DE102020202551A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose eines in einem Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs angeordneten beschichteten Partikelfilters - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose eines in einem Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs angeordneten beschichteten Partikelfilters Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines in einem Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs angeordneten beschichteten Partikelfilters, bei welchem die folgenden Schritte durchgeführt werden:
- Erkennen der Notwendigkeit einer Partikelfilterregeneration,
- Ermittlung eines ersten Diagnosewertes nach dem Erkennen der Notwendigkeit einer Partikelfilterregeneration und vor einer Einleitung der
Partikelfilterregeneration,
- nach der Ermittlung des ersten Diagnosewertes Durchführen der Partikelfilterregeneration,
- Ermittlung eines zweiten Diagnosewertes nach durchgeführter Partikelfilterregeneration,
- Ermittlung einer Differenz zwischen den beiden ermittelten Diagnosewerten,
- Vergleich der ermittelten Differenz mit einem Schwellenwert und
- Erkennen eines Partikelfilterdefektes, wenn die ermittelte Differenz den Schwellenwert übersteigt.
Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Diagnose eines in einem Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs angeordneten beschichteten Partikelfilters.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose eines in einem Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs angeordneten beschichteten Partikelfilters.
  • Es ist bekannt, im Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs einen beschichteten Partikelfilter anzuordnen, um Schadstoffe in dem an die Umgebung des Kraftfahrzeugs ausgegebenen Abgas zu reduzieren. Bei einem derartigen beschichteten Partikelfilter kann es sich um einen beschichteten Dieselpartikelfilter handeln, welcher auch unter der Kurzbezeichnung SDPF bekannt ist. Ein derartiger Dieselpartikelfilter vereinigt die Funktionalitäten eines SCR-Katalysators und eines Dieselpartikelfilters. Er reduziert sowohl die Stickoxidemissionen NOx als auch die Rußemissionen des Kraftfahrzeugs.
  • Gemäß gesetzlicher Vorgaben müssen Partikelfiltersysteme so genau überwacht werden, dass Defekte, welche eine Überschreitung vorgegebener Grenzwerte verursachen, rechtzeitig erkannt werden, um geeignete Gegenmaßnahmen ergreifen zu können. Eine Fehlererkennung in einem Partikelfiltersystem erfordert eine möglichst genaue Messung der Filterbeladung mit Ruß.
  • Aus der DE 10 2008 031 646 B4 ist ein Verfahren zur Erkennung eines Defekts eines Partikelfilters eines Kraftfahrzeugs durch eine Messung der Partikelbeladung des Filters bekannt, bei welchem über Rechenmodelle die Partikelemission des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs abgeschätzt und der Verlauf der Filterbeladung berechnet wird, die Filterbeladung direkt gemessen wird, die berechnete und die gemessene Beladung verglichen werden, wobei bei einem frischen oder regenerierten Filter der berechnete Verlauf der Filterbeladung mit dem gemessenen Verlauf der Filterbeladung verglichen wird, um die Rechenmodelle an den gemessenen Verlauf anzupassen, und aus einem Unterschied des Verlaufs zwischen berechneter und gemessener Beladung ein Defekt des Partikelfilters erkannt wird.
  • Des Weiteren ist es bereits bekannt, die Effizienz eines beschichteten Dieselpartikelfilters unter Verwendung der Ausgangssignale von PM-Sensoren (Feinstaubsensoren) oder von Stickoxidsensoren (NOx-Sensoren) zu ermitteln.
  • Ferner ist es bereits bekannt, die ermittelte Beladung eines Partikelfilters mit einem vorgegebenen Schwellenwert zu vergleichen und in dem Falle, dass die ermittelte Beladung des Partikelfilters den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, eine Partikelfilterregeneration durchzuführen. Zu einer derartigen Partikelfilterregeneration ist es notwendig, den Partikelfilter auf eine hohe Temperatur aufzuheizen, die im Bereich von 600°C liegt, so dass die Schadstoffpartikel, die sich im Partikelfilter angesammelt haben, verbrannt werden.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Diagnose eines in einem Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs angeordneten beschichteten Partikelfilters zu verbessern.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 - 13 angegeben. Eine Vorrichtung zur Diagnose eines in einem Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs angeordneten beschichteten Partikelfilters ist Gegenstand des Patentanspruchs 14.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Diagnose eines in einem Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs angeordneten beschichteten Partikelfilters werden die folgenden Schritte durchgeführt:
    • - Erkennen der Notwendigkeit einer Partikelfilterregeneration,
    • - Ermittlung eines ersten Diagnosewertes nach dem Erkennen der Notwendigkeit einer Partikelfilterregeneration und vor einer Einleitung der Partikelfilterregeneration,
    • - nach der Ermittlung des ersten Diagnosewertes Durchführen der Partikelfilterregeneration,
    • - Ermittlung eines zweiten Diagnosewertes nach durchgeführter Partikelfilterregeneration,
    • - Ermittlung einer Differenz zwischen den beiden ermittelten Diagnosewerten,
    • - Vergleich der ermittelten Differenz mit einem Schwellenwert und
    • - Erkennen eines Partikelfilterdefektes, wenn die ermittelte Differenz den Schwellenwert übersteigt.
  • Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass das beanspruchte Verfahren eine Zuordnung des erkannten Partikelfilterdefektes zur Ursache des Partikelfilterdefektes erlaubt. Insbesondere erlaubt das beanspruchte Verfahren eine Zuordnung des erkannten Partikelfilterdefektes zu einer durchgeführten Partikelfilterregeneration. So kann es bei einer Partikelfilterregeneration bei einem Auftreten einer Übertemperatur dazu kommen, dass das Material des Partikelfilters teilweise schmilzt und es zu Rissen im Material kommt, aufgrund welcher in einem nachfolgenden Betrieb des Partikelfilters dessen Filterwirkungsgrad herabgesetzt ist und beispielsweise für eine On-Board-Diagnose vorgegebene Grenzwerte unterschreitet. Derartige Partikelfilterdefekte können bei einer Verwendung des beanspruchten Verfahrens erkannt und dem Partikelfilterregenerationsvorgang zugeordnet werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die den Partikelfilterdefekt anzeigende Differenz zwischen den beiden Diagnosewerten für eine Korrektur der Partikelfilterregenerationsstrategie für eine nachfolgende Partikelfilterregeneration verwendet werden. Beispielsweise kann die Temperatur für eine nachfolgende Partikelfilterregeneration erniedrigt werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann eine Schwelle für die Partikelfilterbeladung, bei welcher eine Partikelfilterregeneration für notwendig angesehen wird, erniedrigt werden.
  • Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender beispielhafter Erläuterung anhand der 1. Diese zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Diagnose eines in einem Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs angeordneten beschichteten Partikelfilters.
  • Bei dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist in dem Abgaskanal 1 eines Kraftfahrzeugs ein beschichteter Dieselpartikelfilter 2 angeordnet. Dieser beschichtete Dieselpartikelfilter ist dazu vorgesehen, aus dem vom Motor des Kraftfahrzeugs ausgegebenen Abgas, welches den beschichteten Dieselpartikelfilter 2 in Abgasflussrichtung 6 durchfließt, Schadstoffpartikel auszufiltern, so dass das vom Partikelfilter 2 ausgegebene Abgas einen reduzierten Schadstoffgehalt aufweist.
  • Im Laufe der Betriebsdauer des Kraftfahrzeugs lagern sich ausgefilterte Schadstoffpartikel, insbesondere Rußpartikel, an den Innenwänden des Partikelfilters an, so dass die Partikelfilterbeladung des Partikelfilters zunehmend grösser wird. Um eine durch diese zunehmende Partikelfilterbeladung verursachte Verstopfung des Partikelfilters zu vermeiden, bedarf es einer Partikelfilterregeneration. Zu dieser Partikelfilterregeneration wird die Temperatur des den Partikelfilter durchströmenden Abgases auf etwa 600°C erhöht. Bei dieser hohen Temperatur verbrennen die an den Innenwänden des Partikelfilters gelagerten Schadstoffpartikel, so dass die Wände des Partikelfilters von Schadstoffpartikeln befreit werden.
  • Zum Erkennen der Notwendigkeit einer Partikelfilterregeneration werden die Ausgangssignale 3a eines Sensors 3 und die Ausgangssignale 4a eines weiteren Sensors 4 einer Steuereinheit 5 zugeführt. Diese wertet die Ausgangsignale der Sensoren auf Basis eines abgespeicherten Arbeitsprogrammes und abgespeicherter Daten aus, erkennt die Notwendigkeit der Durchführung einer Partikelfilterregeneration und stellt Steuersignale 5a bereit, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigt werden.
  • Zu den abgespeicherten Daten gehört unter anderem ein empirisch ermittelter Schwellenwert für die Partikelfilterbeladung, bei dessen Überschreitung die Steuereinheit 5 die Notwendigkeit einer Partikelfilterregeneration erkennt. Die Partikelfilterbeladung des Partikelfilters 2 wird unter Verwendung der Ausgangssignale der Sensoren 3 und 4 ermittelt, bei denen es sich beim gezeigten Ausführungsbeispiel um NOx-Sensoren handelt. Mittels dieser NOx-Sensoren werden beispielsweise der NOx-Gehalt des dem Partikelfilter zugeführten Abgases und der NOx-Gehalt des vom Partikelfilter ausgegebenen Abgases gemessen und aus den gemessenen Werten von der Steuereinheit 5 unter Verwendung einer Differenzbildung die Notwendigkeit einer Partikelfilterregeneration erkannt.
  • Nach dem Erkennen der Notwendigkeit einer Partikelfilterregeneration und vor einer Einleitung dieser Partikelfilterregeneration wird ein erster Diagnosewert ermittelt.
  • Nach der Ermittlung dieses ersten Diagnosewertes wird die Partikelfilterregeneration durchgeführt, bei welcher das den Partikelfilter durchströmende Abgas auf eine hohe Temperatur von beispielsweise 600°C gebracht wird, um die Schadstoffpartikel, die sich an den Wänden des Partikelfilters abgelagert haben, zu verbrennen.
  • Nach durchgeführter Partikelfilterregeneration wird ein zweiter Diagnosewert ermittelt.
  • Anschließend wird die Differenz zwischen den beiden Diagnosewerten ermittelt.
  • Danach erfolgt ein Vergleich der ermittelten Differenz mit einem vorgegebenen Schwellenwert. Dieser Schwellenwert wurde im Voraus empirisch ermittelt und zusammen mit anderen Daten in einem Speicher hinterlegt, auf welchen die Steuereinheit 5 Zugriff hat. Dieser Schwellenwert ist ein vorgegebener konstanter Wert.
  • Übersteigt die ermittelte Differenz den vorgegebenen Schwellenwert, dann wird erkannt, dass ein Partikelfilterdefekt vorliegt. Bei diesem Partikelfilterdefekt handelt es sich um einen während der Partikelfilterregeneration aufgetretenen Partikelfilterdefekt, insbesondere um einen aufgrund einer während der Partikelfilterregeneration vorliegenden Übertemperatur entstandenen Riss im Gehäuse des Partikelfilters.
  • Dieser Partikelfilterdefekt kann mittels des beschriebenen Verfahrens sicher identifiziert und der Partikelfilterregeneration zugeordnet werden. Ohne eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens könnte die Ursache einer im Rahmen einer On-Board-Diagnose des Partikelfilters ermittelten starken Reduzierung des Wirkungsgrades des Partikelfilters erst durch eine aufwendige Komplettüberprüfung des gesamten Abgastraktes des Kraftfahrzeugs identifiziert werden.
  • Wird anhand der ermittelten Differenz das Vorliegen eines auf eine überhöhte Temperatur bei der Partikelfilterregenerierung zurückzuführenden Partikelfilterdefektes erkannt, dann kann die ermittelte Differenz für eine Korrektur der bisher verwendeten Partikelfilterregenerationsstrategie verwendet werden. Beispielsweise kann die für eine nachfolgende Partikelfilterregeneration verwendete Temperatur reduziert werden. Des Weiteren kann alternativ oder zusätzlich der Schwellenwert für die Partikelfilterbeladung, bei dessen Überschreiten die Notwendigkeit einer Partikelfilterregeneration erkannt wird, reduziert werden. Beide vorgenannten Maßnahmen führen dazu, dass bei zukünftigen Partikelfilterregenerationen das Auftreten einer Übertemperatur vermieden wird.
  • Bei den oben genannten Diagnosewerten handelt es sich ebenfalls um Werte, die unter Verwendung der Ausgangssignale der Sensoren 3 und 4 ermittelt werden. Vorzugsweise handelt es sich bei den Diagnosewerten um Gradientenwerte. Beispielsweise kann ein Gradientenwert durch eine Auswertung des Ausgangssignals eines stromab des Partikelfilters angeordneten NOx-Sensors nach dem Auftreten eines Sprunges eines stromauf des Partikelfilters gemessenen Ammoniakwertes ermittelt werden.
  • Dabei kann überprüft werden, ob die Differenz der Diagnosewerte, beispielsweise Gradienten des NOx-Sensorausgangssignals stromab des Partikelfilters nach einem NH3-Sprung stromauf des Partikelfilters nach der Partikelfilterregeneration und vor der Partikelfilterregeneration, einen vorgegebenen Schwellenwert, beispielsweise 20 ppm innerhalb von 4 Sekunden, überschreitet oder ob dies nicht der Fall ist. Ist dies der Fall, dann wird das Vorliegen eines Filterrisses erkannt. Durch diese Maßnahme wird eine Diagnose des Partikelfilters robuster und eine Fehlerzuordnung verbessert.
  • 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 102008031646 B4 [0004]

Claims (14)

  1. Verfahren zur Diagnose eines in einem Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs angeordneten beschichteten Partikelfilters mit folgenden Schritten: - Erkennen der Notwendigkeit einer Partikelfilterregeneration, - Ermittlung eines ersten Diagnosewertes nach dem Erkennen der Notwendigkeit einer Partikelfilterregeneration und vor einer Einleitung der Partikelfilterregeneration, - nach der Ermittlung des ersten Diagnosewertes Durchführen der Partikelfilterregeneration, - Ermittlung eines zweiten Diagnosewertes nach durchgeführter Partikelfilterregeneration, - Ermittlung einer Differenz zwischen den beiden ermittelten Diagnosewerten, - Vergleich der ermittelten Differenz mit einem Schwellenwert und - Erkennen eines Partikelfilterdefektes, wenn die ermittelte Differenz den Schwellenwert übersteigt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Schwellenwert ein vorgegebener konstanter Wert ist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Partikelfilterdefekt ein während der Partikelfilterregeneration aufgetretener Partikelfilterdefekt ist.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem der Partikelfilterdefekt ein während der Partikelfilterregeneration aufgetretener Riss im Partikelfilter ist.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die ermittelte Differenz für eine Korrektur einer Partikelfilterregenerationsstrategie für eine nachfolgende Partikelfilterregeneration verwendet wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem die Temperatur für die nachfolgende Partikelfilterregeneration erniedrigt wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem ein Schwellenwert für die Partikelfilterbeladung, bei welcher eine Partikelfilterregeneration als notwendig angesehen wird, erniedrigt wird.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Diagnosewerte unter Verwendung der Ausgangssignale von Sensoren ermittelt werden, von denen einer stromauf des Partikelfilters und der andere stromab des Partikelfilters angeordnet sind.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem mindestens einer der Sensoren ein NOx-Sensor ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei welchem die Diagnosewerte Gradientenwerte sind.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem ein Gradientenwert durch Auswertung eines Ausgangssignals eines stromab des Partikelfilters angeordneten NOx-Sensors nach dem Auftreten eines Sprunges eines stromauf des Partikelfilters gemessenen Ammoniakwertes ermittelt wird.
  12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches von einer Steuereinheit gesteuert wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem die Steuereinheit auf Basis eines abgespeicherten Arbeitsprogrammes und abgespeicherter Daten und unter Verwendung ihr zugeführter Sensorsignale zur Diagnose benötigte Steuersignale ausgibt.
  14. Vorrichtung zur Diagnose eines in einem Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs angeordneten beschichteten Partikelfilters, welche eine Steuereinheit (5) aufweist, die zur Steuerung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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