WO2005078253A1 - Vorrichtung und verfahren zur ermittlung des beladungszustands eines partikelfilters - Google Patents

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WO2005078253A1
WO2005078253A1 PCT/EP2005/001284 EP2005001284W WO2005078253A1 WO 2005078253 A1 WO2005078253 A1 WO 2005078253A1 EP 2005001284 W EP2005001284 W EP 2005001284W WO 2005078253 A1 WO2005078253 A1 WO 2005078253A1
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particle filter
electrode
regeneration
determined
loading
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PCT/EP2005/001284
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Thomas Birkhofer
Achim Dittler
Andreas Hertzberg
Aleksandar Knezevic
Carsten Plog
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Daimlerchrysler Ag
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Definitions

  • the invention relates to a device for determining the loading state of a particle filter designed as a cylindrical shaped body for cleaning internal combustion engine exhaust gas with a measuring arrangement, comprising a pair of electrodes with a first electrode and a second electrode, and on the other hand a method for determining the loading state of a particle filter by means of a measuring arrangement, which comprises a first electrode and a second electrode.
  • a particle filter to reduce the particle emission of an internal combustion engine.
  • the particle filter When the internal combustion engine is operating, the particle filter is loaded with soot and / or ash particles which increases over time. To prevent clogging of the particulate filter, the accumulated soot is burned off from time to time by increasing the exhaust gas temperature above the soot combustion temperature.
  • the loading of the particle filter is monitored to determine the need for a particle filter regeneration. The regeneration is triggered when the back pressure of the particle filter caused by the soot loading has risen unacceptably. For this purpose, the signal from a differential pressure sensor is evaluated. When an upper limit for the load is reached, the particle filter is regenerated started, in which the soot accumulated on or in the particle filter is burned off.
  • the determination of the particle filter loading on the basis of a differential pressure sensor is, however, subject to inaccuracies due to fluctuating throughput conditions and particle filter temperatures. There is therefore the possibility that the regeneration of the particle filter is started late, which can lead to malfunctions in driving and damage to the particle filter. In contrast, premature regeneration leads to increased fuel consumption.
  • the detection of the soot loading on a flat reference area also does not make it possible to detect the loading state of the particle filter with the desired accuracy and to operate the particle filter optimally.
  • the object of the invention is therefore to provide a device and a method which enable a more reliable determination of the loading state of a particle filter and thus an improved operation of the particle filter.
  • the invention is characterized in that a measuring arrangement is provided which comprises a pair of electrodes with a first electrode and a second electrode.
  • the electrodes of the pair of electrodes are arranged in such a way that at least a partial volume area of the particle filter lies between them and the measuring arrangement can detect the electrical impedance effective between the first electrode and the second electrode or a characteristic variable associated therewith.
  • the characteristic variable which is preferably to be regarded as complex, the magnitude of the impedance as well as its real part and imaginary part as well as its phase angle come into consideration.
  • the soot present between the electrodes is strongly influenced by the soot present there.
  • the loading state or the soot loading of the particle filter can be reliably determined by detecting the impedance effective between the electrodes of the electrode pair. As a result, both unnecessary and delayed regeneration can be safely avoided.
  • the loading of the particle filter body is understood to mean the volume-related deposition of solid components such as soot or ash in its interior. The loading is preferably given in grams per liter of filter volume.
  • Particulate filters are mainly porous moldings or monolithic moldings with channels with porous walls or moldings composed of such parts.
  • the first electrode and the second electrode are flat and lie opposite one another as plates of a plate capacitor arranged.
  • the electrical capacitance of the arrangement of capacitor plates and the particle filter volume lying between them is preferably evaluated. This depends on the type and quantity of the material available there.
  • the particle filter itself forms a sensor provided with electrodes for detecting the loading state of the particle filter. At least the soot loading in the particle filter volume area lying between the electrodes can be determined from the capacitance by the measuring arrangement.
  • the first electrode and / or the second electrode are arranged on the outer surface of the particle filter or at a short distance from the outer surface of the particle filter.
  • the electrodes can have a curved surface in order, for example, to be able to follow the surface contour of a round or oval particle filter.
  • the electrodes are preferably arranged diametrically opposite one another and applied directly to the outer surface of the particle filter.
  • the measuring arrangement comprises at least two pairs of electrodes.
  • the loading of the particle filter with soot and / or ash can thus be determined in at least two preferably different partial volume areas of the particle filter and thus in a spatially resolved manner. This enables an exact evaluation of the loading condition and thus the determination of an optimal time for triggering a particle filter regeneration by soot burn-off. As a result, both unnecessary and delayed regeneration can be safely avoided.
  • the first pair of electrodes is arranged offset to the second pair of electrodes in the exhaust gas flow.
  • This enables one in the axial direction resolved determination of the soot loading of the particle filter. Since the loading of the particle filter is essentially dependent on the exhaust gas flow direction, ie has an axial gradient, the axial course of the loading in the particle filter can thus be determined. This enables a particularly precise determination of the loading condition of the particle filter.
  • the volume range in which the soot load is recorded is determined by the geometry of the electrodes of the pair of electrodes, ie by the area of the respective electrodes and by their distance, ie the diameter or the transverse dimensions of the particle filter at the respective location.
  • the method according to the invention for determining the loading state of a particle filter designed as a shaped body, to which a measuring arrangement is assigned, which comprises a first electrode and a second electrode, is characterized in that the measuring arrangement has the electrical impedance or effective between the first electrode and the second electrode an associated electrical parameter is detected and a soot loading of the particle filter is determined from the impedance or the parameter. This is preferably done on the basis of a previously determined characteristic curve for the dependence of the measurement signal on the soot loading of the particle filter volume region arranged between the electrodes. Secondary influences such as temperature dependencies in the form of characteristic maps can be taken into account.
  • the first electrode and / or the second electrode are arranged on the outer surface of the particle filter or at a short distance from the outer surface of the particle filter and the electrical capacitance of the particle filter volume region formed from the first electrode, second electrode and between the electrodes is formed Arrangement determined and the soot loading of the particle filter from the capacity determined.
  • the soot loading is thus determined at least in a section of an approximately disk-shaped partial volume region of a cylindrical particle filter.
  • the shape of the partial volume area covered by the impedance measurement is essentially determined by the geometry of the electrodes.
  • the regeneration of the particle filter is triggered when the soot load determined has exceeded a predefinable upper limit.
  • the procedure according to the invention enables the determination of the particle filter loading in a volume-widened partial area of the particle filter body and thus on the one hand a differentiated assessment of the loading condition. On the other hand, a significant part of the particle filter can be captured. This enables the determination of an optimal time for triggering a particle filter regeneration by burning off soot. As a result, both unnecessary and delayed regeneration can be safely avoided.
  • the limit value for the soot loading that triggers the regeneration can be determined depending on the location of the electrodes, the ash load present, the maximum tolerable heat release during soot burn-off during the regeneration or depending on other, possibly motorized, operating parameters.
  • the soot loading of the particle filter is preferably determined by two or more pairs of electrodes, which are arranged offset to one another in the flow direction and / or azimuthally.
  • the soot loading of two or more, possibly overlapping, cross-sectional areas of the particle filter can be determined, and the regeneration of the particle filter is triggered when the soot loading in at least one of the detected partial volume areas of the particle filter has exceeded the predefinable upper limit value.
  • the duration of the regeneration is adapted to the loading of the particle filter before the regeneration is triggered. In this way, the consumption-intensive regeneration operation is only maintained as long as necessary, which enables a particularly fuel-efficient particle filter regeneration.
  • the soot loading of the particle filter after regeneration has been determined and compared with a predefinable target value and the duration of a subsequent regeneration is determined depending on the result of the comparison.
  • the regeneration time can be optimized. It is also advantageous to determine the soot load immediately before and immediately after regeneration. In this way, the quality of the regeneration can be determined from the difference in the soot loads and the regeneration duration of subsequent regenerations can be determined in the sense of the most complete regeneration possible. It is advantageous to determine the success of several regenerations in the manner described in order to obtain a statistically better secured mean for the regeneration period to be determined.
  • the soot loading of the particle filter is determined during the regeneration of the particle filter and the regeneration is ended when the loading falls below a predeterminable lower limit value.
  • the progress of the regeneration can thus be monitored particularly precisely and the end of the regeneration can be reliably determined.
  • an exhaust gas pressure upstream of the particle filter is recorded, and a quantity correlating with the loading of the particle filter is determined from the recorded exhaust gas pressure and used to correct or check the soot loading determined by the measuring arrangement.
  • a pressure or differential pressure sensor which is preferably arranged on the inlet side of the particle filter in the exhaust line, can improve the reliability of the loading state of the particle filter determined by the measuring arrangement. It is also possible to carry out a plausibility check of the determined loads or a diagnosis or calibration of the measuring arrangement.
  • FIG. 1 shows a first schematic illustration of a particle filter with associated electrode arrangement for determining the particle filter loading
  • Fig. 2 shows a second schematic representation of a particle filter with associated electrode arrangement for determining the particle filter loading
  • Fig. 3 is a schematic representation of an electrode arrangement unwound on one level.
  • a motor vehicle with a diesel engine and an exhaust gas purification system which comprises a particle filter
  • a particle filter is used as an example. considered.
  • further exhaust gas cleaning units such as an oxidation catalytic converter upstream of the particle filter, may be present in the exhaust gas cleaning system.
  • Any suitable filter type can be considered as a particle filter, but a so-called "wall-flow filter" with filter channels which are mutually closed and parallel and which are closed by plugs is considered below.
  • the filter is preferably formed from a ceramic material such as silicon carbide or cordierite and has a cylindrical shape.
  • Such a particle filter 1 is shown schematically in FIG. 1 with a view of the gas inlet side.
  • the particle filter 1 has open gas inlet channels 2 on the inlet side and closed on the gas outlet side not visible in the view shown, and closed gas outlet channels 3 on the inlet side but open on the gas outlet side.
  • the channels 2, 3 are separated from one another by porous channel walls (not shown here), so that the exhaust gas flow is forced through these channel walls, particles carried along with the exhaust gas stream being filtered out and being deposited on the channel walls.
  • a gradually increasing loading of the particle filter 1 with the filtered out soot particles or ash particles thus occurs.
  • the particle filter 1 is installed in a housing (not shown) and mechanically fixed in the housing by means of a mounting mat 4 surrounding the particle filter 1.
  • a measuring arrangement with a first electrode 5 and a second electrode 6 is provided for the particle filter 1, with which the loading of the particle filter 1 can be determined.
  • the electrodes 5, 6 are preferably flat and arranged opposite one another.
  • the or one of the electrodes 5, 6 can be arranged in the interior of the particle filter 1.
  • FIG. 1 shows the case in which the electrodes 5, 6 are arranged diametrically opposite on the outer surface of the particle filter 1 and lie directly on top of them.
  • the measuring arrangement further comprises a generator 8, which is connected to the electrodes 5, 6 via feed lines 7. Via the generator 8, the electrodes 5, 6 are supplied with a measurement voltage which is preferably designed as an AC voltage. In this way, the electrodes 5, 6 form the plates of a plate capacitor, the dielectric of which is formed by the material located between the electrodes 5, 6. It is provided that the generator 8 in addition to the voltage or. Use power supply also for evaluation of the measurement signal.
  • the electrical capacitance or the complex electrical impedance of the capacitor formed by the electrodes 5, 6 is determined by the generator 8.
  • the electrical impedance effective in the partial volume region of the particle filter 1 between the electrodes 5, 6 depends on the one hand on the area of the electrodes 5, 6 and on their distance, ie the diameter of the particle filter 1 at the point in question.
  • the impedance is also dependent on the dielectric constant of the material located between the electrodes 5, 6. Because of the comparatively high dielectric constant of soot deposited in the particle filter 1, the soot loading can be measured with high accuracy in the volume range covered by the impedance measurement. It is provided to evaluate the electrical impedance with regard to both its imaginary part and its real part or according to amount and phase.
  • a measurement signal is referred to in a simplified manner with reference to the measurement variables mentioned. The evaluation of the measurement signal can be carried out by the generator 8 or by a separate measuring device, not shown here.
  • the frequency of the measurement voltage is advantageously set in the range between 1 kHz and approximately 30 MHz. A frequency range from approximately 1 MHz to approximately 20 MHz is preferred, and the measurement frequency is particularly preferably approximately 10 MHz.
  • the electrodes 5, 6 can, for example, be applied to the surface of the particle filter 1 by means of thick-film technology or by spraying or brushing on an electrically conductive material. It is also advantageous to bring metal-containing foils into intimate contact with the filter body, for example by sintering.
  • the electrodes 5, 6 can also be fixed in position on the filter body by the pressing force of the assembly mat 4 which occurs in the installed state.
  • FIG. 2 shows a further advantageous arrangement, the components having the same function in relation to FIG. 1 being provided with the same reference symbols.
  • the electrodes 5, 6 according to FIG. 2 are not arranged in direct contact with the particle filter 1, but at a short distance from the surface of the particle filter 1.
  • the electrodes 5, 6 are typically arranged at a distance in the millimeter range from the surface of the particle filter body.
  • At least two, preferably a plurality of electrode pairs 5, 6 are attached at different locations, which enables a spatially resolved determination of the load in the particle filter 1.
  • the partial volume regions detected by the impedance measurement can overlap or be separated from one another. In this way, the loading of the particle filter 1 can be determined locally.
  • three, four or more measuring arrangements preferably offset in the exhaust gas flow direction, can be arranged. Since in particular the outflow end region of the particle filter 1 is susceptible to clogging, it is advantageous in the case of a plurality of partial volume regions detected to arrange them increasingly densely in the flow direction of the exhaust gas, which improves the accuracy of the load determination.
  • FIG. 3 schematically shows an electrode arrangement of two electrode pairs 5, 6 and 5 ', 6' developed on one plane.
  • the electrodes 5, 6 and 5 ', 6' are preferably applied as a layer on a thin and flexible carrier 10, which is mounted adjacent to the particle filter 1 or to the mounting mat 4.
  • Leads 9 to the electrodes 5, 6 and 5 ′, 6 1 are applied to the carrier 10, which lead to connection contacts 11, which are preferably arranged at an end region of the carrier 10.
  • a connection to the generator 8, not shown in FIG. 3, is thus made possible in a simple manner by means of a plug or clamping contact, not shown.
  • This arrangement has the additional advantage that for the connection with the Generator 8 only a single plated-through hole of the housing surrounding the particle filter 1 has to be realized.
  • the electrodes 5, 6 and 5 ', 6' are arranged approximately diametrically opposite in the assembled state of the carrier 10. Furthermore, it is advantageous to arrange the electrodes 5, 6 and 5 ', 6' offset on the carrier 10 in the transverse direction or in the longitudinal direction.
  • soot accumulations are detected in a spatially resolved manner and regeneration of the particle filter 1 can be initiated if the soot loading in at least one of the detected partial volume areas exceeds a predefinable limit value.
  • regeneration is also triggered if it is determined that the integral total loading of the particle filter 1 exceeds a predefinable threshold value.
  • it is advantageous to adjust the limit value that triggers the regeneration for example, in order to react, for example, to changing regeneration conditions.
  • the regeneration time of the particle filter 1 depends, for example, on the local and / or integral loading determined before the regeneration is triggered, e.g. is determined by a Kennfeid-based regeneration time specification.
  • the success of the regeneration is expediently checked after the regeneration has been completed by determining the load again.
  • the regeneration time specification can be corrected accordingly by evaluating a comparison between the determined loading before and after the regeneration. In this way it is avoided that the operating state required for the regeneration is maintained longer than necessary; the energy expenditure or additional fuel consumption for regeneration is thereby kept low.
  • the regeneration operation is then preferably continued until the load in each of the volume parts covered by corresponding electrode pairs is has fallen below a predeterminable lower limit. In this way, incomplete particle filter regenerations are avoided and the absorption capacity of the particle filter 1 for the subsequent normal operation of the diesel engine is maximized.
  • the determination of the particle filter loading in two or more partial volume regions of the particle filter 1 is advantageously also used to differentiate between a soot loading component and an ash loading component.
  • a soot loading component for this purpose, use is made of the fact that the measurement signal of a respective pair of electrodes is additively composed of a portion caused by the soot loading and an ash loading and that the ash loading increases continuously.
  • the contribution of the ash load to the entire measurement signal is small, the ash load component can be determined if necessary, if the time profile of the measurement signal is recorded and a signal component that increases steadily over the course of the use of the particle filter is determined and taken into account.
  • a variation of the measurement frequency is also advantageous in this context.
  • the ash load in the measurement signal is very small, it is advantageous to determine the ash load indirectly by evaluating the measurement signal with regard to its temporal and local course. In particular, it is possible, based on the possibly different course of the measurement signal, to determine the extent to which one part of the particle filter 1 is more sooty than another part, or whether there is little or no sooting due to very strong ash deposits in a partial volume area.
  • total blockage due to ash deposition can be ascertained if soot no longer accumulates in one of the detected partial volume regions of the particle filter 1, that is to say an at least approximately stable measurement signal is present.
  • an ash filling degree can thus be determined in relation to the total volume of the particle filter.
  • the particle filter 1 can be determined to be unusable as a result of an excessive ash load and a corresponding warning message can be issued.
  • a further improvement in the reliability in determining the loading condition and in the operation of the particle filter is achieved if, in addition to the measuring arrangement according to the invention, a pressure sensor or differential pressure sensor is used to detect the dynamic pressure upstream of the particle filter.
  • the loading of the particle filter is also characterized on the basis of the corresponding pressure signal.
  • the specialist common pressure sensors and signal evaluation methods are used, which is why further explanations can be dispensed with.
  • the pressure sensor can further improve the reliability and efficiency of particle filter operation. It is advantageous for this purpose, for example, to subject the particle filter loading determined by means of the impedance measuring arrangement to a check, plausibility check or correction on the basis of the pressure signal. For example, it is advantageous, by means of an interrelation in the manner of a cross-correlation, to compare or correct the values for the soot loading obtained from the measurement signals of the impedance measuring arrangement or the loading limit values which are decisive for the course of the particle filter regeneration with the pressure signal values. Using the additional pressure sensor, it is also possible to carry out a diagnosis of the impedance measuring arrangement in order to determine faults or defects and, if necessary, to display them.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung des Beladungszustands eines als Formkörper ausgebildeten Partikelfilters (1) zur Reinigung von Brennkraftmaschinenabgas mit einer Messanordnung, umfassend ein Elektrodenpaar mit einer ersten Elektrode (5) und einer zweiten Elektrode (6). Erfindungsgemäß ist zwischen der ersten Elektrode (5) und der zweiten Elektrode (6) ein Teilvolumenbereich angeordnet, und von der Messanordnung ist die zwischen der ersten Elektrode (5) und der zweiten Elektrode (6) wirksame elektrische Impedanz oder eine damit verknüpfte Kenngröße erfassbar. Für das Verfahren ist vorgesehen, dass die zwischen der ersten Elektrode (5) und der zweiten Elektrode (6) wirksame elektrische Impedanz oder eine damit verknüpfte Kenngröße erfasst wird und aus der Impedanz oder der Kenngröße eine Rußbeladung des Partikelfilters (1) ermittelt wird.

Description

Vorrichtung und Verfahren zur Ermittlung des Beladungszustands eines Partikelfilters
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung des Beladungszustands eines als zylindrischer Formkörper ausgebildeten Partikelfilters zur Reinigung von Brennkraftmaschinenabgas mit einer Messanordnung, umfassend ein Elektrodenpaar mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode und zum anderen ein Verfahren zur Ermittlung des Beladungszustands eines Partikelfilters mittels einer Messanordnung, welche eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode umfasst.
Aus der Offenlegungsschrift DE 100 33 160 AI ist es bekannt, einen Partikelfilter zur Verminderung der Partikelemission einer Brennkraftmaschine einzusetzen. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine erfolgt eine zeitlich zunehmende Beladung des Partikelfilters mit Ruß- und/oder Ascheteilchen. Um ein Verstopfen des Partikelfilters zu verhindern, wird der angesammelte Ruß von Zeit zu Zeit durch Erhöhen der Abgastemperatur über die Rußabbrandtemperatur hinaus abgebrannt. Zur Feststellung der Notwendigkeit einer Partikelfilterregeneration wird die Beladung des Partikelfilters überwacht. Die Regeneration wird ausgelöst, wenn der durch die Rußbeladung verursachte Gegendruck des Partikelfilters unzulässig angestiegen ist. Hierzu wird das Signal eines Differenzdrucksensors ausgewertet. Bei Erreichen eines oberen Grenzwertes für die Beladung wird eine Regeneration des Partikelfilters gestartet, bei welcher der auf oder in dem Partikelfilter angesammelte Ruß abgebrannt wird.
Die Ermittlung der Partikelfilterbeladung auf der Basis eines Differenzdrucksensors ist allerdings auf Grund schwankender Durchsatzverhältnisse und Partikelfiltertemperaturen mit Ungenauigkeiten behaftet. Es besteht daher die Möglichkeit, dass die Regeneration des Partikelfilters verspätet gestartet wird, was zu Störungen des Fahrbetriebs und zu einer Schädigung des Partikelfilters führen kann. Dagegen führen verfrühte Regenerationen zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch.
Aus der Patentschrift US 4,656,832 ist es bekannt, zur Ermittlung der Rußbeladung eines Partikelfilters eine Elektrodenanordnung auf einem flächigen, nichtleitenden Substrat aufzubringen und die Gesamtanordnung in den Abgasweg, gegebenenfalls auch ins Innere eines Partikelfilters einzubringen. Auf dem Substrat abgelagerte Rußpartikel vermindern den zwischen den Elektroden messbaren elektrischen Widerstand, woraus die Rußpartikelablagerung auf dem Substrat ermittelt und daraus der Zeitpunkt für eine Partikelfilterregeneration abgeleitet wird.
Die Erfassung der Rußbeladung auf einem flächigen Referenzbereich ermöglicht es jedoch ebenfalls nicht, die Detektierung des Beladungszustandes des Partikelfilters mit der gewünschten Genauigkeit vorzunehmen und den Partikelfilter optimal zu betreiben.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, welche eine zuverlässigere Ermittlung des Beladungszustands eines Partikelfilters und damit einen verbesserten Betrieb des Partikelfilters ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Messan- ordnung vorgesehen ist, die ein Elektrodenpaar mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode umfasst. Die Elektroden des Elektrodenpaars sind dabei so angeordnet, dass zwischen ihnen wenigstens ein Teilvolumenbereich des Partikelfilters liegt und von der Messanordnung die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode wirksame elektrische Impedanz oder eine damit verknüpfte Kenngröße erfassbar ist. Als mit der vorzugsweise als komplex anzusehenden Impedanz verknüpfte Kenngröße kommen in erster Linie der Betrag der Impedanz sowie ihr Realteil und Imaginärteil sowie ihr Phasenwinkel in Betracht.
Da die Impedanz von der Dielektrizitätszahl der im maßgeblichen Teilvolumenbereich vorhandenen Materie abhängig ist und Ruß als elektrisch leitfähiges Material eine um ein Vielfaches höhere Dielektrizitätszahl als ein Isolator aufweist, wird die zwischen den Elektroden wirksame Impedanz von dort vorhandenem Ruß stark beeinflusst. Somit kann insbesondere bei einem aus elektrisch isolierendem Material wie Keramik ausgebildeten Partikelfilterkörper über die Erfassung der zwischen den Elektroden des Elektrodenpaars wirksamen Impedanz der Beladungszustand bzw. die Rußbeladung des Partikelfilters zuverlässig ermittelt werden. Dadurch können sowohl unnötige als auch verspätete Regenerationen sicher vermieden werden. Unter der Beladung des Partikelfilterkörpers wird dabei die volumenbezogene Ablagerung fester Bestandteile wie Ruß oder Asche in seinem Inneren verstanden. Vorzugsweise wird die Beladung in Gramm je Liter Filtervolumen angegeben. Als Partikelfilter kommen hauptsächlich poröse Formkörper oder mit Kanälen mit porösen Wänden durchzogene monolithische Formkörper oder aus solchen Teilen zusammengesetzte Formkörper in Betracht.
In Ausgestaltung der Erfindung sind die erste Elektrode und die zweite Elektrode flächig ausgebildet und als Platten eines Plattenkondensators einander gegenüberliegend angeordnet. Zur Erfassung des Beladungszustands, insbesondere der Rußbeladung des Partikelfilters wird vorzugsweise die elektrische Kapazität der Anordnung aus Kondensatorplatten und dazwischen liegendem Partikelfiltervolumen ausgewertet. Diese ist abhängig von Art und Menge des dort vorhandenen Materials. Durch die erfindungsgemäße Messanordnung bildet der Partikelfilter selbst einen mit Elektroden versehenen Sensor zur Erfassung des Beladungszustands des Partikelfilters. Durch die Messanordnung kann zumindest die Rußbeladung im zwischen den Elektroden liegenden Partikelfiltervolumenbereich aus der Kapazität ermittelt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode auf der äußeren Oberfläche des Partikelfilters oder mit geringem Abstand zur äußeren Oberfläche des Partikelfilters angeordnet. Je nach Form des Partikelfilters können die Elektroden eine gekrümmte Fläche aufweisen, um beispielsweise der Oberflächenkontur eines runden oder ovalen Partikelfilters folgen zu können. Vorzugsweise sind die Elektroden einander diametral gegenüberliegend angeordnet und auf der äußeren Oberfläche des Partikelfilters direkt aufgebracht.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Messanordnung wenigstens zwei Elektrodenpaare. Somit kann die Beladung des Partikelfilters mit Ruß und/oder Asche in wenigstens zwei vorzugsweise unterschiedlichen Volumenteilbereichen des Partikelfilters und damit ortsaufgelöst ermittelt werden. Dies ermöglicht eine genaue Bewertung des Beladungszustandes und somit die Bestimmung eines optimalen Zeitpunkts zur Auslösung einer Partikelfilterregeneration durch Rußabbrand. Dadurch können sowohl unnötige als auch verspätete Regenerationen sicher vermieden werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Elektrodenpaar in Abgasströmung versetzt zum zweiten Elektrodenpaar angeordnet. Dies ermöglicht eine in axialer Richtung aufgelöste Bestimmung der Rußbeladung des Partikelfilters. Da die Beladung des Partikelfilters im wesentlichen eine Abhängigkeit von der Abgasströmungsrichtung besitzt, d.h. einen axialen Gradienten aufweist, kann somit der axiale Verlauf der Beladung im Partikelfilter ermittelt werden. Dies ermöglicht eine besonders genaue Ermittlung des Beladungszustands des Partikelfilters. Der Volumenbereich, in welchem jeweils die Rußbeladung erfasst wird, ergibt sich durch die Geometrie der Elektroden des Elektrodenpaars, d.h. durch die Fläche der jeweiligen Elektroden sowie durch deren Abstand, d.h. den Durchmesser bzw. die Querabmessungen des Partikelfilters an der jeweiligen Stelle.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung des Beladungszustands eines als Formkörper ausgebildeten Partikelfilters, welchem eine Messanordnung zugeordnet ist, die eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode umfasst, ist dadurch gekennzeichnet, dass von der Messanordnung die zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode wirksame elektrische Impedanz oder eine damit verknüpfte elektrische Kenngröße erfasst wird und aus der Impedanz oder der Kenngröße eine Rußbeladung des Partikelfilters ermittelt wird. Vorzugsweise erfolgt dies anhand einer vorab ermittelten Kennlinie für die Abhängigkeit des Messsignals von der Rußbeladung des zwischen den Elektroden angeordneten Partikelfiltervolumenbereichs. Dabei können Sekundäreinflüsse wie beispielsweise Temperaturabhängigkeiten in Form von Kennfeldern berücksichtigt werden.
In Ausgestaltung des Verfahrens sind die erste Elektrode und/oder die zweite Elektrode auf der äußeren Oberfläche des Partikelfilters oder mit geringem Abstand zur äußeren Oberfläche des Partikelfilters angeordnet und es wird die elektrische Kapazität der aus erster Elektrode, zweiter Elektrode und zwischen den Elektroden angeordnetem Partikelfiltervolumenbereich gebildeten Anordnung ermittelt und aus der Kapazität die Rußbeladung des Partikelfilters ermittelt. Somit wird die Rußbeladung zumindest in einem Ausschnitt eines etwa scheibenförmigen Volumenteilbereichs eines zylindrischen Partikelfilters ermittelt. Die Gestalt des von der Impedanzmessung erfassten Volumenteilbereichs wird dabei im wesentlichen von der Geometrie der Elektroden bestimmt .
In Ausgestaltung des Verfahrens wird die Regeneration des Partikelfilters ausgelöst, wenn die ermittelte Rußbeladung einen vorgebbaren oberen Grenzwert überschritten hat.
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise ermöglicht die Ermittlung der Partikelfilterbeladung in einem volumenmäßig ausgedehnten Teilbereich des Partikelfilterkörpers und somit einerseits eine differenzierte Bewertung des Beladungszustandes . Andererseits kann ein maßgebender Teil des Partikelfilters erfasst werden. Dies ermöglicht die Bestimmung eines optimalen Zeitpunkts zur Auslösung einer Partikelfilterregeneration durch Rußabbrand. Dadurch können sowohl unnötige als auch verspätete Regenerationen sicher vermieden werden. Der für die Auslösung der Regeneration maßgebende Grenzwert für die Rußbeladung kann hierbei abhängig vom Anbringungsort der Elektroden, der vorhandenen Aschebeladung, von der maximal tolerierbaren Wärmefreisetzung beim Rußabbrand während der Regeneration oder abhängig von anderen, gegebenenfalls motorischen Betriebsgrößen festlegbar sein.
Vorzugsweise wird die Rußbeladung des Partikelfilters durch zwei oder mehrere Elektrodenpaare ermittelt, welche in Strömungsrichtung und/oder azimutal versetzt zueinander angeordnet sind. Dadurch kann die Rußbeladung von zwei oder mehreren, sich gegebenenfalls überlappenden Querschnittsbereichen des Partikelfilters ermittelt werden, und die Regeneration des Partikelfilters wird ausgelöst, wenn die Rußbeladung in wenigstens einem der erfassten Volumenteilbereiche des Partikelfilters den vorgebbaren oberen Grenzwert überschritten hat. In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Dauer der Regeneration an die Beladung des Partikelfilters vor der Auslösung der Regeneration angepasst. Der verbrauchsintensive Regenerationsbetrieb wird auf diese Weise nur so lange wie nötig aufrechterhalten, was eine besonders kraftstoffverbrauchssparende Partikelfilterregeneration ermöglicht. Bei mehreren erfassten Volumenteilbereichen ist es insbesondere vorteilhaft, die Dauer der Partikelfilterregeneration an die höchste in einem der jeweiligen Bereiche ermittelte Beladung anzupassen, wodurch unvollständige Partikelfilterregenerationen vermieden werden.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Rußbeladung des Partikelfilters nach erfolgter Regeneration ermittelt und mit einem vorgebbaren Sollwert verglichen und die Dauer einer nachfolgenden Regeneration wird in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs festgelegt. Auf diese Weise kann die Regenerationsdauer optimiert werden. Vorteilhaft ist es auch, die Rußbeladung unmittelbar vor und unmittelbar nach der Regeneration zu ermitteln. Aus der Differenz der Rußbeladungen kann auf diese Weise die Güte der Regeneration ermittelt werden und die Regenerationsdauer nachfolgender Regenerationen im Sinne einer möglichst vollständigen Regeneration festgelegt werden. Vorteilhaft ist, den Erfolg von mehreren Regenerationen auf die beschriebene Weise zu ermitteln, um einen statistisch besser abgesicherten Mittelwert für die festzulegende Regenerationsdauer zu erhalten.
In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Rußbeladung des Partikelfilters während der Regeneration des Partikelfilters ermittelt und die Regeneration beendet, wenn die Beladung einen vorgebbaren unteren Grenzwert unterschreitet. Insbesondere bei einer an mehreren Stellen vorgenommenen Rußbeladungsermittlung kann somit der Fortschritt der Regeneration besonders genau verfolgt und das Ende der Regeneration zuverlässig festgelegt werden. In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Abgasdruck stromauf des Partikelfilters erfasst und aus dem erfassten Abgasdruck eine mit der Beladung des Partikelfilters korrelierende Größe ermittelt und zur Korrektur oder Überprüfung der von der Messanordnung ermittelten Rußbeladung herangezogen. Durch einen vorzugsweise eingangsseitig des Partikelfilters im Abgasstrang angeordneten Druck- oder Differenzdrucksensor kann die Zuverlässigkeit des von der Messanordnung ermittelten Beladungszustands des Partikel-filters verbessert werden. Weiterhin ist es möglich, eine Plausibilitätsprüfung der ermittelten Beladungen bzw. eine Diagnose oder Kalibrierung der Messanordnung durchzuführen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen und zugehörigen Beispielen näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine erste schematische Darstellung eines Partikelfilters mit zugehöriger Elektrodenanordnung zur Ermittlung der Partikelfilterbeladung,
Fig. 2 eine zweite schematische Darstellung eines Partikelfilters mit zugehöriger Elektrodenanordnung zur Ermittlung der Partikelfilterbeladung und
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer auf eine Ebene abgewickelten Elektrodenanordnung .
Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Beispielen beschrieben. Dabei wird beispielhaft ein Kraftfahrzeug mit einem Dieselmotor und einer Abgasreinigungsanlage, welche einen Partikelfilter umfasst, betrachtet. Es versteht sich, dass neben dem Partikelfilter weitere Abgasreinigungseinheiten, wie beispielsweise ein dem Partikelfilter vorgeschalteter Oxidationskatalysator in der Abgasreinigungsanlage vorhanden sein können. Als Partikelfilter kommt jeder geeignete Filtertyp in Betracht, nachfolgend wird jedoch ein sogenanntes "Wall-Flow-Filter" mit wechselseitig durch Stopfen verschlossenen, parallel verlaufenden Filterkanälen betrachtet. Das Filter ist vorzugsweise aus einem keramischen Material wie Siliziumkarbid oder Cordierit gebildet und besitzt eine zylindrische Gestalt.
In Fig.l ist ein solcher Partikelfilter 1 schematisch mit Blick auf die Gaseintrittsseite dargestellt. Der Partikelfilter 1 weist an der Eintrittsseite offene und an der in der dargestellten Ansicht nicht sichtbaren Gasaustrittsseite verschlossene Gaseintrittskanäle 2, sowie an der Eintrittsseite verschlossene, jedoch an der Gasaustrittsseite offene Gasaustrittskanäle 3 auf. Die Kanäle 2, 3 sind durch hier nicht näher dargestellte poröse Kanalwände voneinander getrennt, so dass der Abgasstrom durch diese Kanalwände gezwungen wird, wobei mit dem Abgasstrom mitgetragene Partikel ausgefiltert werden und sich auf den Kanalwänden ablagern. Somit tritt eine allmählich zunehmende Beladung des Partikelfilters 1 mit den ausgefilterten Rußpartikeln bzw. Aschepartikeln ein. Der Partikelfilter 1 ist in einem nicht dargestellten Gehäuse eingebaut und im Gehäuse durch eine den Partikelfilter 1 umgebende Montagematte 4 mechanisch fixiert.
Erfindungsgemäß ist für den Partikelfilter 1 eine Messanordnung mit einer ersten Elektrode 5 und einer zweiten Elektrode 6 vorgesehen, mit welcher die Beladung des Partikelfilters 1 ermittelt werden kann. Dabei sind die Elektroden 5, 6 vorzugsweise flächig ausgebildet und einander gegenüberliegend angeordnet. Dabei können die oder eine der Elektroden 5, 6 im Inneren des Partikelfilters 1 angeordnet sein. Nachfolgend wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit lediglich auf vorteilhafte Anordnungen eingegangen, bei welcher die Elek- troden 5, 6 auf der äußeren Oberfläche des Partikelfilters 1 oder mit geringem Abstand zur äußeren Oberfläche des Partikelfilters 1 angeordnet sind.
In Fig. 1 ist der Fall dargestellt, dass die Elektroden 5, 6 diametral entgegengesetzt auf der äußeren Oberfläche des Partikelfilters 1 direkt aufliegend angeordnet sind.
Die Messanordnung umfasst weiter einen Generator 8, der über Zuleitungen 7 an die Elektroden 5, 6 angeschlossen ist. Über den Generator 8 werden die Elektroden 5, 6 mit einer vorzugsweise als Wechselspannung ausgebildeten Messspannung versorgt. Die Elektroden 5, 6 bilden auf diese Weise die Platten eines Plattenkondensators, dessen Dielektrikum durch die zwischen den Elektroden 5, 6 befindliche Materie gebildet wird. Es ist vorgesehen, den Generator 8 neben der Spannungsbzw. Stromversorgung auch zur Auswertung des Messsignals einzusetzen .
Erfindungsgemäß wird die elektrische Kapazität bzw. die komplexe elektrische Impedanz des durch die Elektroden 5, 6 gebildeten Kondensators durch den Generator 8 ermittelt. Die im Volumenteilbereich des Partikelfilters 1 zwischen den Elektroden 5, 6 wirksame elektrische Impedanz ist einerseits von der Fläche der Elektroden 5, 6 und von deren Abstand, d.h. dem Durchmesser des Partikelfilters 1 an der betreffenden Stelle abhängig. Andererseits ist die Impedanz jedoch auch von der Dielektrizitätszahl der zwischen den Elektroden 5, 6 befindlichen Materie abhängig. Auf Grund der vergleichsweise hohen Dielektrizitätszahl von im Partikelfilter 1 abgelagertem Ruß kann die Rußbeladung im von der Impedanzmessung erfassten Volumenbereich mit hoher Genauigkeit gemessen werden. Dabei ist es vorgesehen, die elektrische Impedanz sowohl hinsichtlich ihres Imaginärteils als auch ihres Realteils bzw. nach Betrag und Phase auszuwerten. Nachfolgend wird mit Bezug auf die genannten Messgrößen vereinfachend von einem Messsignal gesprochen. Die Auswertung des Messsignals kann hierbei vom Generator 8 oder von einer separaten, hier nicht dargestellten Messeinrichtung vorgenommen werden.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, die Messfrequenz zur Ermittlung der Impedanz im Sinne eines möglichst großen Messsignals und einer möglichst zuverlässigen Aussage über die Beladung geeignet zu wählen oder gegebenenfalls zu variieren. Vorteilhafterweise wird die Frequenz der Messspannung im Bereich zwischen 1 kHz und etwa 30 MHz eingestellt. Bevorzugt ist ein Frequenzbereich von etwa 1 MHz bis etwa 20 MHz, besonders bevorzugt beträgt die Messfrequenz etwa 10 MHz. Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang auch, gleichzeitig die Temperatur in dem maßgebenden Partikelfilterbereich oder im Bereich der Elektroden 5, 6 zu erfassen. Somit können Temperaturabhängigkeiten des Impedanzmesswertes korrigiert werden bzw. eine Temperaturkompensation des Messsignals vorgenommen werden.
Die Elektroden 5, 6 können beispielsweise mittels Dickschichttechnik auf der Oberfläche des Partikelfilters 1 oder auch durch Aufsprühen oder Aufpinseln eines elektrisch leitfähigen Materials aufgebracht sein. Vorteilhaft ist es auch, metallhaltige Folien mit dem Filterkörper beispielsweise durch Versintern in innigen Kontakt zu bringen. Eine Lagefixierung der Elektroden 5, 6 auf dem Filterkörper kann auch durch die im eingebauten Zustand auftretende Presskraft der Montagematte 4 erfolgen.
In Fig. 2 ist eine weitere vorteilhafte Anordnung dargestellt, wobei die in Bezug auf Fig. 1 funktionsgleichen Bestandteile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Im Gegensatz zu der in Fig. 1 dargestellten Anordnung sind die Elektroden 5, 6 gemäß Fig. 2 nicht unmittelbar mit dem Partikelfilter 1 in Berührkontakt, sondern in geringem Abstand zur Oberfläche des Partikelfilters 1 angeordnet. Beispielsweise aufgrund der geringeren thermischen Belastung kann es vorteilhaft sein, die Elektroden 5, 6 im Außenbereich der Monta- gematte 4 anzuordnen, oder in die Montagematte 4 einzubetten. Je nach Dicke der Montagematte 4, sind die Elektroden 5, 6 typischerweise in einem Abstand im Millimeterbereich zur Oberfläche des Partikelfilterkörpers angeordnet. Für diese Anordnung ist es vorteilhaft, die Elektroden 5, 6 in Folienform auszubilden.
Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, wenigstens zwei, vorzugsweise mehrere Elektrodenpaare 5, 6 an unterschiedlichen Stellen anzubringen, wodurch eine ortsaufgelöste Ermittlung der Beladung im Partikelfilter 1 ermöglicht wird. Die von der Impedanzmessung erfassten Volumenteilbereiche können sich dabei überlappen oder voneinander getrennt sein. Auf diese Weise kann die Beladung des Partikelfilters 1 lokal ermittelt werden. Je nach Größe des Partikelfilters 1 und nach der angestrebten Ortsauflösung können drei, vier, oder mehr Messanordnungen, vorzugsweise in Abgasströmungsrichtung versetzt angeordnet sein. Da insbesondere der ausströmseitige Endbereich des Partikelfilters 1 verstopfungsanfällig ist, ist es bei mehreren erfassten Volumenteilbereichen vorteilhaft, diese in Strömungsrichtung des Abgases zunehmend dichter anzuordnen, was die Genauigkeit der Beladungsermittlung verbessert.
In Fig. 3 ist eine auf eine Ebene abgewickelte Elektrodenanordnung von zwei Elektrodenpaaren 5, 6 und 5', 6' schematisch dargestellt. Vorzugsweise sind die Elektroden 5, 6 und 5', 6' als Schicht auf einem dünnen und biegsamen Träger 10 aufgebracht, der anliegend an den Partikelfilter 1 oder an die Montagematte 4 montiert wird. Auf dem Träger 10 sind Zuleitungen 9 zu den Elektroden 5, 6 und 5', 61 aufgebracht, welche zu Anschlusskontakten 11 führen, die vorzugsweise an einem Endbereich des Trägers 10 angeordnet sind. Mittels eines nicht dargestellten Steck- oder Klemmkontakts ist so auf einfache Weise eine Verbindung mit dem in Fig. 3 nicht dargestellten Generator 8 ermöglicht. Diese Anordnung hat zusätzlich den Vorteil, dass für die Verbindung mit dem Generator 8 nur eine einzige Durchkontaktierung des den Partikelfilter 1 umschließenden Gehäuses realisiert werden muss .
Vorteilhaft ist es, die Elektroden 5, 6 und 5', 6' in Bezug auf ihre Mittellängsachse in einem Abstand a auf dem Träger 10 anzuordnen, welcher etwa dem halben Umfang des Partikelfilters 1 entspricht. Auf diese Weise sind die Elektroden 5, 6 und 5', 6' im montierten Zustand des Trägers 10 etwa diametral gegenüberliegend angeordnet. Ferner ist es vorteilhaft, die Elektroden 5, 6 und 5', 6' versetzt in Querrichtung bzw. in Längsrichtung des Trägers 10 auf diesem anzuordnen.
Auf diese Weise werden Rußansammlungen ortsaufgelöst erfasst und es kann eine Regeneration des Partikelfilters 1 eingeleitet werden, wenn die Rußbeladung in wenigstens einem der erfassten Volumenteilbereiche einen vorgebbaren Grenzwert überschreitet. Dadurch wird vermieden, dass der Partikelfilter 1 lokal über ein zulässiges Mindestmaß hinaus mit Ruß beladen wird und dadurch bei einer Regeneration durch Rußabbrand durch übermäßige Wärmefreisetzung an dieser Stelle zerstört wird. Es versteht sich, dass eine Regeneration auch ausgelöst wird, wenn festgestellt wird, dass die integrale Gesamtbeladung des Partikelfilters 1 einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet. Ferner ist es vorteilhaft, den die Regeneration auslösenden Grenzwert gegebenenfalls anzupassen, um beispielsweise auf sich ändernde Regenerationsbedingungen zu reagieren. Auf diese Weise wird ein unzulässiges Ansteigen des durch die Partikelfilterbeladung verursachten Gegendrucks vermieden. Durch das bedarfsgerechte, an die tatsächliche Rußbeladung angepasste Auslösen der Partikelfilterregeneration wird die Anzahl der Regenerationen auf ein Mindestmaß beschränkt und damit auch die thermische Belastung des Partikelfilters 1 und gegebenenfalls vorhandener weiterer Abgasreinigungseinheiten gering gehalten. Die für die Auslösung einer Regeneration maßgebenden Grenzwerte für die lokale Beladung bzw. die integrale Beladung werden zweckmäßigerweise in einem Steuergerät hinterlegt. Vorzugsweise wird von diesem Steuergerät der Betrieb des Dieselmotors gesteuert und für eine Regeneration des Partikelfilters 1 umgestellt. Hierfür geeignete Betriebsweisen sind dem Fachmann geläufig und bedürfen daher hier keiner weiteren Erläuterung.
Vorteilhaft ist es, wenn die Regenerationszeit des Partikelfilters 1 in Abhängigkeit von der vor der Auslösung der Regeneration festgestellten lokalen und/oder integralen Beladung z.B. durch eine kennfeidbasierte Regenerationszeitvorgabe festgelegt wird. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, die Temperatur im Partikelfilter 1 zu erfassen und die Regenerationszeit in Abhängigkeit von vorab gespeicherten Rußabbrandgeschwindigkeiten für die jeweilige Temperatur festzulegen. Der Erfolg der Regeneration wird zweckmäßig nach Abschluss der Regeneration durch eine erneute Ermittlung der Beladung überprüft. Die Regenerationszeitvorgabe kann entsprechend korrigiert werden, indem ein Vergleich zwischen der festgestellten Beladung vor und nach der Regeneration ausgewertet wird. Auf diese Weise wird vermieden, dass der für die Regeneration erforderliche Betriebszustand länger als notwendig aufrechterhalten bleibt; der Energieaufwand bzw. Kraftstoffmehr- verbrauch für die Regeneration wird dadurch klein gehalten. Für eine zuverlässige Festlegung der Regenerationsdauer ist es dabei zweckmäßig, eine Mittelung aus den entsprechenden Werten vor und nach mehreren Regenerationen vorzunehmen.
Besonders vorteilhaft ist es, die Beladung des Partikelfilters auch während der Regeneration zu überwachen. Der Regenerationsbetrieb wird dann vorzugsweise solange aufrechterhalten, bis die Beladung in jedem der von entsprechenden Elektrodenpaaren erfassten Volumenteilbe- reiche einen vorgebbaren unteren Grenzwert unterschritten hat. Auf diese Weise werden unvollständige Partikelfilterregenerationen vermieden und die Aufnahmekapazität des Partikelfilters 1 für den nachfolgenden Normalbetrieb des Dieselmotors wird maximiert.
Die Ermittlung der Partikelfilterbeladung in zwei oder mehreren Volumenteilbereichen des Partikelfilters 1 wird vorteilhafterweise auch zur Differenzierung zwischen einem Rußbeladungsanteil und einem Aschebeladungsanteil genutzt. Hierzu wird ausgenützt, dass sich das Messsignal eines jeweiligen Elektrodenpaares additiv aus einem durch die Rußbeladung und einem durch die Aschebeladung verursachten Anteil zusammensetzt und die Aschebeladung kontinuierlich anwächst. Obschon der Beitrag der Aschebeladung am gesamten Messsignal gering ist, kann der Aschebeladungsanteil gegebenenfalls ermittelt werden, wenn der zeitliche Verlauf des Messsignals erfasst wird und ein im Verlauf der Einsatzdauer des Partikelfilters stetig anwachsender Signalanteil ermittelt und berücksichtigt wird. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang auch eine Variation der Messfrequenz.
Insbesondere bei einem sehr geringen Anteil der Aschebeladung am Messsignal ist es vorteilhaft, die Aschebeladung indirekt zu ermitteln, indem das Messsignal hinsichtlich seines zeitlichen und örtlichen Verlaufs ausgewertet wird. Insbesondere ist es möglich, auf Grund des gegebenenfalls unterschiedlichen Verlauf des Messsignals festzustellen, inwieweit ein Teil des Partikelfilters 1 stärker verrußt als ein anderer, bzw. ob auf Grund einer sehr starken Ascheablagerung in einem Volumenteilbereich nur noch eine geringe oder keine Verrußung mehr stattfindet.
Da mit steigender Aschebeladung die Aufnahmekapazität für Rußpartikel absinkt, ist es vorteilhaft die Regenerations- dauer und/oder die Zeitintervalle zwischen zwei Regeneratio- nen in Abhängigkeit von der ermittelten Aschebeladung anzupassen bzw. festzulegen.
Speziell kann eine totale Verstopfung durch Ascheablagerung festgestellt werden, wenn in einem der erfassten Volumenteilbereiche des Partikelfilters 1 eine Akkumulation von Ruß nicht mehr stattfindet, also ein zumindest annähernd stabiles Messsignal vorliegt. Insbesondere bei der Erfassung der Beladung in einer Mehrzahl von Bereichen des Partikelfilters 1 kann somit ein Ascheverfüllgrad in bezug auf das Gesamtvolumen des Partikelfilters ermittelt werden. Somit kann ein Unbrauchbarwerden des Partikelfilters 1 infolge einer überhöhten Aschebeladung rechtzeitig festgestellt werden und eine dementsprechende Warnmeldung ausgegeben werden. Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, eine vorausschauende Berechnung über den weiteren Verlauf der Ascheablagerung vorzunehmen und eine Warnmeldung auszugeben, wenn eine vorgebbare verbleibende Restlaufzeit bis zum Unbrauchbarwerden des Partikelfilters 1 unterschritten wird.
Im Falle eines Wall-Flow-Filters kann ein Unbrauchbarwerden auch infolge eines Stopfendurchbruchs auftreten. Damit ist in dem betreffenden Bereich keine Filterwirkung mehr vorhanden. Dieser Schadensfall kann daher erkannt werden, wenn über eine vorgebbare Zeitdauer kein nennenswerter Anstieg der Beladung in einem jeweiligen Bereich mehr erfolgt. Es ist vorgesehen, auch für diesen Schadensfall eine Fehlermeldung auszugeben.
Eine weitere Verbesserung der Zuverlässigkeit bei der Ermittlung des Beladungszustands und beim Betrieb des Partikelfilters wird erreicht, wenn zusätzlich zur erfindungsgemäßen Messanordnung ein Drucksensor bzw. Differenzdrucksensor zur Erfassung des Staudrucks stromauf des Partikelfilters eingesetzt wird. Auf der Basis des entsprechenden Drucksignals wird ebenfalls die Beladung des Partikelfilters charakterisiert. Hierfür können dem Fachmann geläufige Drucksensoren und Signalauswerteverfahren eingesetzt werden, weshalb auf weitere Ausführungen hierzu verzichtet werden kann.
Durch den Drucksensor kann die Zuverlässigkeit und Effizienz des Partikelfilterbetriebs weiter verbessert werden. Vorteil-haft ist es hierfür beispielsweise, die mittels der Impedanzmessanordnung ermittelte Partikelfilterbeladung einer Überprüfung, Plausibilitätskontrolle oder Korrektur anhand des Drucksignals zu unterziehen. Vorteilhaft ist es etwa, durch eine Wechselbeziehung in der Art einer Kreuzkorrelation die aus den Messsignalen der Impedanzmessanordnung erhaltenen Werte für die Rußbeladung oder die für den Ablauf der Partikelfilterregeneration maßgebenden Beladungsgrenzwerte gegebenenfalls mit den Drucksignalwerten abzugleichen oder zu korrigieren. Anhand des zusätzlichen Drucksensors ist es ferner möglich, eine Diagnose der Impedanzmessanordnung durchzuführen um Störungen oder Defekte festzustellen und gegebenenfalls anzuzeigen.

Claims

Patentansprüche
1. Vorrichtung zur Ermittlung des Beladungszustands eines als Formkörper ausgebildeten Partikelfilters (1) zur Reinigung von Brennkraftmaschinenabgas mit einer Messanordnung, umfassend ein Elektrodenpaar mit einer ersten Elektrode (5) und einer zweiten Elektrode (6), wobei zwischen der ersten Elektrode (5) und der zweiten Elektrode (6) ein Teilvolumenbereich des Partikelfilters (1) angeordnet ist und von der Messanordnung die zwischen der ersten Elektrode (5) und der zweiten Elektrode (6) wirksame elektrische Impedanz oder eine damit verknüpfte elektrische Kenngröße erfassbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (5) und die zweite Elektrode (6) flächig ausgebildet sind und als Platten eines Plattenkondensators einander gegenüberliegend angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (5) und/oder die zweite Elektrode (6) auf der äußeren Oberfläche des Partikelfilters (1) oder mit geringem Abstand zur äußeren Oberfläche des Partikelfilters (1) angeordnet sind,
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messanordnung wenigstens zwei Elektrodenpaare umfasst .
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Elektrodenpaar in Abgasströmung versetzt zum zweiten Elektrodenpaar angeordnet ist.
Verfahren zur Ermittlung des Beladungszustands eines als Formkörper ausgebildeten Partikelfilters (1) zur Reinigung von Brennkraftmaschinenabgas, bei welchem beim Betrieb der Brennkraftmaschine eine Beladung des Partikelfilters (1) mit Ruß und/oder Asche erfolgt und von Zeit zu Zeit eine Regeneration des Partikelfilters
(1) durch Abbrennen des auf dem Partikelfilter (1) angesammelten Rußes ausgelöst wird, wobei dem Partikelfilter (1) eine Messanordnung zugeordnet ist, welche eine erste Elektrode (5) und eine zweite Elektrode (6) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass von der Messanordnung die zwischen der ersten Elektrode (5) und der zweiten Elektrode (6) wirksame elektrische Impedanz oder eine damit verknüpfte elektrische Kenngröße erfasst wird und aus der Impedanz oder der Kenngröße eine Rußbeladung des Partikelfilters
(1) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (5) und/oder die zweite Elektrode (6) auf der äußeren Oberfläche des Partikelfilters (1) oder mit geringem Abstand zur äußeren Oberfläche des Partikelfilters (1) angeordnet sind und die elektrische Kapazität der aus erster Elektrode (5), zweiter Elektrode (6) und zwischen den Elektroden (5, 6) angeordneten Partikelfiltervolumenbereich gebildeten Anordnung ermittelt wird und aus der elektrischen Kapazität die Rußbeladung des Partikelfilters (1) ermittelt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration ausgelöst wird, wenn die ermittelte Rußbeladung einen vorgebbaren oberen Grenzwert überschritten hat.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dauer der Regeneration an die vor der Regeneration ermittelte Rußbeladung angepasst wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rußbeladung des Partikelfilters (1) nach erfolgter Regeneration ermittelt und mit einem vorgebbaren Sollwert verglichen wird und die Dauer einer nachfolgenden Regeneration in Abhängigkeit vom Ergebnis des Vergleichs festgelegt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Rußbeladung des Partikelfilters (1) während der Regeneration des Partikelfilters (1) ermittelt wird und die Regeneration beendet wird, wenn die Rußbeladung einen vorgebbaren unteren Grenzwert unterschreitet.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abgasdruck stromauf des Partikelfilters (1) erfasst wird und aus dem erfassten Abgasdruck eine mit der Beladung des Partikelfilters (1) korrelierende Größe ermittelt und zur Korrektur oder Überprüfung der von der Messanordnung ermittelten Rußbeladung herangezogen wird.
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