DE4139325C1

DE4139325C1 - Function monitoring soot filter in exhaust pipe of IC engine

Info

Publication number: DE4139325C1
Application number: DE4139325A
Authority: DE
Inventors: Roland 7057 Leutenbach De Schulte; Rolf 7050 Waiblingen De Gabler
Original assignee: Mercedes Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1991-11-29
Filing date: 1991-11-29
Publication date: 1993-01-07
Anticipated expiration: 2011-11-30

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionskontrolle eines Rußfilters in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Aus der DE-OS 33 04 548 ist ein Verfahren zur Messung der Ruß konzentration im Abgas von Brennkraftmaschinen bekannt, bei der die Rußkonzentration durch Messung der Leitfähigkeit einer Rußschicht, die sich auf einem zwischen zwei Elektroden eines Sensors angeordneten Isolationskörper abgelagert hat, bestimmt wird. Zur Reinigung des Sensors wird nach einigen Messungen an die Elektroden eine Hochspannung angelegt, wodurch der Rußnie derschlag auf dem Isolationskörper abgebrannt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, das es er laubt, die Funktion eines Rußfilters ständig zu überwachen und einen Ausfall des Rußfilters zuverlässig festzustellen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Haupt anspruchs gelöst.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist gewährleistet, daß ein Ausfall eines Rußfilters schnell und zuverlässig erkannt wird. Bei intaktem Rußfilter ist stromab des Rußfilters die Rußpar tikelkonzentration im Abgas gering. Dadurch kann sich während einer bestimmten Zeitdauer nur eine begrenzte Rußschichtdicke auf einem in einer Abgasleitung angeordneten Sensor ablagern, die innerhalb einer vorgegebenen Freibrenndauer durch Anlegen einer Spannung abgebrannt werden kann. Bei einem defekten Ruß filter erhöht sich die Rußpartikelkonzentration im Abgas stromab des Rußfilters. Dadurch nimmt auch die pro Zeiteinheit auf dem Sensor abgelagerte Rußschichtdicke und damit die zum Freibrennen des Sensors benötigte Zeit zu. Überschreitet die gemessene Freibrenndauer eine in einem Steuergerät vorgegebene Maximalzeit, so wird der Rußfilter als defekt erkannt und ent sprechende Maßnahmen können ergriffen werden. Dadurch kann verhindert werden, daß über einen längeren Zeitraum eine große Menge an Rußpartikeln unbemerkt an die Umwelt abgegeben wird.

Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.

Anhand der Zeichnung wird im folgenden das erfindungsgemäße Verfahren beschreiben, wobei im einzelnen Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 2 eine weitere Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens und

Fig. 3 ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens zei gen.

Die Fig. 1 zeigt ein in einer Abgasleitung 1 einer nicht dar gestellten Brennkraftmaschine angeordnetes Rußfilter 2. In der Abgasleitung 1 ist stromab des Rußfilters 2 ein Sensor 3, der aus einer mittels eines Isolationskörpers 4 gegen die Abgas leitung 1 isolierten Elektrode 5 besteht, angebracht. Dabei wird der Isolationskörper 4 zwischen Elektrode 5 und Abgaslei tung 1 von dem mit Rußpartikeln behafteten Abgas beaufschlagt.

An die Elektrode 5 kann mittels eines Steuergerätes 6 eine Spannung U_f angelegt werden.

Der Sensor 3 dient zur Messung der Leitfähigkeit der auf dem Isolationskörper 4 abgelagerten Rußschicht. Sind auf der Iso lationsschicht 4 keine Rußpartikel vorhanden, so ist die Elek trode 5 gegen die Abgasleitung 1 isoliert, wodurch auch bei Anliegen einer Spannung U_f zwischen der Elektrode 5 und der Abgasleitung 1 kein Strom fließt. Da aber Rußpartikel leitfähig sind, nimmt mit zunehmender Schichtdicke der auf dem Isolati onskörper 4 angelagerten Rußschicht der zwischen der Elektrode 5 und der Abgasleitung 1 fließende Kriechstrom I_k zu. Die Spannung U_f wird so hoch gewählt, daß der durch die Rußschicht fließende Kriechstrom I_k die Temperatur der Rußschicht soweit erhöht, daß ein Abbrennen der Rußpartikel einsetzt. Nach voll ständigem Abbrennen der Rußschicht geht die Leitfähigkeit wie der auf Null zurück und der Kriechstrom I_k verschwindet. Dabei ist die Zeit t_f, die zum Freibrennen des Sensors 3 notwendig ist, von der Rußschichtdicke und damit von der Rußpartikelkon zentration im Abgas abhängig.

Fig. 2 zeigt eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. Im Unterschied zur Vorrichtung aus Fig. 1 ist hier als Sensor eine Sauer stoffmeßsonde 7 zur Messung des Restsauerstoffgehalts im Abgas in der Abgasleitung 1 angeordnet. Ansonsten sind gleiche Teile auch mit gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 versehen.

Die Sauerstoffmeßsonde 7 liefert nur dann ein fehlerfreies Si gnal S, wenn deren Oberfläche nicht von einer Rußschicht be deckt ist. Um die Funktion des Rußfilters 2 zu Überprüfen wird auch hier wieder die Zeit t_f, die zum Freibrennen der Sauer stoffmeßsonde 7 benötigt wird, gemessen. Hierbei wird die Sau erstoffmeßsonde 7 als freigebrannt erkannt, wenn deren Signal S mit einem Referenzsignal S_ref, welches dem Signal einer feh lerfrei arbeitenden Sauerstoffmeßsonde 7 entspricht, überein stimmt. Dabei kann das Referenzsignal S_ref im Steuergerät 6 abgelegt sein, wobei das Referenzsignal S_ref einem Signal der Sauerstoffmeßsonde 7 in einem bestimmten Betriebspunkt der Brennkraftmaschine entspricht. Deshalb muß in diesem Fall die Funktionsüberprüfung genau in diesem Betriebspunkt gestartet werden.

Als weiteres Ausführungsbeispiel ist es auch denkbar, daß das Referenzsignal S_ref von einer weiteren, in der Abgasleitung 1 angeordneten, Sauerstoffmeßsonde 8 bereitgestellt wird. Hierzu ist die Sauerstoffmeßsonde 8 ständig beheizt, so daß sich keine Rußschicht ablagern kann. Dies hat den Vorteil, daß das Frei brennen der Sauerstoffmeßsonde 7 nicht nur in einem vorgege benen Betriebspunkt, sondern zu beliebigen Zeitpunkten akti viert werden kann.

Fig. 3 zeigt ein Ablaufschema des erfindungsgemäßen Verfahrens. Nach dem Start des Verfahrens in Block 9, zum Beispiel nach Beendigung der Startphase der Brennkraftmaschine, wird in Block 10 überprüft, ob die Funktionsüberprüfung gestartet werden soll. Um das Rußfilter 2 ständig zu überwachen und einen Defekt möglichst schnell zu erkennen ist es notwendig, die Funktions überprüfung in vorgegebenen Abständen zu wiederholen. Die Ab stände können dabei einfach durch Festlegen bestimmter Zeitin tervalle vorgegeben werden. Weiter ist es auch denkbar, die Funktionsüberprüfung immer dann zu starten, wenn eine vorgege bene Kraftstoffmenge verbrannt wurde. Da die erzeugte Rußmenge der verbrannten Kraftstoffmenge proportional ist, bietet diese Methode den Vorteil, daß die am Sensor 3, 7 abgelagerte Ruß menge auf die von der Brennkraftmaschine erzeugte Rußmenge normiert ist. Schließlich ist es weiter denkbar, die Funktionsüberprüfung immer bei Erreichen eines vorgegebenen Betriebspunktes der Brennkraftmaschine zu starten.

Wenn nun im Block 10 die Bedingung für den Start der Funkti onsüberprüfung erfüllt ist, wird im Block 11 die Spannung U_f zum Freibrennen des Sensor 3, 7 aktiviert. Gleichzeitig wird im Block 12 die momentane Zeit t₁, zu der die Spannung U_f an den Sensor 3, 7 angelegt wird, gespeichert. Als nächster Schritt wird dann in Block 13 überprüft, ob das Freibrennen des Sensors 3, 7 beendet ist. Die Art der Überprüfung ist dabei abhängig von der Art des Sensors 3, 7. Bei Verwendung eines Sensors 3 zur Messung der Leitfähigkeit, wie er in Fig. 1 beschrieben ist, wird das Ende des Freibrennvorgangs durch das Verschwinden des Kriechstromes I_k erkannt. Bei Verwendung einer Sauerstoff meßsonde 7, wie in Fig. 2 beschrieben, wird die Freibrennphase bei Übereinstimmung des Meßsignals S mit einem Referenzsignal S_ref als beendet erkannt. Solange der Sensor 3, 7 nicht als freigebrannt erkannt wird, wird zum Anfang des Blockes 13 zu rückverzweigt.

Nach Beendigung der Freibrennphase wird nun im Block 14 die Zeit t₂, zu der das Freibrennen beendet wurde, gespeichert. Anschließend wird im Block 15 die Freibrenndauer t_f als Diffe renz zwischen dem Anlegen der Spannung U_f und dem Beenden der Freibrennphase ermittelt. Im Block 16 wird dann die Freibrenn dauer t_f mit einer im Steuergerät 6 abgelegten Maximalzeit t_max verglichen. Ist die Freibrenndauer t_f kleiner als die Maximal zeit t_max, so wird an den Beginn des Blockes 10 verzweigt, wo nach einer vorgegebenen Zeit die nächste Funktionsüberprüfung gestartet wird. Überschreitet dagegen die Freibrenndauer t_f die Maximaldauer t_max wird zum Block 17 verzweigt, wo der Rußfilter 2 dann als defekt erkannt und ein entsprechendes Fehlersignal erzeugt wird.

Das beschriebene Verfahren zur Funktionskontrolle von Rußfil tern 2 kann neben dem Betrieb in einer Abgasleitung 1 einer Brennkraftmaschine selbstverständlich auch in jeder anderen Abgasanlage, in der rußbehaftete Abgase durch einen Rußfilter 2 gereinigt werden, beispielsweise einer Heizungsanlage, verwen det werden.

Claims

1. Verfahren zur Funktionskontrolle eines Rußfilters in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit einem stromab des Rußfilters in der Abgasleitung eingesetzten Sensor, der von Rußpartikeln beaufschlagt wird, die von einem Steuergerät aus durch Anlegen einer Spannung am Sensor abgebrannt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeit (t_f) zum Freibrennen des Sensors (3, 7) erfaßt und bei Überschreiten einer im Steuergerät (6) vorgegebenen Maxi maldauer (t_max) der Rußfilter (2) als defekt erkannt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- daß zu einem vorgegebenen Zeitpunkt (t₁) an den Sensor (3) eine Spannung (U_f) zum Freibrennen angelegt,
- daß der am Sensor (3) abfallende Kriechstrom (I_k) erfaßt,
- daß die Freibrenndauer (t_f) als Zeitspanne zwischen dem An legen der Spannung (U_f) und dem Zeitpunkt (t₂) des Ver schwindens des Kriechstromes I_k bestimmt,
- daß die Freibrenndauer (t_f) mit einer im Steuergerät (6) vorgegebenen Maximaldauer (t_max) verglichen und
- daß bei Überschreiten der Maximaldauer (t_max) das Rußfilter (2) als defekt erkannt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet,

- daß als Sensor eine Sauerstoffmeßsonde (7) verwendet wird, an die zu einem vorgegebenen Zeitpunkt (t₁) eine Spannung (U_f) zum Freibrennen der Sauerstoffmeßsonde (7) angelegt,
- daß das von der Sauerstoffmeßsonde (7) gelieferte Signal (S) mit einem Referenzsignal (S_ref) verglichen,
- daß die Freibrenndauer (t_f) als Zeitspanne zwischen dem An legen der Spannung (U_f) und dem Zeitpunkt (t₂) des Überein stimmens des Sauerstoffmeßsignals (S) mit dem Referenzsignal (S_ref) bestimmt,
- daß die Freibrenndauer (t_f) mit einer im Steuergerät (6) vorgegebenen Maximaldauer (t_max) verglichen und
- daß bei Überschreiten der Maximaldauer (t_max) das Rußfilter (2) als defekt erkannt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung (U_f) jeweils nach dem Verbrauch einer vorge gebenen Kraftstoffmenge an den Sensor (3, 7) angelegt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung (U_f) jeweils nach einem vorgegebenen Zeitin tervall an den Sensor (3, 7) angelegt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannung (U_f) jeweils bei Erreichen eines vorgegebenen Betriebspunktes der Brennkraftmaschine an den Sensor (3, 7) angelegt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 3 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzsignal (S_ref) im Steuergerät (6) gespeichert ist.

8. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Referenzsignal (S_ref) von einer zweiten in der Abgas leitung (1) angeordneten und ständig beheizten Sauerstoffmeß sonde (8) geliefert wird.

9. Verwendung einer Ionenstromsonde als Sensor zur Funktionskon trolle eines Rußfilters gemäß dem Verfahren nach Anspruch 2, bestehend aus einer mit Hilfe eines Isolationskörpers (4) gegen die Abgasleitung (1) isolierten Elektrode (5), wobei an die Elektrode (5) eine Spannung U_f angelegt und wobei der Isolationskörper (4) von rußbehaftetem Abgas beaufschlagt wird.