WO2015158376A1 - Verfahren zur überprüfung der funktionsfähigkeit eines partikelfilters - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a method for checking the functional capability of the exhaust train of a motor driving ⁇ generating motors arranged particulate filter.
  • the combustion of fuel in an internal combustion engine causes unwanted particles. Since these particles are harmful to health ⁇ , the legislation has set emission limits.
  • particle filters are used, in particular in the exhaust gas system of modern passenger car diesel engines. These are typically designed as wall-flow filters based on ceramic materials. Legislation also requires that the functionality of the filter be monitored by means of an "on-board diagnostic.”
  • a sensor is used to monitor the filtering capability of the wall-flow filter, which is located downstream of the particulate filter arranged and measures the concentration of particles in the exhaust gas. If the particulate filter is intact, a low particle concentration is measured. If the filter is damaged, an abnormally high concentration is Festge ⁇ represents.
  • the sensor If the current exceeds a threshold, it is changed to a regeneration mode.
  • the sensor is strongly heated by means of an electric heater, so that the accumulated soot burns and the current falls back to a lower level. Then the soot collection process starts from scratch.
  • the strength of the current between the electrodes depends on the particle load. At no or low load, the current is near zero and increases as the load increases. In order to be able to make a statement about the particle mass flow flowing past the sensor, the change of the
  • An intact particulate filter has a filter efficiency of over 99%.
  • a part of the gas flow can pass through the particle filter unhindered, so that the filter efficiency decreases.
  • the FiltersWe ⁇ ciency is independent of the concentration of particles upstream of the particulate filter.
  • a particulate filter is considered to be defective as soon as the mean particulate emissions at the exhaust system exit via a defined driving profile (eg NEDC) have a defined threshold
  • the filter efficiency is determined on the basis of a modeled particle concentration (soot concentration) upstream of the filter and the measured particle concentration downstream of the filter (via the particle sensor). The thus determined filter efficiency is then compared with the filter efficiency of the exhaust system, where the OBD threshold is defined in the travel profile just over ⁇ reached. If the measured efficiency is lower, there is a defective filter.
  • an offset tolerance in the measured particle concentration (soot concentration) can falsify the result of the filter efficiency determination. An offset in the positive direction causes the filter efficiency to be set too low and an intact filter to be classified as defective. Conversely, a negative offset can result in a defective filter not being recognized as such.
  • the present invention has for its object to provide a method of the type mentioned, with respect to the verification of the functioning of a
  • Particle filter provides particularly accurate results.
  • a systematic offset error (a permanent deviation) of a particle filter or a particle sensor used for such a method should be detected hereby.
  • This object is achieved in a method of the type indicated by the following steps:
  • the real filter efficiency is upstream of the particle concentration
  • Particulate filter This means that the filter efficiency calculated from the measured concentration upstream in a tole ⁇ ranzinate system at low and high concentrations is the same. This property makes the use to enable concentration offset detection. The effects of offset are naturally greatest at low concentrations and decrease with increasing concentration. At very high concentrations, offset deviation is almost negligible. This means that the determined filter efficiency approaches asymptotically to the true value. Therefore, a concentration variable efficiency indicates an offset error.
  • the method according to the invention evaluates the changes in filter efficiency during a large change in the raw emissions. In this way it is possible to detect an offset error in the concentration measurement. This can reduce or eliminate misdiagnosis in particulate filter monitoring or particulate filter inspection.
  • an offset error For the determination of an offset error, two criteria are used in the method according to the invention, namely the magnitude of the absolute difference between the determined filter efficiencies and the difference between the measured particle concentrations. If the absolute difference between the filter efficiencies exceeds a predetermined threshold, it is assumed that an offset error, because there is a variable over the concentration efficiency.
  • the first operating point is one with low particulate emissions.
  • a stabilization phase is expediently provided according to the invention.
  • an offset error is derived from the difference between the filter efficiencies (exceeded one Threshold), it can be determined whether a positive or negative offset is present depending on the sign of the difference between the filter efficiencies.
  • the method according to the invention is preferably used for determining the offset of a particle sensor used for measuring the particle concentration.
  • the method is carried out in particular for checking the operability of a soot filter.
  • FIGURE shows a schematic flow chart of a method for checking the functionality of a particulate filter.
  • the method is carried out as on-board diagnosis on a soot filter arranged in the exhaust gas line of a diesel engine. Downstream of the soot filter is a soot sensor for measuring soot concentration in the exhaust gas.
  • the soot concentration c_l in the exhaust gas downstream of the soot filter is measured at a first operating point in a first step (step 1).
  • a second step (step 2) the efficiency of the soot filter eff_l from the measured concentration and Rußkon ⁇ a modeled carbon black concentration (Rußemis- sions model) upstream of the soot filter is determined.
  • step 3 the operating point of the engine is changed so that the soot emissions upstream of the soot filter increase sharply. This is transferred to a second operating point. Now, again, the particle concentration c_2 in the exhaust gas measured downstream of the soot filter, at the selected second operating point (step 4).
  • the filter efficiency eff_2 at the second operating point is determined analogously to the procedure of the first operating point, so that now two filter efficiencies eff_l and eff_2 are available (step 5).
  • the absolute difference is now determined (step 6). If the absolute difference between the filter efficiencies exceeds a predetermined threshold, an offset error is detected (step 7). By taking into account this determined offset error then misdiagnosis in the soot filter monitoring or inspection can be reduced or eliminated.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugmotors angeordneten Partikelfilters beschrieben. Mit diesem Verfahren, mit dem die Änderungen des Filterwirkungsgrades während einer starken Änderung der Partikelrohemissionen bewertet werden, ist eine Erkennung eines Offset-Fehlers in der Konzentrationsmessung möglich. Hierdurch können Fehldiagnosen in der Partikelfilterüberwachung bzw. -überprüfung reduziert oder ausgeschlossen werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines
Partikelfilters
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines im Abgasstrang eines Kraftfahr¬ zeugmotors angeordneten Partikelfilters. Bei der Verbrennung von Kraftstoff in einem Verbrennungsmotor entstehen ungewollt Partikel. Da diese Partikel gesundheits¬ schädlich sind, hat der Gesetzgeber Emissionsgrenzwerte festgelegt. Um diese Partikelgrenzwerte einhalten zu können, werden insbesondere im Abgasstrang von modernen PKW-Dieselmoto- ren Partikelfilter eingesetzt. Diese sind typischerweise als Wandstromfilter auf Basis von Keramikwerkstoffen ausgeführt. Der Gesetzgeber verlang zudem, dass die Funktionsfähigkeit des Filters überwacht wird, und zwar mithilfe einer sogenannten „On Board Diagnose". Um diese Anforderungen an die Überwachung zu erfüllen, wird ein Sensor zur Überwachung der Filterfähigkeit des Wandstromfilters eingesetzt. Dieser Partikelsensor wird stromab des Partikelfilters angeordnet und misst die Konzentration an Partikeln im Abgas. Falls der Partikelfilter intakt ist, wird eine geringe Partikelkonzentration gemessen. Wenn der Filter geschädigt ist, wird eine abnorm hohe Konzentration festge¬ stellt.
Bei einem derartigen Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Partikelfilters ist eine korrekte Messung des Partikelsensors entscheidend, da anderenfalls falsche Ergeb¬ nisse in Bezug auf die Partikelfilter-Diagnose erreicht werden. Die Problematik besteht nun darin, auf zuverlässige Weise zu erkennen, ob der Sensor korrekt misst. Bei derartigen Partikelsensoren (Rußsensoren) , welche nach dem resistiven Prinzip arbeiten, wird zwischen zwei Elektroden eine Spannung angelegt. Befindet sich ein solcher Rußsensor in einer rußhaltigen Umgebung, lagert sich zwischen den Elektroden Ruß an. Da Ruß im Wesentlichen aus C-Atomen besteht und Kohlenstoff ein elektrischer Leiter ist, kann zwischen den Elektroden ein Strom fließen. Im normalen Betriebsmodus lagert sich kontinuierlich Ruß auf der Oberfläche des Sensorelementes an. Dies führt dazu, dass der Strom ebenfalls kontinuierlich ansteigt. Überschreitet der Strom eine Schwelle, wird in einen Regenerationsmodus gewechselt. Dabei wird der Sensor mittels einer elektrischen Heizung stark erhitzt, so dass der angelagerte Ruß abbrennt und der Strom auf ein niedrigeres Niveau zurückfällt. Danach beginnt der Rußsammlungsprozess von vorne.
Die Stärke des Stromes zwischen den Elektroden ist von der Partikelbeladung abhängig. Bei keiner oder niedriger Beladung ist der Strom nahe Null und nimmt mit steigender Beladung zu. Um eine Aussage über den Partikelmassenstrom, der am Sensor vorbeifließt, treffen zu können, muss die Änderung des
Stromsignals ausgewertet werden. Anhand der Änderungsrate des Stromsignals kann eine Korrelation zum Partikelmassenstrom gefunden werden. Die Auswertung der Stromänderung ermöglicht die Bewertung des Partikelmassenstromes in einem beschränkten Zeitraum.
Ein intakter Partikelfilter hat einen Filterwirkungsgrad von über 99 %. Durch eine Rissbildung in der Keramik kann ein Teil der Gasströmung den Partikelfilter ungehindert durchqueren, so dass der Filterwirkungsgrad sinkt. Dabei ist der Filterwir¬ kungsgrad unabhängig von der Partikelkonzentration stromauf des Partikelfilters. Ein Partikelfilter gilt als fehlerhaft, sobald die mittleren Partikelemissionen am Ausgang der Abgasanlage über ein definiertes Fahrprofil (z.B. NEDC) eine definierte Schwelle
(OBD-Grenzwert) überschreiten. Dieser Partikelfilter muss auch zuverlässig im Feld detektiert werden. Dazu wird anhand einer modellierten Partikelkonzentration (Rußkonzentration) stromauf des Filters und der gemessenen Partikelkonzentration stromab des Filters (über den Partikelsensor) der Filterwirkungsgrad ermittelt. Der auf diese Weise bestimmte Filterwirkungsgrad wird dann mit dem Filterwirkungsgrad der Abgasanlage verglichen, bei dem der OBD-Grenzwert im definierten Fahrprofil gerade über¬ schritten wird. Ist der gemessene Wirkungsgrad niedriger, liegt ein defekter Filter vor. Bei diesem bekannten Verfahren kann eine Offset-Toleranz in der gemessenen Partikelkonzentration (Rußkonzentration) das Ergebnis der Filterwirkungsgradbestimmung verfälschen. Ein Offset in die positive Richtung führt dazu, dass der Filterwirkungsgrad zu niedrig bestimmt und ein intakter Filter als defekt eingestuft wird. Umgekehrt kann ein negativer Offset dazu führen, dass ein defekter Filter nicht als solcher erkannt wird.
Bisher sind keine Verfahren bekannt, um einen systematischen Offset-Fehler eines Partikelsensors (Rußsensors) zu erkennen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das hinsichtlich der Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines
Partikelfilters besonders exakte Ergebnisse liefert. Insbe- sondere soll hiermit ein systematischer Offset-Fehler (eine bleibende Abweichung) eines Partikelfilters bzw. eines für ein derartiges Verfahren verwendeten Partikelsensors erkannt werden . Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art durch die folgenden Schritte gelöst:
Messen der Partikelkonzentration im Abgas stromab des
Partikelfilters an einem ersten Betriebspunkt;
Ermitteln des Filterwirkungsgrades aus der gemessenen
Partikelkonzentration 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 im Abgas stromab des
Partikelfilters am zweiten Betriebspunkt;
Ermitteln des Filterwirkungsgrades am zweiten Betriebspunkt analog zur Vorgehensweise am ersten Betriebspunkt;
Ermitteln der absoluten Differenz zwischen den Filterwirkungsgraden; und
Feststellen eines Offset-Fehlers , wenn die absolute Differenz zwischen den Filterwirkungsgraden eine festgelegte Schwelle überschreitet.
Wie vorstehend erwähnt, ist der reale Filterwirkungsgrad un- abhängig von der Partikelkonzentration stromauf des
Partikelfilters. Das bedeutet, dass der aus der gemessenen Konzentration ermittelte Filterwirkungsgrad in einem tole¬ ranzfreien System bei niedrigen und hohen Konzentrationen stromauf identisch ist. Diese Eigenschaft macht sich die Er- findung zunutze, um eine Konzentrations-Offset-Erkennung zu ermöglichen. Die Auswirkungen des Offsets sind naturgemäß bei kleinen Konzentrationen am größten und nehmen mit zunehmender Konzentration ab. Bei sehr hohen Konzentrationen ist eine Offset-Abweichung nahezu vernachlässigbar. Das bedeutet, dass der ermittelte Filterwirkungsgrad asymptotisch auf den wahren Wert zuläuft. Daher deutet ein über die Konzentration variabler Wirkungsgrad auf einen Offset-Fehler hin. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt eine Bewertung der Änderungen des Filterwirkungsgrades während einer starken Änderung der Rohemissionen. Auf diese Weise ist eine Erkennung eines Offset-Fehlers in der Konzentrationsmessung möglich. Hierdurch können Fehldiagnosen in der Partikelfilterüberwachung bzw. Partikelfilterüberprüfung reduziert oder ausgeschlossen werden .
Für das Feststellen eines Offset-Fehlers finden bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zwei Kriterien Verwendung, nämlich die Größe der absoluten Differenz zwischen den ermittelten Filterwirkungsgraden und der Unterschied zwischen den gemessenen Partikelkonzentrationen. Überschreitet die absolute Differenz zwischen den Filterwirkungsgraden eine festgelegte Schwelle, wird von einem Offset-Fehler ausgegangen, weil hier ein über die Konzentration variabler Wirkungsgrad vorliegt.
Vorzugsweise ist der erste Betriebspunkt ein solcher mit niedrigen Partikelemissionen. Vor der Messung der Partikelkonzentrationen wird zweckmäßigerweise erfindungsgemäß eine Stabilisierungsphase vorgesehen.
Wenn ein Offset-Fehler aus der Differenz zwischen den Filterwirkungsgraden abgeleitet wird (Überschreiten einer Schwelle) , kann abhängig vom Vorzeichen der Differenz zwischen den Filterwirkungsgraden bestimmt werden, ob ein positiver oder negativer Offset anliegt. Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise zur Ermittlung des Offsets eines zum Messen der Partikelkonzentration verwendeten Partikelsensors eingesetzt.
Das Verfahren wird insbesondere zur Überprüfung der Funkti- onsfähigkeit eines Rußfilters durchgeführt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines
Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Die einzige Figur zeigt ein schematisches Ablaufdiagram eines Verfahrens zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines Partikelfilters.
Das Verfahren wird als On Board Diagnose an einem im Abgasstrang eines Dieselmotors angeordneten Rußfilter durchgeführt. Stromab des Rußfilters befindet sich ein Rußsensor zum Messen der Rußkonzentration im Abgas.
Zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Rußfilters wird in einem ersten Schritt (Schritt 1) die Rußkonzentration c_l im Abgas stromab des Rußfilters an einem ersten Betriebspunkt gemessen. In einem zweiten Schritt (Schritt 2) wird der Wirkungsgrad eff_l des Rußfilters aus der gemessenen Rußkon¬ zentration und einer modellierten Rußkonzentration (Rußemis- sions-Modell ) stromauf des Rußfilters ermittelt.
In Schritt 3 wird der Betriebspunkt des Motors gewechselt, so dass die Rußemissionen stromauf des Rußfilters stark ansteigen. Hierbei wird auf einen zweiten Betriebspunkt übergegangen. Es wird jetzt wiederum die Partikelkonzentration c_2 im Abgas stromab des Rußfilters gemessen, und zwar am gewählten zweiten Betriebspunkt (Schritt 4). Der Filterwirkungsgrad eff_2 am zweiten Betriebspunkt wird analog zur Vorgehensweise der am ersten Betriebspunkt ermittelt, so dass nunmehr zwei Filter- Wirkungsgrade eff_l und eff_2 zur Verfügung stehen (Schritt 5) .
Zwischen den beiden Filterwirkungsgraden wird nunmehr die absolute Differenz ermittelt (Schritt 6) . Wenn die absolute Differenz zwischen den Filterwirkungsgraden eine festgelegte Schwelle überschreitet, wird ein Offset-Fehler festgestellt (Schritt 7). Durch Berücksichtigung dieses ermittelten Offset-Fehlers können dann Fehldiagnosen in der Rußfilter-Überwachung oder -Überprüfung reduziert oder ausgeschlossen werden .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugmotors angeordneten
Partikelfilters mit den folgenden Schritten:
Messen der Partikelkonzentration (c_l)im Abgas stromab des Partikelfilters an einem ersten Betriebspunkt; Ermitteln des Filterwirkungsgrades (eff_l) aus der gemessenen Partikelkonzentration (c_l) 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 Be¬ triebspunkt analog zur Vorgehensweise am ersten Betriebspunkt;
Ermitteln der absoluten Differenz zwischen den Filterwir- kungsgraden (eff_l und eff_2); und
Feststellen eines Offset-Fehlers , wenn die absolute Differenz zwischen den Filterwirkungsgraden (eff_l und eff_2) eine festgelegte Schwelle überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Betriebspunkt ein solcher mit niedrigen
Partikelemissionen ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor der Messung der Partikelkonzentration am ersten und zweiten Betriebspunkt eine Stabilisierungsphase vorgesehen wird .
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig vom Vorzeichen der Differenz zwischen den Filterwirkungsgraden (eff_l, eff_2) bestimmt wird, ob ein positiver oder negativer Offset anliegt.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Ermittlung des Offsets eines zum Messen der Partikelkonzentration verwendeten
Partikelsensors eingesetzt wird.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zur Überprüfung der Funktions¬ fähigkeit eines Rußfilters durchgeführt wird.
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