WO2017220083A1 - Einrichtung zur abgasreinigung mit filterfunktion und diagnoseverfahren für diese einrichtung - Google Patents

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Florian BRÖER
Paul TOURLONIAS
Sascha Sengpiehl
Karsten KLUG
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    • F01N3/28—Construction of catalytic reactors
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Definitions

  • the invention relates to a device for exhaust gas purification with a filter function, preferably a particle filter and a diagnostic method for this device.
  • Filters for exhaust systems are known in particular as particulate filters for diesel engines. Particulate filters continue to be used in petrol engines.
  • the exhaust gas cleaning components must comply with the statutory requirements in
  • OBD on-board diagnostic
  • Oxygen filling model of the catalyst are considered in terms of their course and from these a diagnosis information related to the degree of aging is formed. A diagnosis regarding a filter function does not take place here.
  • the signal of the lambda probes is used to determine the oxygen storage capacity.
  • the catalyst or its porous base substrate is coated with a catalytically active material. Destruction of the channel walls is believed to result in decreasing catalytic efficacy, and hence reduced efficiency Filter effect can be diagnosed.
  • the method has only a low selectivity, since on the one hand, the catalytic effect can decrease without a reduced filter function is present and further destructions in the end
  • Plug area of the closed channels continues to be given a good catalytic activity even if particles can pass unfiltered, since already at the
  • Catalyst wherein an oxygen storage capacity of the catalytic device is determined.
  • the storage capacity is determined by means of the lambda probe signal after filtering and in response to a fat-lean / lean fat jump. Damage to the filter is diagnosed from a decreasing storage capacity.
  • a catalytically active particle filter which has long ago in its flow direction in a porous substrate channels which are mutually closed on the inflow and outflow.
  • the exhaust gas flow can thus pass only through the filter substrate to the downstream side.
  • the coating containing the storage material is introduced inhomogeneously onto or into the substrate in such a way that the storage material concentration on the upstream side is highest.
  • a channel end zone is described which is based exclusively on the latter
  • the applied material is arranged to act as an intact filter in its interaction with the
  • the object of the invention is a device for exhaust gas purification with a filter function, in particular a particle filter with good diagnostic properties provide and provide a method of diagnosis of this device, which allows the most accurate detection of disturbances of the filter capability.
  • the device for exhaust gas purification with filter function consists of a gas-permeable substrate, which forms a wall-flow filter, which has at least closed end channels for the flowing exhaust gas.
  • the exhaust gas is through the end
  • oxygen-storing coating is provided.
  • the oxygen-storing coating is provided.
  • Coating is preferably a cerium oxide.
  • the oxygen-storing material is predominantly coated on the outflow side of the device on the surface of the substrate. This may also be a coating of the pores in the substrate wall which is carried out from the outlet side and which is advantageous, in particular, for achieving a low exhaust backpressure. Based on the mass of the oxygen storage material, the proportion of coated on a downstream surface of the substrate is higher than that on an upstream surface of the substrate. This can be about
  • the mass of the oxygen-storing material is inhomogeneously distributed on the flow path of the exhaust gases through the device, so that the amount of the oxygen-storing material increases towards the downstream side.
  • the amount of oxygen-storing material coated on the downstream surface of the substrate is greater than 50% based on the total mass of the oxygen-storing material of the device.
  • the substrate on the inlet side has no oxygen-storing coating, so that only the outlet side of the device is coated with oxygen-storing material on the downstream surface of the device. In the case of a breakthrough in the outlet-side plug region, the exhaust gas flows almost completely past the oxygen-storing coating.
  • the device is a particulate filter comprising, as the oxygen storage material, a ceria and / or a ceria-containing mixture which is coated on the surface of a ceramic substrate, e.g.
  • the average pore size of the coating is smaller than the pore size of the substrate, the substrate preferably having a pore size smaller than 30 ⁇ m, particularly preferably between 10 and 20 ⁇ m.
  • Wandstromfilters in relation to the outlet channels a ratio greater than 1 on.
  • the diameter of the inlet channels is thus larger, whereby the flow resistance of the inlet channels with respect to the outlet channels is smaller. If a breakthrough occurs in the plug region of the inlet channels, the exhaust gas is thus reduced by the reduced
  • the device for exhaust gas purification with filter function is preferably a particle filter, which is arranged in the flow path of the exhaust gases of a gasoline engine behind a 3-way catalytic converter.
  • the improved diagnosability is particularly advantageous here, since an increase in the exhaust gas back pressure is not desirable and
  • the design of the filter function must be such that an increased pressure drop across the filter is low.
  • the method according to the invention for the diagnosis of the device for exhaust gas purification with filter function diagnoses a wall-flow filter, which consists of a gas-permeable substrate that mutually on and downstream sealed channels.
  • the exhaust gas flow is passed through the duct walls.
  • the substrate that forms the channel wall has an oxygen-storing coating which is coated on the upstream and downstream surface of the substrate with different proportions, wherein the amount of oxygen-storing material of the coating on the downstream side of the wall-flow filter is greater than that on the upstream side and to diagnose the filtering capability of the device
  • Oxygen storage capacity is determined
  • the degree of damage is quantified when the storage capacity decreases, and the influence of the decreasing amount is quantitatively determined
  • Comparison data is determined and the device is diagnosed as defective with respect to the filter function when a defined threshold value of the degree of separation is exceeded.
  • the device is a wall-flow filter according to claims 1-9 wherein the oxygen-storing material, based on the total mass of the oxygen-storing material, to a proportion of> 50% on the downstream surface of the substrate is coated and wherein the oxygen storage capacity is determined by lambda probes.
  • lambda probes are at least one lambda probe in the flow path in front of the device and another lambda probe directly in the flow path to the device.
  • the storage capacity is calculated from the comparison of the signals of the lambda probe before and after the device with knowledge of
  • the storage capacity is determined from a fat-lean jump by determining the proportion of the exhaust gas mass flow which is necessary for the storage layer To fill oxygen. This can be recognized by the time delay, which exists between the signal of the upstream and after the device arranged lambda probe. Taking into account the flow time, the amount of exhaust gas is determined, which is necessary in lean operation to replenish the oxygen storage. After filling the oxygen storage, the signal of the arranged after the device lambda probe follows the signal of the sensor arranged in front of the device. From the time delay, the amount of exhaust gas and the lambda value before the device, the oxygen storage ability can be judged. A corresponding method can also be used for a lean-fat jump.
  • the storage of the oxygen is evaluated.
  • the consideration of the time delay of the lambda jump from lambda> 1 to lower lambda values into the rich region takes place.
  • the dissolution of the oxygen delays the signal jump in the rich region at the lambda probe after the device, so that also here from the exhaust gas mass, lambda value and time delay, an oxygen storage capacity can be determined.
  • One possible embodiment is the determination of the area enclosed between the lambda value before the wall-flow filter and the lambda value after the wall-flow filter. A large surface area is characteristic of a high oxygen storage capacity.
  • FIG. 1 is a schematic view of the device for exhaust gas aftertreatment with a filter function, which is designed as a wall-flow filter,
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a wall-flow filter.
  • the wall-flow filter consists of a housing 5 and a gas-permeable substrate disposed therein, in which channels are formed, which are alternately closed on the inlet and outlet side by plugs 2, 3, so that the exhaust gas stream 1 is forced through the walls of the channels.
  • the Substrate is preferably made of ceramic and has in the usual design a pore size in the range between 10 and 20 ⁇ .
  • the wall-flow filter has on the downstream surface of the substrate, a coating 4, which consists of at least one oxygen-storing material such as cerium dioxide Cer02 or which consists of a mixture of a cerium oxide with other catalytically active materials. No coating is shown on the upstream surface. This may also be present, but according to the invention, the amount of coating on the upstream surface of the substrate is lower than on the downstream side. Based on the figure below are possible errors of the facilities and your
  • the oxygen-storing effect of the coating depends on the exhaust gas flow passing through the wall to the downstream side. Since the exhaust gas component flowing through the wall is also filtered, a good correlation of the
  • FIG. 2 shows in two diagrams the profile of the lambda measured values (top) and in each case their first derivative (bottom) for an undamaged wall-flow filter which, according to the invention described on FIG. 1, has a coating on the downstream surface of the substrate made of an oxygen-storing material consists.
  • the filter has no inflow
  • the measuring signal corresponds to the lambda value, which is recorded with a so-called broadband probe, wherein the pumping current of the measuring cell of the broadband probe is mapped to the lambda value shown here.
  • a dashed line shows the lambda desired value, which, as shown here by way of example, oscillates between a desired value of lambda equal to 0.95 and 1.05 with a sudden change.
  • a fat-lean jump of the lambda setpoint which via a corresponding control of the
  • Oxygen storage capacity of the coating is.
  • the first derivative of the lambda value before the wall-flow filter (solid line) and the lambda measured value after the wall-flow filter (dotted line) are shown in each case. It can be seen that in each case after the time T1 and T2 a representable change of the gradient results due to the change of the lambda signals. In particular, the range between the respective sudden changes of the setpoint is interesting for the evaluation described below.
  • the gradient profile determined here in each case shows an extreme value S directly at the times T1 and T2, which is excited by the abrupt change in setpoint value. Between these extreme values S occurs in the
  • the curve of the lambda signal shown in dotted lines after the wall-flow filter shows a changed course with respect to FIG.
  • a time-related tracking of the lambda value is formed for the case illustrated in FIG the wall-flow filter to the lambda value before the wall-flow filter.
  • the lambda signal after the wall-flow filter shows, after a first following of the signal, a small plateau P in said region.
  • the changes in the lambda curve after the wall-flow filter are correspondingly formed in the lower graph of the gradients.
  • FIG. 4 diagrammatically shows the profile of the lambda measured values and their first derivative for a wall-flow filter damaged in the wall region.
  • the curves are shown in the same form of representation as described for FIGS. 2 and 3. It can be seen that qualitatively results in a similar course of the lambda values and their first derivatives, as described previously to Figure 3. In different sizes, both the plateau P and the peaks A and the peak B occurring in the curve of the gradient of the lambda value after the filter can be seen. The different quantitative characteristics of the gradients are characteristic of the respective damage pattern.
  • Embodiment has described the determination of the oxygen storage capacity.
  • a method is described below, which uses the difference of the lambda values before and after the wall-flow filter. After the fat-lean jump of the lambda nominal value, the time is waited for at which the lambda value after the wall-flow filter exceeds the value 1. The gradient of the lambda value after the wall-flow filter is evaluated in terms of time. The first occurring local extreme value (peak A) is determined and, after the extreme value of the gradient curve, the difference between the lambda values before and after the time interval is determined
  • Wall-flow filter is below the value 1.
  • Lambda value after the wall-flow filter (peak A), the applicable delay time has expired.
  • the lambda values before and after the wall-flow filter are used at this time to form the difference between them. If the difference exceeds a definable threshold value, then a damaged wall-flow filter is assumed. For a damaged wall-flow filter, the lambda difference in the region of the plateau P is evaluated. Turning the described method to a
  • the result is a measurement time at which the lambda value after the wall-flow filter has already again approached the lambda value before the wall-flow filter.
  • the lambda difference is thus smaller for an undamaged wall-flow filter in its amount.
  • the threshold values and, if applicable, the applicable delay time can be determined, for example, on the basis of test runs on test benches.
  • the described method of lambda difference can be compared with the above combined methods of evaluating the oxygen storage ability to improve the selectivity of the damage detection.
  • undamaged wall-flow filter to detect a nearly S-shaped contour of the curve of the lambda value before and after the wall-flow filter.
  • a peak A forms in the gradient of the lambda value before and after the wall-flow filter.
  • the evaluation now takes place as to whether, after the occurrence of the peak A, a plateau-shaped course of the lambda value can be recognized after the wall-flow filter. This can be done on the basis of the value of the lambda value remaining constant over a period of time according to the wall-flow filter or it is observed whether another extreme value in the gradient curve (peak B) appears before the renewed setpoint step of the lambda setpoint.
  • the occurrence of the second extreme value (peak B) as well as the plateau following the peak A are characteristic of a damaged wall-flow filter.
  • Wall-flow filter applicable.
  • a two-point sound provides only one peak (A) here due to the steep probe signal and the formation of a plateau is not assessable.
  • the described method of lambda difference is also applicable when using a jumping probe before and after the wall-flow filter.
  • the time point after the peak A of the gradient of the lambda value after the wall-flow filter is also used here, whereby the difference of the probe voltage is the value of

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Abgasreinigung mit Filterfunktion, welche hinsichtlich Ihrer Diagnostizierbarkeit hinsichtlich Filterschädigungen optimiert ist. Sie besteht aus einem gasdurchlässigem Substrat, das einen Wandstromfilter bildet, der zumindest endseitig verschlossene Kanäle für das durchströmende Abgas bildet, wobei das Abgas durch die aus dem Substrat gebildeten gasdurchlässige Kanalwände strömt. Das Substrat ist an seiner Oberfläche mit einer sauerstoffspeichernden Beschichtung (4), wie z.B. Ceroxid, versehen, wobei die Masse des auf der abströmseitigen Oberfläche des Substrates beschichteten sauerstoffspeichernden Materials höher ist als die Masse des sauerstoffspeichernden Materials, welches auf einer anströmseitigen Oberfläche des Substrates beschichtet ist. Die Sauerstoffspeicherfähigkeit der sauerstoffspeichernden Beschichtung (4) zur Diagnose der Filterfunktion wird durch zwei Lamdasensoren erfasst.

Description

Einrichtung zur Abgasreinigung mit Filterfunktion und Diagnoseverfahren für diese
Einrichtung
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Abgasreinigung mit einer Filterfunktion, vorzugsweise einen Partikelfilter und ein Diagnoseverfahren für diese Einrichtung.
Filter für Abgassystemen sind insbesondere als Partikelfilter für Dieselmotoren bekannt. Partikelfilter werden weiterhin auch in Otto-Motoren verwand. Die Abgasreinigung betreffende Bauteile müssen entsprechend der gesetzlichen Vorschriften im
Fahrzeugbetrieb mittels einer On-Bord-Diagnose (OBD) überwacht werden und deren Ausfall bzw. verminderte Leistungsfähigkeit muss erkannt und signalisiert werden. Es ist insbesondere für Dieselmotoren bekannter Stand der Technik eine Diagnose der
Filterfunktion mittels Drucksensoren vorzunehmen und aus der Druckdifferenz über dem Filter eine Diagnoseinformation zu gewinnen. Bei der Verwendung von Filtern im
Abgasstrang von Ottomotoren ist eine solche Diagnose äußerst schwierig, da der deutlich geringere zulässige Abgasgegendruck keine sichere Erkennung von Durchbrüchen am Filter ermöglicht. Es ist daher insbesondere für Systeme mit geringem Abgasgegendruck vorteilhaft ein nicht Druck basiertes Verfahren zur Diagnose anzugeben.
Stand der Technik
Aus der deutschen Patentanmeldung DE 196 06 652 A1 ist es bekannt zur Bestimmung des Alterungsgrades eines Katalysators dessen Sauerstoffspeicherfähigkeit mittels zweier Lambdasonden zu bestimmen. Die im Betrieb des Katalysators aus Signalen der
Lambdasonde vor und nach Katalysator identifizierten Parameter eines
Sauerstofffüllungsmodells des Katalysators werden hinsichtlich ihres Verlaufes betrachtet und aus diesen wird eine auf den Alterungsgrad bezogene Diagnoseinformation gebildet. Eine Diagnose hinsichtlich einer Filterfunktion erfolgt hierbei nicht.
Aus der DE 10 2009 000 410 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose einer Abgasnachbehandlungseinrichtung mit Katalysator- und Filterfunktion beschrieben. Aus der Diagnoseinformation zur katalytischen Wirksamkeit wird auf die
Funktionsfähigkeit der Filtereinrichtung geschlossen. Zur Diagnose wird das Signal der Lambdasonden zur Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit genutzt. Hierfür ist der Katalysator bzw. dessen poröses Grundsubstrat mit einem katalytisch wirksamen Material beschichte. Es wird davon ausgegangen, dass eine Zerstörung der Kanalwände zu einer abnehmenden katalytischen Wirksamkeit führt und somit auch eine verringerte Filterwirkung diagnostiziert werden kann. Das Verfahren weist jedoch nur eine geringe Trennschärfe auf, da zum einen die katalytische Wirkung abnehmen kann ohne dass eine verringerte Filterfunktion vorliegt und weiterhin bei Zerstörungen im endseitigen
Stopfenbereich der verschlossenen Kanäle weiterhin eine gute katalytische Wirksamkeit gegeben ist auch wenn Partikel ungefiltert passieren können, da bereits an den
Kanalwänden bis zum Verlassen des Filters eine katalytische Reaktion stattfindet. Der Durchbruch im Stopfenbereich gilt aufgrund der thermischen Belastung im Bauteil als wahrscheinlichster Fall und sollte daher möglichst sicher erkannt werden.
DE 10 2011 106 933 A1 beschreibt ein Verfahren zur Diagnose eines 4 Wege
Katalysators, wobei eine Sauerstoffspeicherfähigkeit der katalytischen Einrichtung bestimmt wird. Die Speicherfähigkeit wird mittels des Lambdasondensignals nach Filter und als Reaktion auf einen Fett-Mager / Mager-Fett Sprung ermittelt. Eine Schädigung des Filters wird aus einer nachlassenden Speicherfähigkeit diagnostiziert.
Aus der DE 20 2009 018 901 111 ist ein katalytisch aktiver Partikelfilter bekannt, der längst in seiner Durchströmungsrichtung in einem porösen Substrat Kanäle aufweist, welche wechselseitig auf der Anström- bzw. Abströmseite verschlossen sind. Der Abgasstrom kann somit nur durch das Filtersubstrat zur Abströmseite gelangen. Um eine optimale Ausnutzung des Speichermaterials zu erreichen wird die das Speichermaterial enthaltende Beschichtung inhomogen auf bzw. in das Substrat derart eingebracht wird, dass die Speichermaterialkonzentration an der Anströmseite am höchsten ist.
Beschrieben werden sowohl anström- als auch abströmseitige Beschichtungen sowie Beschichtungen in den Poren des Substrates. Bezogen auf die Gesamtmenge des Speichermaterials befindet sich jeweils der überwiegende Teil der Beschichtung auf der Anströmseite und in den Poren des Substrates. In einem Ausführungsbeispiel (Figur 8) wird weiterhin eine Kanalendzone beschrieben, welche ausschließlich auf deren
Außenseite mit einem geringen Anteil des Speichermaterials beschichtet ist.
Inhomogenitäten der Beschichtung an der Oberfläche bzw. die in den Poren mit einem Übergewicht auf der Anströmseite sind so gewählt, dass sie einen optimierten
Sauerstoffspeichereffekt ermöglichen. Das auf- bzw. eingebrachte Material ist so angeordnet, dass es für einen intakten Filter in seiner Wechselwirkung mit dem
anströmenden Abgas eine möglichst hohe Speicherwirksamkeit gewährleistet.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Einrichtung zur Abgasreinigung mit Filterfunktion, insbesondere einen Partikelfilter mit guten Diagnoseeigenschaften zu schaffen und ein Verfahren zur Diagnose dieser Einrichtung anzugeben, welches eine möglichst genaue Erkennung von Störungen der Filterfähigkeit ermöglicht.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird durch eine Einrichtung zur Abgasnachbehandlung gemäß Anspruch 1 und ein Diagnoseverfahren gemäß Anspruch 9 und 1 1-13 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der Beschreibung.
Vorteile der Erfindung
Die Einrichtung zur Abgasreinigung mit Filterfunktion besteht aus einem gasdurchlässigen Substrat, das einen Wandstromfilter bildet, der zumindest endseitig verschlossene Kanäle für das durchströmende Abgas aufweist. Das Abgas wird durch das endseitige
Verschließen der Kanäle durch die aus dem Substrat gebildeten gasdurchlässigen Kanalwände gezwungen, wobei das Substrat an seiner Oberfläche mit einer
sauerstoffspeichernden Beschichtung versehen ist. Die sauerstoffspeichernde
Beschichtung ist dabei vorzugsweise ein Ceroxid. Erfindungsgemäß vorteilhaft ist das sauerstoffspeichernde Material zum überwiegenden Anteil auf der Abströmseite der Einrichtung auf der Oberfläche des Substrates beschichtet. Es kann sich dabei auch um eine von der Auslassseite erfolgte Beschichtung der Poren in der Substratwandung handeln, welche insbesondere für das Erreichen eines geringen Abgasgegendrucks vorteilhaft ist. Bezogen auf die Masse des sauerstoffspeichernden Materials, ist der Anteil der auf einer abströmseitigen Oberfläche des Substrates beschichtet ist höher als der auf einer anströmseitigen Oberfläche des Substrates. Hierbei kann es sich um
unterschiedliche Schichtdicken oder beschichtete Bereiche der Oberfläche handeln. Erfindungswesentlich ist hierbei, dass für eine gute Diagnostizierbarkeit die Differenz der Speicherfähigkeit für intakte und defekte Einrichtungen möglichst hoch ist. Dies wird durch die inhomogene Beschichtung erreicht. Bei einem Durchbruch der Einrichtung, also einem Leck im Stopfen- oder Wandbereich, passiert wenigstens ein Teil des Abgasstromes die Einrichtung ungefiltert. Anströmseitige sauerstoffspeichernde Beschichtungen bleiben somit wirksam und vermindern den messbaren Effekt der sinkenden Speicherfähigkeit, der aus einem mechanischen Defekt der Filtereinrichtung herrührt. Eine hinsichtlich der Diagnostizierbarkeit optimierte Beschichtung weist daher ein Übergewicht des
sauerstoffspeichernden Materials auf der Abströmseite auf. Dieses wird nur vollständig wirksam, wenn ein Übertritt der Gase durch das Substrat der Wandungen erfolgt. Erfindungsgemäß vorteilhaft ist daher die Masse des sauerstoffspeichernden Materials auf dem Strömungsweg der Abgase durch die Einrichtung inhomogen verteilt, so dass die Menge des Sauerstoffspeichernden Materials zur Abströmseite hin ansteigt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die auf der abströmseitigen Oberfläche des Substrates beschichtete Menge des sauerstoffspeichernden Materials größer 50 % bezogen auf die Gesamtmasse des sauerstoffspeichernden Materials der Einrichtung.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist das Substrat auf der Einlassseite keinerlei sauerstoffspeichernde Beschichtung auf, so dass lediglich die Auslassseite der Einrichtung mit sauerstoffspeicherndem Material auf der abströmseitigen Oberfläche der Einrichtung beschichtet ist. Bei einem Durchbruch im auslassseitigen Stopfenbereich strömt das Abgas nahezu vollständig an der sauerstoffspeichernden Beschichtung vorbei.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Einrichtung ein Partikelfilter, der als sauerstoffspeicherndes Material ein Ceroxid und/oder eine ein Ceroxid enthaltende Mischung aufweist, welche auf der Oberfläche eines keramischen Substrates z.B.
Cordierit beschichtet ist. Erfindungsgemäß vorteilhaft ist die durchschnittliche Porengröße der Beschichtung kleiner als die Porengröße des Substrates, wobei das Substrat bevorzugt eine Porengröße kleiner 30 μηι besonders bevorzugt zwischen 10 und 20μηι aufweist.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Durchmesser der Einlasskanäle des
Wandstromfilters im Verhältnis zu den Auslasskanälen ein Verhältnis größer 1 auf. Der Durchmesser der Einlasskanäle ist damit größer womit der Strömungswiderstand der Einlasskanäle gegenüber den Auslasskanälen kleiner ist. Erfolgt ein Durchbruch im Stopfenbereich der Einlasskanäle wird somit das Abgas durch den verminderten
Strömungswiderstand der Einlasskanäle bevorzugt und nahezu ungehindert durch diese geleitet, so dass das auf der Auslassseite beschichtete sauerstoffspeichernde Material nicht für den Abgasstrom wirksam wird. Eine ggf. vorhandene einlassseitige Beschichtung wird ebenfalls mit geringerer Wirksamkeit durchströmt, da durch die höhere
Strömungsgeschwindigkeit eine geringere Wechselwirkung mit dem
sauerstoffspeichernden Material stattfindet. Bei einem Durchbruch ist somit ein deutlicher, die Sauerstoffspeicherfähigkeit mindernder Effekt messbar, so dass eine verbesserte Diagnose erfolgen kann.
Erfindungsgemäß vorteilhaft ist die Einrichtung zur Abgasreinigung mit Filterfunktion bevorzugt ein Partikelfilter, der im Strömungsweg der Abgase eines Ottomotors hinter einem 3-Wege-Katalysator angeordnet ist. Die verbesserte Diagnostizierbarkeit ist hier besonders vorteilhaft, da ein Anwachsen des Abgasgegendrucks nicht erwünscht ist und somit die Auslegung der Filterfunktion so erfolgen muss, dass ein erhöhter Druckabfall über dem Filter gering ausfällt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Diagnose der Einrichtung zur Abgasreinigung mit Filterfunktion diagnostiziert einen Wandstromfilter, welcher aus einem gasdurchlässigen Substrat besteht, dass wechselseitig an- und abströmseitig verschlossene Kanäle aufweist. Der Abgasstrom wird dabei durch die Kanalwandungen geleitet. Das Substrat, dass die Kanalwandung bildet weist dabei eine sauerstoffspeichernde Beschichtung auf, welche auf der an- und abströmseitigen Oberfläche des Substrates mit unterschiedlichen Anteilen beschichtet ist, wobei die Menge des Sauerstoffspeichernden Materials der Beschichtung auf der Abströmseite des Wandstromfilters größer ist als der auf der Anströmseite und zur Diagnose der Filterfähigkeit der Einrichtung die
Sauerstoffspeicherfähigkeit ermittelt wird
und mit einem Referenzwert der Sauerstoffspeicherfähigkeit für eine funktionsfähige Einrichtung bestimmt wird und auf Basis des Vergleichs eine Diagnose hinsichtlich der Filterfunktion der Einrichtung erfolgt.
Erfindungsgemäß vorteilhaft wird bei einer Abnahme der Speicherfähigkeit das Maß der Schädigung quantifiziert, wobei quantitativ der Einfluss der abnehmenden
Speicherfähigkeit auf den Abscheidegrad auf Basis von in Versuchen ermittelten
Vergleichsdaten bestimmt wird und die Einrichtung hinsichtlich der Filterfunktion als fehlerhaft diagnostiziert wird, wenn ein definierter Schwellwert des Abscheidegrades unterschritten wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Diagnose der Einrichtung zur Abgasreinigung mit Filterfunktion bestimmt aus der Ermittlung der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Einrichtung eine Diagnoseinformation hinsichtlich der Filterfähigkeit. Die Einrichtung ist dabei ein Wandstromfilter gemäß der Ansprüche 1-9 wobei das sauerstoffspeichernde Material bezogen auf die Gesamtmasse des sauerstoffspeichernden Materials, zu einem Anteil > 50% auf der abströmseitigen Oberfläche des Substrates beschichtet ist und wobei die Sauerstoffspeicherfähigkeit über Lambdasonden bestimmt wird. Hierbei befinden sich wenigstens eine Lambdasonde im Strömungsweg vor der Einrichtung und eine weitere Lambdasonde direkt im Strömungsweg nach der Einrichtung. Bei einer sprunghaften Änderung des Sauerstoffgehaltes im Abgas wird die Speicherfähigkeit aus dem Vergleich der Signale der Lambdasonde vor und nach der Einrichtung unter Kenntnis des
Abgasmassenstromes bestimmt. Es sind dabei Verfahren bekannt, bei welchen aus einem Fett-Mager-Sprung die Speicherfähigkeit ermittelt wird, indem der Anteil des Abgasmassenstromes ermittelt wird, der notwendig ist um die Speicherschicht mit Sauerstoff zu füllen. Dieser ist am Zeitverzug erkennbar, der zwischen dem Signal der vor- und der nach der Einrichtung angeordneten Lambdasonde besteht. Unter Beachtung der Strömungslaufzeit wird die Abgasmenge ermittelt, welche im Magerbetrieb notwendig ist, um die Sauerstoffspeicher aufzufüllen. Nach Füllung der Sauerstoffspeicher folgt das Signal der nach der Einrichtung angeordneten Lambdasonde dem Signal der vor der Einrichtung angeordneten Sonde. Aus dem Zeitverzug, der Abgasmenge und dem Lambdawert vor der Einrichtung kann die Sauerstoffspeicherfähigkeit beurteilt werden. Ein entsprechendes Verfahren kann auch für einen mager-fett Sprung angewendet werden. Hierbei wird das Ausspeichern des Sauerstoffs bewertet. Auch hier erfolgt die Betrachtung des Zeitverzuges des Lambdasprungs von Lambda >1 zu geringeren Lambdawerten in den fetten Bereich. Das Herauslösen des Sauerstoffs verzögert den Signalsprung in den fetten Bereich an der Lambdasonde nach der Einrichtung, so dass auch hier aus Abgasmasse, Lambdawert und Zeitverzug eine Sauerstoffspeicherfähigkeit bestimmt werden kann. Eine mögliche Ausführungsform ist dabei die Bestimmung der zwischen dem Lambdawert vor dem Wandstromfilter und dem Lambdawert nach dem Wandstromfilter eingeschlossenen Fläche. Ein großer Flächeninhalt ist kennzeichnend für eine hohe Sauerstoffspeicherfähigkeit.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines exemplarischen Ausführungsbeispiels beschrieben.
Hierbei zeigen:
- Fig. 1 eine schematische Ansicht der Einrichtung zur Abgasnachbehandlung mit einer Filterfunktion, welche als Wandstromfilter ausgebildet ist,
- Fig. 2 schematisiert den Verlauf der Lambdamesswerte und deren Ableitung für einen unbeschädigten Wandstromfilter
- Fig. 3 schematisiert den Verlauf der Lambdamesswerte und deren Ableitung für einen im Stopfenbereich beschädigten Wandstromfilter
- Fig. 4 schematisiert den Verlauf der Lambdamesswerte und deren Ableitung für einen im Wandbereich beschädigten Wandstromfilter
Die Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Wandstromfilter. Ein symbolisch mit dem Pfeil 1 angedeuteter Abgasstrom, welcher aus einem
Verbrennungsmotor stammt, wird über übliche - nicht dargestellte - Abgasleitungen einer Abgasanlage zu dem Wandstromfilter geleitet. Dieser besteht aus einem Gehäuse 5 und einem darin angeordneten gasdurchlässigen Substrat, in welchem Kanäle ausgebildet sind, welche wechselweise auf der An- und Abströmseite durch Stopfen 2, 3 verschlossen sind, so dass der Abgasstrom 1 durch die Wandungen der Kanäle gezwungen wird. Das Substrat besteht vorzugsweise aus Keramik und weist in üblicher Ausführung eine Porengröße im Bereich zwischen 10 und 20 μηι auf. Der Wandstromfilter weist auf der abströmseitigen Oberfläche des Substrates eine Beschichtung 4 auf, welche wenigstens aus einem sauerstoffspeichernden Material z.B. Cerdioxid Cer02 besteht oder welches aus einer Mischung eines Ceroxides mit weiteren auch katalytisch aktiven Materialien besteht. Auf der anströmseitigen Oberfläche ist keine Beschichtung dargestellt. Diese kann ebenfalls vorhanden sein, jedoch ist erfindungsgemäß die Menge der Beschichtung auf der anströmseitigen Oberfläche des Substrates geringer als auf der Abströmseite. Anhand der Figur sollen nachfolgend mögliche Fehler der Einrichtungen und Ihre
Auswertung beschrieben werden. Aufgrund der Temperaturverteilung und der damit einhergehenden inhomogenen thermischen Belastung der Einrichtung ist eine
Undichtigkeit oder ein Durchbruch der Kanäle an den abströmseitig die Kanäle
verschließenden Stopfen 3 der am häufigsten auftretende Fehlerfall. Hierbei strömt das Abgas weitgehend ungehindert durch den nunmehr an seinem, in Strömungsrichtung gesehenen Ende offenen Kanal. Hierbei erfolgt nunmehr keine oder nur noch eine minimale Filterung des Abgasstroms, so dass entsprechend die Einrichtung hinsichtlich ihrer Filterfunktion als defekt diagnostiziert werden muss. Da die
Sauerstoffspeicherfähigkeit von der überwiegend oder ausschließlich auf der
abströmseitigen Oberfläche vorhandenen Beschichtung abhängt und nunmehr nahezu kein Durchströmen der Kanalwandungen stattfindet, erfolgt eine starke Abnahme der Sauerstoffspeicherfähigkei beim Durchbruch der Stopfen in dem abströmseitigen Bereich. Die sauerstoffspeichernde Wirkung der Beschichtung hängt von dem durch die Wandung auf die Abströmseite gelangenden Abgasstrom ab. Da der durch die Wandung strömende Abgasanteil auch gefiltert wird, erfolgt eine gute Korrelation der
Sauerstoffspeicherfähigkeit mit der Filterfähigkeit.
Erfolgt durch Materialfehler oder andere mechanische Schädigungen ein Leck, ein Durchbruch der anströmseitig die Kanäle verschließenden Stopfen oder ein Durchbruch im Wandbereich, so kann dieser gleichfalls erkannt werden. Die veränderten
Strömungsbedingungen sorgen auch hier für eine messbare verminderte
Sauerstoffspeicherfähigkeit.
Eine Erkennung auch kleinerer Schädigungen ist insbesondere im Bereich der auslassseitigen Stopfen 3 möglich, da sich durch die inhomogene Verteilung der sauerstoffspeichernden Beschichtung mit einem Übergewicht auf der Abströmseite insbesondere Defekte im Bereich der abströmseitigen Stopfen sehr stark im
Messergebnis auswirken. Die Figur 2 zeigt in zwei Diagrammen den Verlauf der Lambdamesswerte (oben) und jeweils deren erste Ableitung (unten) für einen unbeschädigten Wandstromfilter, welcher entsprechend der zu Figur 1 beschriebenen Erfindung auf der abströmseitigen Oberfläche des Substrates eine Beschichtung aufweist, die aus einem sauerstoffspeichernden Material besteht. Im vorliegenden Beispiel weist der Filter anströmseitig keine
sauerstoffspeichernde Beschichtung auf. Das Messsignal entspricht dem Lambdawert, der mit einer sogenannten Breitbandsonde aufgenommen wird, wobei der Pumpstrom der Messzelle der Breitbandsonde auf den hier dargestellten Lambdawert abgebildet wird. Im oberen Diagramm der Figur 2 zeigt eine strichliert dargestellte Linie den Lambda-Sollwert, der wie hier beispielhaft dargestellt zwischen einem Sollwert von Lambda gleich 0,95 und 1 ,05 mit sprungförmiger Änderung pendelt. Zum Zeitpunkt T1 erfolgt ein fett-mager Sprung des Lambda-Sollwertes, der über eine entsprechende Ansteuerung der
Kraftstoffzumessung des Verbrennungsmotors umgesetzt wird. Der Lambdawert vor dem Wandstromfilter (durchgezogene Linie) und der Lambdamesswert nach dem
Wandstromfilter (punktierte Linie) folgen zeitlich verzögert diesem Verlauf. Im hier dargestellten Beispiel eines unbeschädigten Wandstromfilters ist durch die Gaslaufzeit und die Einspeichereffekte des Sauerstoffs ein Zeitverzug zwischen dem Lambdawert vor und nach dem Wandstromfilter zu erkennen. Zum Zeitpunkt T2 erfolgt der mager-fett Sprung und der Verlauf der Lambdawert vor und nach dem Wandstromfilter folgt wiederum zeitverzögert dem neuen Sollwert. Es ergibt sich durch den Zeitverzug zwischen dem Lambdawert vor und nach dem Wandstromfilter eine zwischen diesen Kurven eingeschlossene Fläche F im Diagramm, welche ein Maß für die
Sauerstoffspeicherfähigkeit der Beschichtung ist. Im unteren Diagramm der Figur 2 ist jeweils die erste Ableitung des Lambdawert vor dem Wandstromfilter (durchgezogene Linie) und der Lambdamesswert nach dem Wandstromfilter (punktierte Linie) dargestellt. Es ist zu erkennen, dass sich jeweils nach dem Zeitpunkt T1 und T2 eine darstellbare Änderung des Gradienten bedingt durch die Änderung der Lambdasignale ergibt. Für die später beschriebene Auswertung ist dabei insbesondere der Bereich zwischen den jeweiligen sprunghaften Änderungen des Sollwertes interessant. Der hier ermittelte Gradientenverlauf zeigt im Fall eines unbeschädigten Wandstromfilters jeweils einen Extremwert S direkt zu den Zeitpunkten T1 und T2, welcher durch die sprunghafte Sollwertänderung angeregt wird. Zwischen diesen Extremwerten S tritt in den
Gradientenverläufen jeweils ein weiterer Extremwert -Peak A- auf. Dieser zeigt sich sowohl im Gradientenverlauf (Peak) A den Gradientenverlauf des Lambdawertes vor dem Wandstromfilter als auch im Gradientenverlauf des Lambdawertes nach dem
Wandstromfilter. Das Vorzeichen der Extremwerte der Gradienten hängt dabei von der Richtung des Sollwertsprunges ab. In der Figur 3 sind die zu Figur 2 beschriebenen Verläufe der Lambdamesswerte und deren erste Ableitung in der gleichen Darstellungsform für einen geschädigten
Wandstromfilter aufgezeigt. Dieser weist einen Durchbruch im abströmseitigen
Stopfenbereich auf. Es ist zu erkennen, dass der punktiert dargestellte Kurvenverlauf des Lambdasignals nach dem Wandstromfilter einen veränderten Verlauf gegenüber Figur 2 zeigt. Im Bereich des für einen ungeschädigten Wandstromfilter gemäß der Figur 2 aufgezeigten größten Zeitverzuges zwischen dem Lambdawert vor dem Wandstromfilter (durchgezogene Linie) und der Lambdamesswert nach dem Wandstromfilter (punktierte Linie) bildet sich für den in Figur 3 dargestellten Fall ein zeitlich näheres Nachfolgen des Lambdawertes nach dem Wandstromfilter zu dem Lambdawert vor dem Wandstromfilter aus. Das Lambdasignal nach dem Wandstromfilter zeigt nach einem ersten Nachfolgen des Signals ein kleines Plateau P in dem genannten Bereich. Die Änderungen des Lambdaverlaufes nach dem Wandstromfilter bilden sich im unteren Diagramm der Gradienten entsprechend ab. Der Verlauf der ersten Ableitung des Lambdawertes nach dem Wandstromfilter weist einen, dem Peak A folgenden zweiten Peak B auf, der für einen ungeschädigten Wandstromfilter nicht zu beobachten ist. Es ist weiterhin zu erkennen, dass die zwischen den Kurven des Lambdawertes vor und nach dem Filter eingeschlossene Fläche F kleiner ist als die Fläche F welche sich in der Figur 2 an gleicher Stelle erkennen lässt. Weiterhin sind Extremwerte des Gradientenverlaufs - Peaks S - jeweils zu den Zeitpunkten T1 und T2 der sprunghaften Änderung des Lambda Sollwertes zu erkennen.
In Figur 4 ist schematisiert der Verlauf der Lambdamesswerte und deren erster Ableitung für einen im Wandbereich geschädigten Wandstromfilter aufgezeigt. Die Kurvenverläufe sind in der gleichen Darstellungsform wie zu Figur 2 und 3 beschrieben dargestellt. Es ist zu erkennen, dass sich qualitativ ein ähnlicher Verlauf der Lambdawerte und deren erster Ableitungen ergibt, wie zuvor zu Figur 3 beschrieben. Es sind in unterschiedlicher Größenausprägung sowohl das Plateau P als auch die Peaks A und der im Kurvenverlauf des Gradienten des Lambdawertes nach dem Filter auftretende Peak B zu erkennen. Die unterschiedliche quantitative Ausprägung der Verläufe ist für das jeweilige Schadensbild charakteristisch.
Es werden nachfolgend weitere zu dem oben beschriebenen Diagnosekonzept anhand der Sauerstoffspeicherfähigkeit ergänzende oder alternativ nutzbare Diagnosekonzepte beschrieben, mit welchen eine Erkennung einer Schädigung der Filterfähigkeit eines erfindungsgemäßen Wandstromfilters erfolgen kann. Im Abgasmassenstrom ist durch die Lambdaregelung und deren Regelhub im Sollwertsignal eine damit verbundenen
Änderung des im Motor verbrennenden Kraftstoff Luftgemisches verbunden, welche als zyklischer, sich sprunghaft ändernder Einfluss im Lambdawert ab dem am Motorauslass messbar ist. Mit dem Regelhub der Lambdaregelung wird der Sollwert der
einzuspritzenden Kraftstoff masse überlagert. Dieser Regelhub ist letztlich ab dem Auslass des Verbrennungsmotors als sich zyklisch ändernder Einfluss auf das Lambdasignal messbar. Mittels Lambdasonden kann dieses Signal gemessen werden, wobei eine Sondenspannung bei einer Sprungsonde oder alternativ der Pumpstrom einer Messzelle einer Breitbandsonde gemessen und in einen Lambdawert umgerechnet werden. Für das erfindungsgemäße Verfahren werden wenigstens die Signale von wenigstens einer Lambdasonde vor und einer nach dem Wandstromfilter genutzt. Für die nachfolgend beschriebenen Verfahren sind diese Werte Eingangsgrößen. In einer ersten
Ausführungsform wurde die Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit beschrieben. In einer weiteren Ausführungsform wird nachfolgend ein Verfahren beschrieben, welches die Differenz der Lambdawerte vor und nach dem Wandstromfilter nutzt. Nach dem fett- mager-Sprung des Lambda Sollwertes wird auf den Zeitpunkt gewartet, an welchem der Lambdawert nach dem Wandstromfilter den Wert 1 überschreitet. Der Gradient des Lambdawertes nach dem Wandstromfilter wird zeitlich nachfolgend bewertet. Der erste auftretende lokale Extremwert (Peak A) wird ermittelt und zeitlich nach dem Extremwert des Gradientenverlaufs wird die Differenz der Lambdawerte vor und nach dem
Wandstromfilter gebildet. Das gleiche Verfahren lässt sich für den mager-fett Sprung anwenden. Hierbei wird abweichend ermittelt, wann der Lambdawert nach dem
Wandstromfilter den Wert 1 unterschreitet. Es kann zusätzlich eine applizierbare, von den durchströmenden Gasmasse abhängige Verzugszeit genutzt werden. Es wird dabei der Zeitpunkt bestimmt zu welchem ausgehend vom Extremwert des Gradienten des
Lambdawertes nach dem Wandstromfilter (Peak A) die applizierbare Verzugszeit abgelaufen ist. Die Lambdawerte vor und nach dem Wandstromfilter werden zu diesem Zeitpunkt genutzt um die Differenz aus diesen zu bilden. Überschreitet die Differenz einen definierbaren Schwellwert, so ist von einem geschädigten Wandstromfilter auszugehen. Für einen geschädigten Wandstromfilter wird dabei die Lambdadifferenz im Bereich des Plateaus P ausgewertet. Wendet man das beschrieben Verfahren auf einen
ungeschädigten Wandstromfilter an, so ergibt sich ein Messzeitpunkt, zu welchem der Lambdawert nach dem Wandstromfilter sich bereits wieder dem Lambdawert vor dem Wandstromfilter angenähert hat. Die Lambdadifferenz ist somit bei einem ungeschädigten Wandstromfilter in ihrem Betrag kleiner. Eine quantitative Aussage über die Schädigung ist auf Basis der beschriebenen Lambdadifferenz möglich. Die Schwellwerte und ggf. die applizierbare Verzugszeit können z.B. anhand von Versuchsläufen auf Prüfständen ermittelt werden. Das beschriebenen Verfahren der Lambdadifferenz kann mit dem oben beschriebenen Verfahren der Auswertung der Sauerstoffspeicherfähigkeit kombiniert werden, um die Trennschärfe der Schadenserkennung zu verbessern.
Eine weitere Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben. Es ist hierbei möglich einen geschädigten Wandstromfilter gemäß der Erfindung am Verlauf des Lambdasignals nach dem Wandstromfilter zu erkennen. Hierfür wird der Verlauf selbst und/oder sein Gradient bewertet. Der Verlauf des Lambdawertes nach dem Wandstromfilter folgt in einem
Bereich direkt nach dem mager-fett oder fett-mager Sprung dem Lambda Sollwert. Hier bildet sich ein erster Sprung-Peak S aus. Diesem nachfolgend ist bei einem
ungeschädigten Wandstromfilter eine nahezu S-förmigen Kontur des Kurvenverlaufs des Lambdawertes vor und nach dem Wandstromfilter zu erkennen. Es bildet sich bei ungeschädigtem Wandstromfilter jeweils ein Peak A im Gradienten des Lambdawertes vor und nach dem Wandstromfilter aus. Es erfolgt nunmehr die Auswertung dahingehend, ob nach dem Auftreten des Peak A ein plateauförmiger Verlauf des Lambdawertes nach dem Wandstromfilter zu erkennen ist. Dies kann anhand des über einen Zeitraum gleichbleibenden Wert des Lambdawertes nach dem Wandstromfilter erfolgen oder es wird beobachtet ob sich vor dem erneuten Sollwertsprung des Lambda-Sollwertes ein weiterer Extremwert im Gradientenverlauf (Peak B) zeigt. Das Auftreten des zweiten Extremwerts (Peak B) sowie die dem Peak A folgende Plateauform sind kennzeichnend für einen geschädigten Wandstromfilter.
Während das Verfahren zur Berechnung der Sauerstoffspeicherfähigkeit im Grundsatz sowohl für Breitband- als auch für Sprungsonden angewendet werden kann, ist das beschriebene Verfahren zur Erkennung des Peaks B bzw. des Plateaus P im Verlauf des Lambdawertes nach dem Wandstromfilter nur für die Messung mittels eine
Breitbandsonde vor dem Wandstromfilter und einer Breitbandsonde nach dem
Wandstromfilter anwendbar. Eine Zweipunkt-Sunde liefert hier aufgrund des steilen Sondensignals nur einen Peak (A) und die Ausbildung eines Plateaus ist nicht bewertbar. Das beschriebene Verfahren der Lambdadifferenz ist jedoch auch bei Verwendung einer Sprungsonde vor und nach dem Wandstromfilter anwendbar. Es wird hier ebenfalls wie oben beschrieben der Zeitpunkt nach dem Peak A des Gradienten des Lambdawertes nach dem Wandstromfilter genutzt, wobei die Differenz der Sondenspannung der
Lambdasonden vor und nach dem Wandstromfilter zu diesem Zeitpunkt ausgewertet wird. Bezugszeichenliste
1 Abgasstrom
2 anströmseitiger Stopfen
3 abströmseitiger Stopfen
4 Beschichtung
5 Gehäuse
S Peak / Extremwert des Gradientenverlaufs des Lambdawertes vor bzw. nach dem Wandstromfilter, welcher direkt dem fett-mager oder mager-fett Sprung folgt
A Peak / Extremwert des Gradientenverlaufs des Lambdawertes vor bzw. nach dem Wandstromfilter (erster ermittelbarer Extremwert nach dem Peak S)
B Peak / Extremwert des Gradientenverlaufs des Lambdawertes
nach dem Wandstromfilter (zweiter ggf. ermittelbarer Extremwert nach dem Peak A)
F Fläche welche Im Diagramm zwischen den Kurven des zeitlichen Verlaufs der Lambdawerte vor und nach dem Wandstromfilter eingeschlossen ist
T1 Zeitpunkt des fett-mager Sprungs des Sollwertes des
Lambdasondensignals
T2 Zeitpunkt des mager-fett Sprungs des Sollwertes des
Lambdasondensignals
P Plateau im Verlauf des Lambdawertes nach dem Wandstromfilter

Claims

Ansprüche
1. Einrichtung zur Abgasreinigung mit Filterfunktion, welche aus einem gasdurchlässigen Substrat besteht, das einen Wandstromfilter bildet, der zumindest endseitig verschlossene Kanäle für das durchströmende Abgas bildet, wobei das Abgas durch die aus dem Substrat gebildeten gasdurchlässigen Kanalwände strömt, wobei das Substrat an seiner Oberfläche mit einer sauerstoffspeichernden Beschichtung versehen ist
dadurch gekennzeichnet, dass die Masse des auf einer abströmseitigen Oberfläche des Substrates beschichteten sauerstoffspeichernden Materials höher ist als die Masse des sauerstoffspeichernden Materials, welches auf einer anströmseitigen Oberfläche des Substrates beschichtet ist.
2. Einrichtung zur Abgasreinigung mit Filterfunktion nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Masse des sauerstoffspeichernden Materials auf dem Strömungsweg der Abgase durch die Einrichtung inhomogen verteilt ist, wobei die Menge des
sauerstoffspeichernden Materials zur Abströmseite hin ansteigt.
3. Einrichtung zur Abgasreinigung mit Filterfunktion nach einem der vorherigen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
bezogen auf die Gesamtmasse des Sauerstoffspeichernden Materials der Anteil des sauerstoffspeichernden Materials auf der abströmseitigen Oberfläche des Substrates größer 50 % ist.
4. Einrichtung zur Abgasreinigung mit Filterfunktion nach einem Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
das sauerstoffspeichernde Material lediglich auf der Abströmseite der Einrichtung beschichtet ist.
5. Einrichtung zur Abgasreinigung mit Filterfunktion nach einem der vorherigen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung ein Partikelfilter ist, der als sauerstoffspeicherndes Material ein Ceroxid aufweist, welches auf der Oberfläche eines keramischen Substrates beschichtet ist.
6. Einrichtung zur Abgasreinigung mit Filterfunktion nach einem der vorherigen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Porengröße der Beschichtung auf der Abströmseite kleiner als die Porengröße des Substrates ist.
7. Einrichtung zur Abgasreinigung mit Filterfunktion nach einem der vorherigen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Durchmesser der Einlasskanäle im Verhältnis zu den Auslasskanälen größer 1 ist.
8. Einrichtung zur Abgasreinigung mit Filterfunktion nach einem der vorherigen
Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Einrichtung im Strömungsweg der Abgase eines Ottomotors hinter einem 3- Wege- Katalysator angeordnet ist
9. Verfahren zur Diagnose einer Einrichtung zur Abgasreinigung mit Filterfunktion, wobei die Einrichtung ein Wandstromfilter ist, welcher aus einem gasdurchlässigen Substrat besteht, dass wechselseitig an- und abströmseitig verschlossene Kanäle aufweist, so dass der Abgasstrom durch die Kanalwandungen erfolgt und das Substrat, dass die Kanalwandung bildet eine sauerstoffspeichernde Beschichtung aufweist, welche auf der an- und abströmseitigen Oberfläche des Substrates mit unterschiedlichen Anteilen beschichtet ist, wobei die Menge des sauerstoffspeichernden Materials der
Beschichtung auf der Abströmseite des Wandstromfilters größer ist als der auf der Anströmseite, wobei zur Diagnose der Filterfähigkeit der Einrichtung die
Sauerstoffspeicherfähigkeit ermittelt wird und mit einem Referenzwert der
Sauerstoffspeicherfähigkeit für eine funktionsfähige Einrichtung verglichen wird und auf Basis des Vergleichs eine Diagnoseinformation hinsichtlich der Filterfunktion der Einrichtung gewonnen wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9
dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Abnahme der Speicherfähigkeit das Maß der Schädigung quantifiziert wird, wobei quantitativ der Einfluss der abnehmenden Speicherfähigkeit auf den Abscheidegrades bestimmt wird und die Einrichtung hinsichtlich der Filterfunktion als fehlerhaft diagnostiziert wird, wenn ein definierter Schwellwert des Abscheidegrades unterschritten wird.
1 1. Verfahren zur Diagnose einer Einrichtung zur Abgasreinigung mit Filterfunktion wobei aus der Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit der Einrichtung eine
Diagnoseinformation hinsichtlich der Filterfähigkeit der Einrichtung abgeleitet wird, wobei die Einrichtung ein Wandstromfilter gemäß der Ansprüche 1-9 ist und die Bestimmung der Sauerstoffspeicherfähigkeit des sauerstoffspeichernden Materials welches, bezogen auf die Gesamtmasse des Sauerstoffspeichernden Materials, zu einem Anteil > 50% bezogen auf die Gesamtmasse auf der abströmseitigen
Oberfläche des Substrates beschichtet, wobei die Sauerstoffspeicherfähigkeit über Lambdasonden bestimmt wird, wobei sich wenigstens eine Lambdasonde im
Strömungsweg vor der Einrichtung und eine weitere Lambdasonde direkt im
Strömungsweg nach der Einrichtung befindet und bei einer sprunghaften Änderung des Sauerstoffgehaltes im Abgas die Speicherfähigkeit aus dem Vergleich der Signale der Lambdasonde vor und nach der Einrichtung bestimmt wird.
12. Verfahren zur Diagnose einer Einrichtung zur Abgasreinigung mit Filterfunktion, wobei die Einrichtung ein Wandstromfilter ist, welcher aus einem gasdurchlässigen Substrat besteht, dass wechselseitig an- und abströmseitig verschlossene Kanäle aufweist, so dass der Abgasstrom durch die Kanalwandungen erfolgt und das Substrat, dass die Kanalwandung bildet eine sauerstoffspeichernde Beschichtung aufweist, welche auf der an- und abströmseitigen Oberfläche des Substrates mit unterschiedlichen Anteilen beschichtet ist, wobei die Menge des sauerstoffspeichernden Materials der
Beschichtung auf der Abströmseite des Wandstromfilters größer ist als der auf der Anströmseite, wobei zur Diagnose der Filterfähigkeit der Verlauf des gemessenen Lambdawertes vor und nach einem Wandstromfilter in einem Bereich zwischen den sprunghaften Änderungen eines Lambda-Sollwertes genutzt wird, wobei aus der Auswertung des Verlaufs des Gradienten des Lambdawertes nach dem
Wandstromfilter ein Auswertezeitpunkt für das Lambdasignal vor und nach dem Wandstromfilter ermittelt wird, zu welchem die Differenz dieser Lambdawerte oder alternativ der jeweiligen Sondenspannungen ermittelt wird, wobei diese Differenz der Lambdawerte oder der Sondenspannungen zu diesem Zeitpunkt mit einem Schwellwert verglichen wird und bei Überschreiten dieses Schwellwertes der
Wandstromfilter als fehlerhaft diagnostiziert wird.
13. Verfahren zur Diagnose einer Einrichtung zur Abgasreinigung mit Filterfunktion, wobei die Einrichtung ein Wandstromfilter ist, welcher aus einem gasdurchlässigen Substrat besteht, dass wechselseitig an- und abströmseitig verschlossene Kanäle aufweist, so dass der Abgasstrom durch die Kanalwandungen erfolgt und das Substrat, dass die Kanalwandung bildet eine sauerstoffspeichernde Beschichtung aufweist, welche auf der an- und abströmseitigen Oberfläche des Substrates mit unterschiedlichen Anteilen beschichtet ist, wobei die Menge des sauerstoffspeichernden Materials der
Beschichtung auf der Abströmseite des Wandstromfilters größer ist als der auf der Anströmseite, wobei zur Diagnose der Filterfähigkeit der Verlauf des gemessenen Lambdawertes vor und nach einem Wandstromfilter in einem Bereich zwischen den sprunghaften Änderungen eines Lambda-Sollwertes genutzt wird, wobei aus der Auswertung des Verlaufs des Gradienten des Lambdawertes nach dem
Wandstromfilter ein Auswertezeitpunkt für das Lambdasignal nach dem
Wandstromfilter ermittelt wird, indem zu einem Zeitpunkt direkt auf einen Extremwert des Gradientenverlaufs (Peak A) folgend der Verlauf des Lambdawertes nach dem Wandstromfilter beobachtet wird und bei Erkennung eines direkt nach dem
Extremwert des Gradientenverlaufs (Peak A) folgenden Plateaus (P) im Verlauf des Lambdawertes nach dem Wandstromfilter oder bei Erkennung eines zweiten
Extremwerts im Gradientenverlauf des Lambdawertes nach dem Wandstromfilter (Peak B), welcher vor einem erneuten sprunghaften Wechsel des Lambda-Sollwertes erfolgt, der Wandstromfilter als fehlerhaft diagnostiziert wird.
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