektroden 32 a,b. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung kann somit ein elektrischer Strom gemessen werden, der abhängig vom Beladungszustand der Elektroden mit Rußpartikeln ist. Ab einem Schwellwert der Rußbelegung der Elektroden 32 a,b steigt der Strom mit Zunahme der Rußbelegung an. Steigt der Strom innerhalb einer vorgegebenen Belegungsdauer über einen Schwellwert an, wird von einem im Sinne der OBD2-Gesetzgebung defekten Partikelfilter ausgegangen. Zum Start eines neuen Messzyklus wird der Partikelsensor 30 erhitzt und die auf den Elektroden 32 a,b gesammelten Rußpartikel werden abgebrannt.
Bedingt durch das Funktionsprinzip des sammelnden Partikelsensors 30 kann dieser nicht direkt die Rußkonzentration im Abgas messen. Es wird hingegen eine Zeit gemessen, bis der elektrische Strom am Partikelsensor 30 über einen Schwellwert angestiegen ist. Dieser Relation gleichwertig wäre auch eine entsprechende Änderung des Widerstands oder ein entsprechender Spannungsabfall über den Elektroden 32 a,b des Partikelsensors 30. Diese gemessene Zeit wird mit einer prognostizierten Zeit aus einem Vergleichsmodell verglichen. Dieses Vergleichsmodell hat unter anderem die Rußpartikelkonzentration im Abgasstrom als Eingangsgröße. Eben diese Rußkonzentration wird durch ein weiteres Modell gebildet, welches in Abhängigkeit von Parametern wie Motorbetriebspunkt, Sauerstoffkonzentration im Abgas und/oder Abgasrückführungsrate (AGR-Rate) und/oder eine Rußkonzentration oder einen Rußpartikelmassenstrom nach einem im Sinne der OBD-Vorschriften grenzwertigen Partikelfilter ausgibt. Hierbei kann die Sauerstoffkonzentration im Abgas insbesondere mittels einer Lambda Sonde 34 und die AGR Rate über einen entsprechenden Massen- oder Volumenstromstromsensor (nicht dargestellt) erfasst werden. In der Partikelfilter-Diagnosefunktion wird aus diesem Rußpartikelmassenstrom eine Rußpartikelkonzentration für das Vergleichsmodell errechnet. Auf diesem Weg kann mit Hilfe der Diagnosefunktion, die die erfindungsgemäße Vergleichsfunktion aufweist, ermittelt werden, ob ein Defekt-Partikelfilter oder ein Gut-Partikelfilter vorliegt. Dieses Verfahren ist nachfolgend näher erläutert.
3 zeigt ein erfindungsgemäßes Rußkonzentrations-Modell 100. Das Rußkonzentrations-Modell 100 dient einem Vergleichsmodell als Eingangsgröße zur Überwachung der Funktion des Partikelfilters 12 und zum Entscheid, ob der Partikelfilter 12 ein Defekt-Partikelfilter oder ein Gut-Partikelfilter ist. Im Rahmen dieses Rußkonzentrationsmodells 100 werden mehrere Verknüpfungen 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114 herangezogen. Diese Verknüpfungen 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114 sind grundsätzlich optional miteinander verknüpfbar. Mittels des Models wird als Vergleichswert eine korrigierte Rußkonzentration 102 nach einem Grenz-Partikelfilter bestimmt.
In dem Rußkonzentrations-Modell 100 wird eine Ruß-Basis-Konzentration 101 in einer ersten Verknüpfung 102 durch eine Sauerstoff-Korrektur 103 additiv korrigiert, die die Sauerstoff-Konzentration im Abgas berücksichtigt. Die Ruß-Basis-Konzentration 101 entspricht den stationären Ruß-Emissionen an der Einbauposition des zur Überwachung des Diesel-Partikelfilters eingesetzten Partikelsensors. Die Sauerstoff-Korrektur 103 berücksichtigt Abweichungen einer modellierten, erwarteten Sauerstoff-Konzentration von einer im Abgas mit der Lambdasonde gemessenen oder aus einem Sauerstoff-Signal eines Stickoxid-Sensors bestimmten Sauerstoff-Konzentration. Diese Abweichungen beeinflussen die Rußemission, so dass vorgesehen ist, die Rußkonzentration im Rußkonzentrations-Modell 100 in Abhängigkeit von der Differenz zwischen aktueller und erwarteter Sauerstoff-Konzentration im Abgas sowie einer in die Brennkraftmaschine eingespritzten Kraftstoffmenge mittels eines Sauerstoffkorrekturfaktors 103a in einem ersten Kennfeld zu korrigieren und bei Bedarf auf vorbestimmte Bereiche, die Abhängig von aktueller AGR-Rate und Drehzahl sind, zu beschränken.
In einer zweiten Verknüpfung 104 erfolgt eine additive Rauchgrenzen-Korrektur 105. Diese Rauchgrenzen-Korrektur 105 berücksichtigt die Tatsache, dass sich die Rußemissionen deutlich erhöhen können, wenn sich der Betriebspunkt des Motors der sogenannten Rauchgrenze annähert. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn ein niedrig motorisiertes Fahrzeug mit hoher Last eine Steigung hinauffährt.
Im Rahmen einer Ermittlung wird zunächst die Differenz zwischen maximal möglicher Kraftstoffmenge bei Erreichen der Rauchgrenze und der aktuell eingespritzten Kraftstoffmenge gebildet. Die maximal mögliche Kraftstoffmenge bei Erreichen der Rauchgrenze kann im Rahmen eines Kennfeldes in einem Steuergerät oder der Steuereinrichtung 28 hinterlegt sein. Je näher man sich der Rauchgrenze nähert, desto kleiner wird diese Differenz. Diese Differenz ist neben Lambda, das mittels des Lambda-Sensors 34 und/oder modellbasiert bestimmt werden kann, die Eingangsgröße für ein Kennfeld, das einen Korrekturfaktor 105a ausgibt. Dieser Korrekturfaktor 105a kann wiederum mit einem weiteren Faktor, welcher abhängig vom jeweiligen Motorbetriebspunkt, Drehzahl und der Einspritzmenge und/oder der Last, ist, multipliziert werden. Die zuvor genannten Kenngrößen der Motorbetriebspunkte können insbesondere der Motorsteuerung entnommen werden. Somit kann, abhängig vom Motorbetriebspunkt, auf kleine Unterschiede im Lambda und auf den Abstand von der Rauchgrenze die modellierte Rußkonzentration korrigiert werden. Dies ist insbesondere bei kleinen Lambdas relevant, da hier kleine Unterschiede in großen Änderungen der Rußemissionen resultieren.
Das Ergebnis der zweiten Verknüpfung 104 bzgl. der Rauchgrenzkorrektur 105 kann in einer dritten Verknüpfung 106 mittels einer Umgebungsparameter-Korrektur 107 multiplikativ korrigiert werden. Hierbei können insbesondere die Umgebungstemperatur und/oder der Umgebungsluftdruck berücksichtigt werden. Der Korrekturfaktor 107a wird in Abhängigkeit des jeweiligen Motorbetriebspunkts, der insbesondere anhand der Drehzahl und der eingespritzten Kraftstoffmenge oder der Last der Brennkraftmaschine ermittelt wird, und der Umgebungsbedingungen, insbesondere der Umgebungstemperatur und/oder des Umgebungsluftdrucks, ermittelt. Die zuvor genannten Parameter können entweder in einem Kennfeld verfügbar sein und mit dem entsprechenden Korrekturfaktor 107a verknüpft sein, oder der Korrekturfaktor 107a kann im Rahmen eines Modells, insbesondere in einem Steuergerät, ermittelt werden.
In einer vierten Verknüpfung 108 wird additiv eine Dynamik-Korrektur 109 vorgenommen, die den aktuellen Motorbetriebspunkt berücksichtigt. Für die Dynamik-Korrektur 109 wird der Gradient einer Kraftstoff-Einspritzmenge und eines Motordrehmoments gebildet und mit einer Motordrehzahl einem vierten Kennfeld zugeführt, welches die modellierte Rußkonzentration mittels eines Dynamik-Korrekturfaktors 109a korrigiert. Alternativ oder kumulativ zum Drehmoment kann auch der Gradient eines Drehmoments verwendet werden. Weiterhin können auch ein Drehzahlgradient und Umgebungsbedingungen wie Umgebungsluftdruck, Umgebungstemperatur, Kühlwassertemperatur, Abgas-Rückführungs-Rate und/oder ein Lambdawert multiplikativ in der Dynamikkorrektur berücksichtigt werden.
Das Ergebnis der vierten Verknüpfung 108 kann in einer fünften Verknüpfung 110 multiplikativ mit einer AGR-Korrektur 111 weiter korrigiert werden. Hierbei wird die Abgas-Rückführ-Rate (AGR-Rate), welche im Steuergerät als Größe verfügbar ist, berücksichtigt. Der AGR-Korrekturfaktor 111a zur Korrektur der modellierten Rußemissionen bzw. Ruß-Basis-Konzentration zur DPF-Diagnose wird auf Basis der aktuellen Gesamt-AGR-Rate und der Umgebungstemperatur ermittelt. Der daraus resultierende AGR-Korrekturfaktor 111a kann im Folgenden durch Kennlinien in Abhängigkeit von Umgebungsdruck, Luftfeuchte und Motortemperatur weiter korrigiert werden.
Das Ergebnis der fünften Verknüpfung 110 kann weiter in einer sechsten Verknüpfung 112 multiplikativ mit einer Niederdruck-AGR-Korrektur 113 weiter korrigiert werden. Hierbei wird ein etwaiger zusätzlicher Niederdruck-AGR-Anteil, welche im Steuergerät als Größe verfügbar ist, berücksichtigt. Ein entsprechender Niederdruck-AGR-Korrekturfaktor 113a zur Korrektur der modellierten Rußemissionen kann kennfeld- oder modelbasiert unter Heranziehung der Gesamt-AGR-Rate und des Niederdruck-AGR-Anteils ermittelt werden.
Das Ergebnis der Verknüpfung 112 wird in einer siebten Verknüpfung 114 multiplikativ mit einem Korrektur-Faktor 115a aus der Motorbetriebsartenkorrektur 115 korrigiert. Diese Korrekturroutine fragt, insbesondere im Motorsteuergerät, die aktuelle Motorbetriebsart ab und vergleicht diese mit einer applizierbaren Bitmaske. Die Bitmaske ist ein Array in dem pro Array Platz ein Wert eingetragen werden kann. Stimmen applizierter Wert aus der Maske und aktuelle Betriebsart überein, so wird der Wert ausgegeben, an welcher Stelle die Betriebsarten (applizierte und aktuell auftretende) übereinstimmen. Es können vorliegend 6, grundsätzlich jedoch beliebig viele unterschiedliche Betriebsarten miteinander verglichen werden. Somit können dann bei den verschiedenen Motorbetriebsarten Korrekturfaktoren ausgegeben werden, die abhängig von Drehzahl und Einspritzmenge/Last sind. Die Funktion schaltet dann, je nach Motorbetriebsart auf das entsprechende Korrekturkennfeld, um und gibt den Korrekturfaktor aus.
Zur Glättung des Ausgangssignals kann das Ergebnis aus den jeweiligen Verknüpfungen 102, 104, 106, 108, 110, 112, 114 mit einem Tiefpaß 1. Ordnung (PT1-Glied) gefiltert werden. Das Ergebnis ist die korrigierte Rußkonzentration 120.
In einer Diagnosefunktion 130 wird die korrigierte Rußkonzentration 120 nach einem Grenz-Partikelfilter mit der im Abgas nach dem Partikelfilter bestimmten Rußkonzentration verglichen. So kann in der Diagnosefunktion 130 ermittelt werden, ob ein Defekt-Partikelfilter oder ein Gut-Partikelfilter vorliegt. Eine mehrfache Umwandlung von Konzentration zu Massenstrom zu Konzentration, wie typischerweise im Stand der Technik üblich, wird so vermieden.
Grundsätzlich versteht sich, dass die im Rahmen des Verfahrens dargestellten einzelnen Korrekturschritte und die jeweiligen Korrekturfaktoren alternativ oder kumulativ zur Korrektur verwendbar sind. Das bedeutet, dass jeder dieser Schritte auf die noch unkorrigierte Ruß-Basis-Konzentration (101) oder auf die durch bereits zumindest einen der Schritte korrigierte Ruß-Basis-Konzentration (101) anwendbar ist.
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 102014206252 B4 [0005]
DE 102013206451 A1 [0007]
DE 102013206391 A1 [0008]

Claims

Verfahren zur Überwachung der Funktion eines Partikelfilters (12) in einem Abgaskanal (10) einer Brennkraftmaschine, wobei eine Rußemission im Abgaskanal (10) nach dem Partikelfilter (12) mit einem Partikelsensor (30) bestimmt wird, wobei eine erwartete Rußemission nach einem Grenz-Partikelfilter am Ort des Partikelsensors (30) modelliert und ein Vergleichswert ermittelt wird und wobei auf einen Gut-Partikelfilter geschlossen wird, wenn die gemessene Rußemission geringer als der Vergleichswert der modellierten Rußemission ist und auf einen Defekt-Partikelfilter geschlossen wird, wenn die gemessene Rußemission höher als der Vergleichswert der modellierten Rußemission ist, dadurch gekennzeichnet, dass als modellierte Rußemission eine modellierte Rußpartikelkonzentration am Einbauort des Partikelsensors (30) derart bestimmt wird, dass in einem Rußkonzentrations-Modell (100) eine Ruß-Basis-Konzentration (101) zumindest mit einer Sauerstoff-Korrektur (103) korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung der gemessenen Rußemission und der erwarteten Rußemission zeitbasiert anhand einer Strom und/oder Spannungscharakteristik des Partikelsensors (30) erfolgt, wobei eine prognostizierte Zeit bis zum Erreichen eines Stromschwellwertes nach einem Grenz-Dieselpartikelfilter am Ort des Partikelsensors (30) berechnet wird und wobei auf einen Gut-Dieselpartikelfilter geschlossen wird, wenn die gemessene Zeit bis zum Erreichen eines Stromschwellwertes größer als die prognostizierte Zeit bis zum Erreichen eines Stromschwellwertes ist und auf einen Defekt-Dieselpartikelfilter geschlossen wird, wenn die gemessene Zeit bis zum Erreichen eines Stromschwellwertes niedriger als die prognostizierte Zeit bis zum Erreichen eines Stromschwellwertes ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erstellung der modellierten Rußpartikelkonzentration im Rußkonzentrations-Modell (100) Rußkonzentrationsdaten, insbesondere mittels des Partikelsensors (30) ermittelte Rußkonzentrationsdaten, herangezogen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Sauerstoff-Korrektur (103), eine Sauerstoffkonzentration im Abgas berücksichtigt, wobei die Sauerstoffkonzentration im Abgas sensorbasiert und/oder modelbasiert ermittelt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiter eine Rauchgrenzen-Korrektur (105) vorgenommen wird, wobei die Differenz zwischen maximal möglicher Kraftstoffmenge bei Erreichen der Rauchgrenze und der aktuell eingespritzten Kraftstoffmenge als Rauchgrenzen-Korrekturfaktor (105a) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei zudem die Sauerstoffkonzentration im Abgas beim Ermitteln des Rauchgrenzen-Korrekturfaktors (105a) berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Rauchgrenzen-Korrekturfaktor (105a) mit einem weiteren Faktor multipliziert wird, der abhängig von einem jeweiligen Motorbetriebspunkt, insbesondere der Drehzahl und-der Einspritzmenge oder Last der Brennkraftmaschine, ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Umgebungsparameter-Korrektur (107) vorgenommen wird, wobei ein Umgebungsluftdruck und/oder eine Umgebungstemperatur ermittelt wird, wobei ein weiterer Korrekturfaktor (107a) ermittelt wird, der in Abhängigkeit des Motorbetriebspunkts und wenigstens einer Kennlinie für Umgebungsluftdruck und/oder Umgebungstemperatur ermittelt wird, und mittels dem die Ruß-Basis-Konzentration (101) korrigiert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Dynamik-Korrektur (109) derart vorgenommen wird, dass auf Basis eines Gradienten einer Kraftstoff-Einspritzmenge und eines Motordrehmoments ein Dynamik-Korrekturfaktor (109a) ermittelt wird, mittels dem die Ruß-Basis-Konzentration (101) weiter korrigiert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine AGR-Korrektur (111) derart vorgenommen wird, dass auf Basis der aktuellen Gesamt-AGR-Rate und der Umgebungstemperatur ein AGR-Korrekturfaktor (lila) ermittelt wird, mittels dem die Ruß-Basis-Konzentration (101) weiter korrigiert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Niederdruck-AGR-Korrektur (113) derart vorgenommen wird, dass in Abhängigkeit eines Niederdruck-AGR-Anteils ein Niederdruck-AGR-Korrekturfaktor (113a) gebildet wird, mittels dem die Ruß-Basis-Konzentration (101) weiter korrigiert wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei derart eine Motorbetriebsarten-Korrektur (115) vorgenommen wird, dass in Abhängigkeit einer gewählten Betriebsart der Brennkraftmaschine, die vorzugsweise durch Abfrage eines Motorsteuergeräts ermittelt wird, eine Motorbetriebsarten-Korrekturfaktor (115a) ermittelt wird, mittels dem die Ruß-Basis-Konzentration (101) weiter korrigiert wird.
Steuereinrichtung (28) zur Überwachung der Funktion eines Partikelfilters in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine, die dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm, das eine Steuereinrichtung (28) dazu veranlasst, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen, wenn es auf der Steuereinrichtung (28) ausgeführt wird.
Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 14.