WO2020052866A1 - Verfahren zur funktionsdiagnose einer abgasnachbehandlungsanlage einer brennkraftmaschine und abgasnachbehandlungsanlage - Google Patents

Verfahren zur funktionsdiagnose einer abgasnachbehandlungsanlage einer brennkraftmaschine und abgasnachbehandlungsanlage Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method for the function diagnosis of an exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine, in particular a diesel engine, which has a particle filter arranged in an exhaust pipe, an exhaust gas recirculation device and a lambda sensor in the exhaust gas mass flow downstream, that is to say after the particle filter.
  • Fine dust in the exhaust gas emissions and, if necessary, catalysts to reduce the pollutant content in the exhaust gas emissions.
  • Legislators are continually lowering the emission limit values for exhaust gases from vehicles with internal combustion engines (internal combustion engines) and are issuing regulations to monitor their proper functioning. This applies in particular to the so-called OBD diagnosis (on-board diagnosis, ongoing,
  • the present invention is therefore based on the object of providing a method and a corresponding exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine which enable particularly rapid and accurate automatic functional diagnosis of a particle filter with regard to particle filtering in the operation of the
  • the invention relates to a method for functional diagnosis of an exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine
  • Air supply device for supplying an air mass flow and an exhaust tract with the exhaust gas aftertreatment system for discharging an exhaust gas mass flow.
  • the exhaust gas aftertreatment system has an exhaust gas line, a particle filter arranged in the exhaust gas line and a lambda sensor arranged downstream in the exhaust gas mass flow downstream of the particle filter, and an exhaust gas recirculation device for returning an exhaust gas recirculation mass flow is arranged between the exhaust gas tract and the air supply device.
  • a so-called lambda sensor also known as an l-sensor or l-probe, detects the combustion air ratio in the exhaust gas.
  • the combustion air ratio is the ratio of the air mass in the combustion chamber of an internal combustion engine for the combustion of the supplied fuel mass is available to the air mass required for complete combustion of the supplied fuel mass and thus provides information about an air or excess fuel in the exhaust gas.
  • l> 1 there is excess air and thus a so-called lean combustion, conversely at l ⁇ 1 there is excess fuel and thus a so-called rich combustion.
  • the method according to the invention has the steps shown below:
  • - Targeted defined bringing about a change in the lambda value in the exhaust gas mass flow upstream of the particle filter, starting from the aforementioned constant lambda value, by changing the air mass flow to be fed in and / or the exhaust gas recirculation mass flow returned;
  • the stationary operating mode of the internal combustion engine and the constant lambda value should be understood to mean that the relevant operating parameters, such as, for example, the speed under certain load and in particular the
  • Lambda value lie or move within a predetermined range of fluctuation, which is dimensioned such that its effects on the implementation of the method, at
  • the specified fluctuation range can be determined empirically or with the help of model calculations.
  • a predetermined limit value can be exceeded both in the positive and in the negative direction. Exceeding is not to be understood here in the sense of “getting bigger” but in the sense of "crossing the border” regardless of the direction.
  • the invention further relates to an exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine, the internal combustion engine having an air supply device for supplying an air mass flow and an exhaust gas tract with the exhaust gas aftertreatment system for discharging an exhaust gas mass flow.
  • the exhaust gas aftertreatment system has an exhaust gas line for guiding an exhaust gas mass flow, a particle filter arranged in the exhaust gas line and a lambda sensor arranged in the exhaust gas mass flow downstream, that is to say after the particle filter.
  • an exhaust gas recirculation device (7) for recirculation an exhaust gas recirculation mass flow (10a) between the exhaust tract (3) and the air supply device (12).
  • Control unit is assigned, which is set up for the targeted, defined induction of a lambda value change in the exhaust gas mass flow upstream, upstream of the particle filter, by changing the supplied air mass flow and / or the exhaust gas recirculation mass flow (10a) to be returned and for detecting one of the lambda sensors Output measurement signal, wherein the electronic computing and control unit is also set up to execute the method for functional diagnosis of an exhaust gas aftertreatment system of an internal combustion engine, according to a method according to the invention as described above or below.
  • Particle filter to use in conjunction with a
  • Functional damage to particle filters usually consists of openings or holes in the substrate of the filter, the number or cross-sectional area of which determine the degree of damage and through which a corresponding part of the exhaust gas can pass through unfiltered and untreated. If the total cross section of the breakthroughs or open holes is above a threshold value, the corresponding particle emission exceeds a diagnostic threshold value (OBD threshold value).
  • OBD threshold value diagnostic threshold value
  • the lambda value upstream of the particle filter increases, starting from a previously given lambda value, and the signal curve representing the lambda value after the particle filter is observed.
  • the corresponding change in lambda value is therefore measured after
  • the lambda value measured after the filter has a short period of time within a defined time window that immediately follows the increase in lambda value upstream of the particle filter, and
  • the entire cross section of openings in the filter substrate is so large that the exhaust gas flows through the particle filter to a large extent and almost without delay, so that the corresponding lambda sensor after the particle filter unites within the specified, immediately following time window immediate, lambda value increase registered with a much higher gradient.
  • Lambda value change in front of the particle filter is directly proportional to the total cross section of the openings in the filter substrate of the particle filter. If this ratio is above a certain threshold or limit, the
  • Air mass flow for example with the aid of a throttle valve in the air supply device, and / or the exhaust gas recirculation mass flow to be recirculated, for example with the aid of an exhaust gas recirculation valve in the exhaust gas recirculation device.
  • Such devices are already used in many internal combustion engines, especially in internal combustion engines for medium and heavy-duty vehicles, in order to have a positive influence on the emission behavior.
  • Throttle valve and / or for example the
  • Exhaust gas recirculation valve set.
  • the control values required for this are, for example, based on, in
  • Figure 1 is a schematic representation of an embodiment of a
  • FIG. 2 is a block diagram showing the
  • Figure 3 is a qualitative representation of curves of
  • Figure 4 is a qualitative representation of traces of the
  • Figure 1 shows schematically in a simplified representation an embodiment of an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment system according to the invention, for example a diesel engine.
  • the internal combustion engine 1 has an exhaust tract 3 and an air supply device 12.
  • the air supply device 12 includes one with the
  • Internal combustion engine 1 connected intake manifold 12a with an adjacent intake pipe 12b.
  • a throttle valve 15 for regulating the intake pipe 12b.
  • the exhaust tract 3 contains an exhaust manifold 3a, which connects the exhaust line 3b and thus the exhaust gas aftertreatment system 2 to the internal combustion engine 1.
  • the exhaust gas aftertreatment system 2 includes the exhaust gas line 3b for guiding the exhaust gas mass flow 10 and a particle filter 5 arranged in the exhaust gas line 3b and a lambda sensor 6 in the exhaust gas mass flow 10 downstream, that is to say after the particle filter 5.
  • An exhaust gas recirculation device 7 is arranged between the exhaust gas tract 3 and the air supply device 12 and has an exhaust gas recirculation line 7a and an exhaust gas recirculation valve 7b arranged in this exhaust gas recirculation line.
  • the exhaust gas recirculation line 7a is connected on the one hand in the exhaust gas mass flow 10 upstream of the particle filter 5 to the exhaust line 3b and on the other hand in the air mass flow 20 downstream of the throttle valve 15 connected to the intake pipe 12b.
  • This enables an exhaust gas recirculation mass flow 10a to be returned from the exhaust line 3b via the exhaust gas recirculation valve 7b to the intake pipe 12b, the size of the exhaust gas recirculation mass flow 10a being adjustable with the aid of the exhaust gas recirculation valve 7b.
  • the exhaust gas recirculation mass flow 10a then mixes with the air mass flow 20 in the intake manifold 12b to form a mixed mass flow 20a which is fed to the cylinders of the internal combustion engine 1 via the intake manifold
  • the exhaust gas aftertreatment system 2 includes an electronic computing and control unit 30, hereinafter also abbreviated to ECU, which is set up to specifically bring about a change in the lambda value in the exhaust gas mass flow 10 upstream of the particle filter 5 by changing the supply
  • the ECU 30 is also set up to carry out a method according to the invention for the functional diagnosis of the exhaust gas aftertreatment system 2 of the internal combustion engine 1, as described above and below.
  • the ECU is connected, among other things, via electrical signal lines 6c, 7c and 15c to the lambda sensor 6, the exhaust gas recirculation valve 7b of the exhaust gas recirculation device 7 and the throttle valve 15 of the air supply device 12.
  • One embodiment of the exhaust gas aftertreatment system 2, as described above, is characterized in that the ECU 30 is a integral part of a central control unit 32 of the internal combustion engine 1, which is also referred to as CPU 32 for short, the method to be carried out being part of a process
  • On-board diagnostic system for monitoring the exhaust-gas-related functional units of the internal combustion engine is in its intended operation.
  • the internal combustion engine is set to a stationary operating mode in the first process step, identified by “BP_Stat”, a specific, constant lambda value in the exhaust gas mass flow 10 upstream of the particle filter 5 of the internal combustion machine 1 is adjusted. Since certain slight fluctuations in the operating parameters cannot be avoided in real operation of the internal combustion engine, the steady-state operating mode and the constant lambda value are characterized by values of the corresponding operating parameters which are within a predetermined fluctuation range which can be regarded as negligible for the method or lie in it.
  • the targeted, defined induction of a lambda value change X_Var in the exhaust gas mass flow 10 upstream of the particle filter 5 then takes place.
  • Exhaust gas recirculation mass flow 10a is an increase in the lambda value upstream of the particle filter 5.
  • the defined lambda value change X_Var upstream of the particle filter 5 can include a reduction and / or increase in the lambda value, which is set by a defined change in air mass flow 20 and / or exhaust gas recirculation mass flow, as described above. This is done, for example, by appropriate control of the throttle valve 15 and / or the exhaust gas recirculation valve 7b by means of the ECU 30.
  • the lambda value change X_Var in front of the particle filter 5 can have a lambda value change in one direction and a subsequent lambda value change in the opposite direction.
  • the lambda value changes in the positive and negative direction in addition, can be used for the functional diagnosis of the particle filter, as will be explained further below and with the aid of FIG. 4.
  • the lambda value change X_Sig in the exhaust gas mass flow 10 after the particle filter 5 is then measured within a defined time window TW immediately after the aforementioned lambda value change X_Var before the particle filter 5, in accordance with the method step identified with “X_Sig”.
  • da comparison value LVgW based on the measured lambda value change.
  • a lambda comparison value LVgW for example, a subsequent time period TF from the time tO of the start of the lambda value change X_Var before the particle filter 5 to a time t1 at which the lambda value change X_Var after the particle filter 5 has a certain proportionate value L_% of the maximum lambda value change X_Var has reached 5 in front of the particle filter.
  • L_% the maximum lambda value change X_Var has reached 5 in front of the particle filter.
  • L_Max_l, L_Max_2, or minimum value of the lambda value change X_Sig_l, X_Sig_2 after the particle filter and / or a gradient determined within the defined time window TW, is used as the lambda comparison value LVgW Gl the lambda value change used.
  • Lambda value change X_Sig_l a gradient Gl which can optionally also be used as a lambda comparison value LVgW.
  • the lambda values predefined in front of the particle filter and the lambda values measured after the particle filter within a defined time window TW at a specific point in time and / or the gradients of the lambda value changes X_Var, X_Sig_l , X_Sig_2 are related to each other, as will be explained in more detail below using FIG. 3. This enables a particularly reliable Lamb to be provided
  • da comparison value LVgW increases the diagnostic certainty of the procedure.
  • a further embodiment of the method according to the invention is characterized in that, in order to provide a lambda comparison value LVgW, the lambda values and / or the gradients of successive opposite lambda value changes, as described above, are used in combination with one another after and before the particle filter 5 , as will be explained further below using the example shown in FIG. 4.
  • the lambda value change X_Sig_l, X_Sig_2, X_Sig measured within the defined time window TW is evaluated according to the particle filter 5 on the basis of the respective lambda comparison value LVgW and predetermined limit values GW.
  • Lambda comparison value LVgW can, depending on the execution of the method, as already explained above, a respective maximum value or minimum value of the lambda value change and / or a determined gradient of the lambda value change or also comparison or ratio values based on the respectively before and after the particle filter 5 measured values or gradients of the lambda value change can be used Wide variance in the design of the method according to the invention and adaptation to the needs in the respective application.
  • Appropriately adapted limit values GW must then be specified in accordance with the lambda comparison value LVgW used. These can be determined beforehand, for example, empirically or by means of a model calculation and are stored, for example, in an electronic memory area of the electronic computing and control unit ECU and are called up from there for evaluating the lambda value change. Such an electronic memory area is identified in FIG. 2 by E_Sp and contains the corresponding limit values GW, which are shown as “(1) GW”.
  • the respective limit value can be exceeded Direction, in the sense of a higher value, as well as in the negative direction, in the sense of a lower value.
  • the specific, defined lambda value change in front of the particle filter 5 is withdrawn again, and the internal combustion engine 1 is returned to the normal work mode depending on the diagnosis result.
  • the internal combustion engine can continue to be operated after the method has been carried out, that is to say after the diagnosis of the functionality of the particle filter 5, again in the normal working mode, BP_Norm is shown in the process step marked with BP_Norm.
  • the method according to the invention can be repeated in certain cycles during operation, wherein these cycles can be based on a specific operating time period, a specific operating performance or on demand values determined during operation.
  • the respective defined time window TW for measuring the lambda value change in the exhaust gas mass flow 10 after the particle filter 5 has a duration of less than or equal to 5 seconds, in particular less than or equal to 3 seconds. The length of this time window ensures that only a rapid change in lambda value after the particle filter 5, as occurs exclusively when the particle filter 5 is defective, has an effect in the determination of the lambda comparison value LVgW and thus in the diagnosis of the particle filter 5.
  • Figure 3 shows an example of the course of the lambda value change over time.
  • the curve marked with X_Var shows the lambda value change upstream of the particle filter 5, starting from a lambda value regulated in the diagnostic mode of operation at time tO, a defined, abruptly shown lambda value change is brought about.
  • the change in lambda value is shown in% of the change value and can therefore be seen as an amount both positive and negative.
  • the curve marked X_Sig_l shows the lambda value recorded downstream of the particle filter in the event of a defective particle filter. Shortly after the time tO, i.e. immediately after the lambda value change X_Var has been brought about in front of the particle filter 5, the lambda value begins to rise with a gradient Gl within the time window TW and rises to a maximum value L_Max_l at the time tw at the end of the time window TW. In the further course of time, the lambda value after the particle filter increases to 100% of the predetermined lambda value change X_Var before the particle filter.
  • the curve marked X_Sig_2 shows the lambda value recorded downstream of the particle filter with an intact particle filter. Immediately after the time tO Here, too, the lambda value begins to increase within the time window TW, but with a gradient G2 that is significantly smaller than the curve X_Sig_l. Accordingly, only a much smaller maximum value L_Max_2 is reached by the time tw at the end of the time window TW.
  • the respective lambda maximum value L_Max_l, L_Max_2 reached by the specific time tw at the end of the time window TW or the respective gradient Gl, G2 of the lambda value increase within the Time window TW can be used.
  • a follow-up time period TF from the time tO of the start of the lambda value change X_Var before the particle filter 5 to a time t1 at which the lambda value change X_Sig_l, X_Sig_2, after the particle filter 5, can also optionally have a specific proportionate value as a lambda comparison value LVgW L_% (here, for example 63%) of the maximum lambda value change X_Var before the particle filter 5 has been reached.
  • LVgW L_% a lambda comparison value
  • the gradient Gl of the lambda value change downstream of the particle filter 5 determined within the time window TW can be divided by the grade rule LSpl of the lambda value change X_Var upstream of the particle filter 5. The result is used as the lambda comparison value LVgW.
  • a lambda comparison value For example, if the gradient of the concentration increase downstream of the particle filter is 30% / s and the grade rule of the change in concentration upstream of the particle filter is 100%, a lambda comparison value of:
  • a further embodiment of the method is characterized in that the lambda value change X_Var upstream of the particle filter has a lambda value change in one direction and a subsequent lambda value change in the opposite direction.
  • a jump in lambda value increases by a jump value LSpl and a subsequent jump in lambda value reduction by a grade rule LSp2, with the reverse case also possible.
  • the values and or the gradients of the lambda value increase and the lambda value reduction are used in each case after and in front of the particle filter 5 in combination with one another for evaluating the particle filter 5.
  • a ratio value of the gradient Gla of the lambda value increase downstream and the grade rule LSpl of the lambda value increase upstream of the particle filter and of the gradient Give the subsequent lambda value drop downstream and the associated grade rule LSp2 of the lambda value reduction upstream of the particle filter and the sum thereof can be calculated.
  • Lambda values over time window TW1 up to time t20 This is followed by an abrupt reduction of the lambda value by the grade rule LSp2, which is brought about in a targeted and defined manner, by the same amount, that is to say a complete withdrawal of the lambda value increase, at time t20.
  • the resulting curve of the lambda value downstream of the particle filter shows an increase with the gradient Gla following the time t10, within the time window TW1 immediately following the change in the lambda value before the particle filter, until the time t20 and a subsequent drop in the
  • Lambda values with a gradient give within the immediately following the lambda value change in front of the particle filter Time window TW2 that lasts until time t30.
  • the lambda comparison value LVgW can be determined according to the following relationship:

Abstract

Verfahren zur Funktionsdiagnose einer Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine (1), und eine entsprechende Abgasnachbehandlungsanlage. Das Verfahren betrifft die Überprüfung eines Partikelfilters (5) der Abgasnachbehandlungsanlage auf Funktionsfähigkeit, indem eine definierte Lambda Wertänderung stromaufwärts des Partikelfilters (5), durch Änderung eines der Brennkraftmaschine zugeführten Luft-Massenstroms (20) und/oder eines Abgas-Rückführmassenstroms (10a), herbeigeführt und in einem unmittelbar auf die genannte Lambda Wertänderung folgenden festgelegten Zeitfenster (TW) die entsprechende Lambdawertänderung Stromabwärts des Partikelfilters (5) gemessen und darauf basierend ein Lambda-Vergleichswert (LVgW) bereitgestellt wird. Anhand eines Vergleichs des Lambda-Vergleichswerts (LVgW) mit vorgegebenen Grenzwerten (GW) wird dann der Partikelfilter (5) als schadhaft oder intakt diagnostiziert. Die erfindungsgemäße Abgasnachbehandlungsanlage ist eingerichtet zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens. Mit Hilfe des vorgenannten Verfahrens sowie der Abgasnachbehandlungsanlage kann eine Funktionsdiagnose des Partikelfilters (5) mit hoher Zuverlässigkeit und Robustheit gegenüber Störeinflüssen als On-Board-Diagnose durchgeführt werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Funktionsdiagnose einer
Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine und
Abgasnachbehandlungsanlage
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funk tionsdiagnose einer Abgasnachbehandlungsanlage einer Brenn kraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, die einen in einer Abgasleitung angeordneten Partikelfilter, eine Abgas rückführeinrichtung und einen Lambdasensor im Abgasmassenstrom stromabwärts, also nach dem Partikelfilter aufweist.
Insbesondere Fahrzeuge mit Diesel-Brennkraftmaschinen
(Dieselmotor), zunehmend jedoch auch Fahrzeuge mit
Otto-Brennkraftmaschinen (Benzinmotor) , weisen heutzutage einen Partikelfilter (DPF) zur Vermeidung von Partikeln (Ruß,
Feinstaub) in den Abgasemissionen sowie ggf. Katalysatoren zur Verringerung der Schadstoff-Anteile in den Abgasemissionen auf. Der Gesetzgeber senkt die Emissionsgrenzwerte der Abgase von Fahrzeugen mit Brennkraftmaschinen (Verbrennungsmotoren) immer weiter ab und erlässt Vorschriften zur Überwachung deren vorschriftsmäßiger Funktion. Dies betrifft insbesondere auch die sogenannte OBD-Diagnose (On-Board-Diagnose, laufende,
automatische Selbstdiagnose im bestimmungsgemäßen Betrieb des Fahrzeugs) bei derartigen Fahrzeugen. So müssen heutzutage auch die Partikelfilter einer solchen, häufigen und genauen
OBD-Diagnose unterzogen werden.
Es ist bekannt, eine derartige Diagnose in Bezug auf die Partikel-Emissionen mit einem sogenannten PM-Sensor
(Particulate Matter Sensor, Partikelsensor) durchzuführen. Wenn dabei die mit dem Partikelsensor gemessene PM-Emission nach dem Patikelfilter höher ist als ein Schwellenwert, wird der Par- tikelfilter als fehlerhaft diagnostiziert. Für eine derartige Diagnose wird jedoch ein relativ langer Zeitraum benötigt . Ferner ist die Diagnose auf die Partikel-Emission beschränkt und die Genauigkeit der Diagnose ist zudem nicht gut genug, um den Anforderungen von zukünftigen noch niedrigeren Emissions schwellenwerten gerecht zu werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine entsprechende Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die eine besonders rasche und genaue automatische Funktionsdiagnose eines Partikelfilters in Bezug auf die Partikelfilterung im Betrieb der
Brennkraftmaschine ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren und einer Abgasnachbehandlungsanlage gemäß der unabhängigen Ansprüche gelöst .
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Funktionsdiagnose einer Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine
vorgestellt, wobei die Brennkraftmaschine eine
Luft-Zuführeinrichtung zur Zuführung eines Luft-Massenstroms und einen Abgastrakt mit der Abgasnachbehandlungsanlage zur Abführung eines Abgas-Massenstroms aufweist. Dabei weist die Abgasnachbehandlungsanlage eine Abgasleitung, einen in der Abgasleitung angeordneten Partikelfilter und einen im Abgas massenstrom stromabwärts, nach dem Partikelfilter angeordneten Lambdasensor auf und es ist eine Abgasrückführeinrichtung zur Rückführung eines Abgas-Rückführmassenstroms zwischen Abgas trakt und Luft-Zuführeinrichtung angeordnet.
Ein sogenannter Lambdasensor, auch als l-Sensor oder l-Sonde bezeichnet, erfasst das Verbrennungsluftverhältnis im Abgas . Das Verbrennungsluftverhältnis ist das Verhältnis der Luftmasse die im Brennraum einer Brennkraftmaschine für die Verbrennung der zugeführten Kraftstoffmasse zur Verfügung steht, zu der für eine vollständige Verbrennung der zugeführten Kraftstoffmasse er forderlichen Luftmasse und gibt so Aufschluss über einen Luft oder Kraftstoff-Überschuss im Abgas. Bei l>1 liegt Luft-Über schuss und somit eine sogenannte magere Verbrennung vor, um gekehrt liegt bei l<1 Kraftstoffüberschuss und somit eine sogenannte fette Verbrennung vor.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist dabei die im Folgenden dargestellten Schritte auf:
- Einstellen und/oder Verifizieren einer stationären Be
triebsart der Brennkraftmaschine, die gekennzeichnet ist durch einen konstanten Lambdawert im Abgasmassenstrom vor dem Partikelfilter;
bei Vorliegen der stationären Betriebsart,
- gezieltes, definiertes Herbeiführen einer Lambdawertänderung im Abgasmassenstrom vor dem Partikelfilter, ausgehend von dem vorgenannten konstanten Lambdawert, durch Änderung des zu geführten Luft-Massenstroms und/oder des zurückgeführten Abgas-Rückführmassenstroms ;
- Messen der Lambdawertänderung im Abgasmassenstrom nach dem Partikelfilter innerhalb eines, unmittelbar auf die vorge nannte Lambdawertänderung im Abgasmassenstrom vor dem Par tikelfilter folgenden, festgelegten Zeitfensters , mittels des Lambdasensors ;
- Bereitstellen eines korrelierenden Lambda-Vergleichswertes auf Basis der gemessenen Lambdawertänderung nach dem Par tikelfilter;
- Bewerten der innerhalb des festgelegten Zeitfensters ge messenen Lambdawertänderung nach dem Partikelfilter anhand des jeweiligen Lambda-Vergleichswertes und vorgegebener Grenz werte; und - Diagnostizieren des Partikelfilters als schadhaft, wenn die Bewertung ergibt, dass der Lambda-Vergleichswert zumindest einen vorgegebenen Grenzwert überschritten hat.
Unter der stationären Betriebsart der Brennkraftmaschine und dem konstanten Lambdawert ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass die maßgeblichen Betriebsparameter, wie zum Beispiel die Drehzahl bei bestimmter Belastung und insbesondere der
Lambdawert, innerhalb einer vorgegebenen Schwankungsbreite liegen bzw. sich bewegen, die so bemessen ist, dass deren Auswirkungen auf die Durchführung des Verfahrens, bei
ausreichender Genauigkeit des Diagnoseergebnisses,
vernachlässigbar sind. Es kann hier also auch von einer quasi-stationären Betriebsart und einem quasi-konstanten Lambdawert gesprochen werden. Die vorgegebene Schwankungsbreite kann dabei empirisch oder mit Hilfe von Modellrechnungen ermittelt werden.
Weiterhin kann ein Überschreiten eines vorgegebenen Grenzwertes, je nach Art des Lambda-Vergleichswertes, sowohl in positiver als auch in negativer Richtung erfolgen. Überschreiten ist hier also nicht im Sinne von „größer werden" zu verstehen sondern im Sinne von „Grenze übrschreiten" unabhängig von der Richtung.
Die Erfindung betrifft ferner eine Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine eine Luft-Zuführeinrichtung zur Zuführung eines Luft-Massenstroms und einen Abgastrakt mit der Abgasnachbehandlungsanlage zur Abführung eines Abgasmassenstroms aufweist. Dabei weist die Abgasnachbehandlungsanlage eine Abgasleitung zur Führung eines Abgasmassenstroms, einen in der Abgasleitung angeordneten Partikelfilter sowie einen im Abgasmassenstrom stromabwärts, also nach dem Partikelfilter, angeordneten Lambdasensor auf. Des Weiteren ist eine Abgasrückführeinrichtung (7) zur Rückführung eines Abgas-Rückführmassenstroms (10a) zwischen Abgastrakt (3) und Luft-Zuführeinrichtung (12) angeordnet.
Diese Abgasnachbehandlungsanlage ist des Weiteren dadurch gekennzeichnet, dass ihr eine elektronische Rechen- und
Steuereinheit zugeordnet ist, die eingerichtet ist zum ge zielten, definierten Herbeiführen einer Lambdawertänderung im Abgasmassenstrom stromaufwärts, vor dem Partikelfilter, durch Änderung des zugeführten Luft-Massenstroms und/oder des zu rückgeführten Abgas-Rückführmassenstroms (10a) und zur Er fassung eines von dem Lambdasensor ausgegebenen Messsignals, wobei die elektronische Rechen- und Steuereinheit weiterhin dazu eingerichtet ist, das Verfahren zur Funktionsdiagnose einer Abgasnachbehandlungsanlage einer Brennkraftmaschine, gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren wie vorausgehend oder nachfolgend beschrieben, auszuführen.
Es lässt sich somit zusammenfassen, dass die Grundidee der Erfindung darin besteht, einen Lambdasensor nach einem
Partikelfilter zu verwenden, um in Verbindung mit einer
Lambdawertänderung im Abgasmassenstrom stromaufwärts des Partikelfilters den Partikelfilter, und somit die
Abgasnahcbehandlungsanlage, einer Funktionsüberprüfung zu unterziehen .
Funktionsbeeinflussende Beschädigungen von Partikelfiltern bestehen in der Regel aus Durchbrüchen bzw. Löchern im Substrat des Filters, deren Anzahl oder Querschnittsfläche den Grad der Beschädigung bestimmen und durch die ein entsprechender Teil des Abgases ungefiltert und unbehandelt durchtreten kann. Wenn der Gesamtquerschnitt der Durchbrüche oder offenen Löcher über einem Schwellenwert liegt, überschreitet die entsprechende Parti kelemission einen Diagnoseschwellenwert (OBD-Schwellenwert ) . Um diesen Zustand zu erfassen, wird ausgehend von einem stetigen bzw. stationären oder quasi-stationären Betriebszustand, beispielsweise im Leerlauf der Brennkraftmschine und
beispielsweise bei einer konstanten Partikelfilter-Temperatur, der Lambdawert vor dem Partikelfilter, vorzugsweise in einem Schritt, erhöht, ausgehend von einem zuvor gegebenen Lambdawert und es wird der den Lambdawert nach dem Partikelfilter representierende Signalverlauf beobachtet. Es erfolgt also eine Messung der entsprechenden Lambdawertänderung nach dem
Partikelfilter.
Bei intaktem Filtersubstrat wird der Durchtritt des Abgases durch den Partikelfilter verzögert. Daher besitzt der nach dem Filter gemessene Lambdawert während einer kurzen Zeitdauer, innerhalb eines definiertgen Zeitfensters , das unmittelbar auf die Lambdawerterhöhung vor dem Partikelfilter folgt, und
beispieslsweise zwischen 3 und 5 Sekunden beträgt, nur einen vergleichsweise geringen Anstieg und einen entsprechend kleineren Gradienten, also eine niedrigere
Anstiegsgeschwindigkeit .
Liegt nunmehr ein aus der Lambdawert-Messung ermittelter Lambda-Vergleichswert unterhalb bzw. oberhalb eines
entsprechend vorgegebenen Grenzwertes, ist davon auszugehen, dass der gesamte Querschnitt von Durchbrüchen im Filtersubstrat so gering ist, dass die volle Funktionsfähigkeit als gegeben angenommen werden kann.
Wird jedoch der Grenzwert überschritten, ist der gesamte Querschnitt von Durchbrüchen im Filtersubstrat so groß, dass das Abgas zu einem großen Anteil und nahezu ohne Verzögerung ungefiltert durch den Partikelfilter strömt, so dass der entsprechende Lambdasensor nach dem Partikelfilter innerhalb des festgelegten, unmittelbar folgenden Zeitfensters einen unmittelbaren, Lambdawert-Anstieg mit einem sehr viel höheren Gradienten registriert.
Es hat sich erwiesen, dass das Verhältnis zwischen der
Lambdawertänderung nach dem Partikelfilter und der
Lambdawertänderung vor dem Partikelfilter direkt proportional zum Gesamtquerschnitt der Durchbrüche im Filtersubstrat des Partikelfilters ist. Wenn dieses Verhältnis über einem bestimmten Schwellenwert oder Grenzwert liegt, wird der
Partikelfilter als schadhaft eingestuft.
Eine entsprechende Lambdawertänderung vor dem Partikelfilter wird in diesem Fall durch Änderung des zugeführten
Luft-Massenstroms, zum Beispiel mit Hilfe eines Drosselklap penventils in der Luft-Zuführeinrichtung, und/oder des zu rückgeführten Abgas-Rückführmassenstroms, zum Beispiel mit Hilfe eines Abgasrückführventils in der Abgasrückführein richtung, hervorgerufen. Solche Einrichtungen sind bei vielen Brennkraftmaschinen, insbesondere bei Brennkraftmaschinen für Mittel- und Schwerlastfahrzeuge ohnehin im Einsatz, um das Emissionsverhalten positiv zu beeinflussen.
Dabei wird eine gewünschte Lambdawerterhöhung oder
Lambdawertreduzierung vor dem Partikelfilter vorgegeben und der dafür erforderliche Luft-Massenstrom oder der
Abgas-Rückführmassenstrom, oder beide in Kombination , durch entsprechende Ansteuerung beispielsweise des
Drosselklappenventils und/oder beispielsweise des
Abgasrückführventils, eingestellt. Die dafür erforderlichen Steuerungswerte werden beispielsweise anhand von, in
Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebszuständen empierisch erstellten, abgespeicherten Kennfeldern, oder mittels
entsprechender Rechenmodelle ermittelt. Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen der Erfindung werden nachfolgend anhand der Figuren im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Ausführung einer
Brennkraftmaschikne mit erfindungsgemäßer Abgasnachbehandlungsanlage ;
Figur 2 ein Blockdiagramm zur Darstellung des
Verfahrensablaufs einer Ausführung des
erfindungsgemäßen Verfahens;
Figur 3 eine qualitative Darstellung von Verlaufskurven von
Lambdawerten vor und nach dem Partikelfilter bei intaktem und defektem Partikelfilter; und
Figur 4 eine qualitative Darstellung von Verlaufskurven der
Lambdawerte vor und nach dem Partikelfilter bei aufeinanderfolgenden Lambdawertänderungen .
Funktions- und Benennungsgleiche Objekte sind in den Figuren durchgehend mit gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Figur 1 zeigt schematisch in einer vereinfachten Darstellung eine Ausführung einer Brennkraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Abgasnachbehandlungsanlage, beispielsweise eines Dieselmotors. Die Brennkraftmaschine 1 weist einen Abgastrakt 3 und eine Luft-Zuführeinrichtung 12 auf.
Dir Luft-Zuführeinrichtung 12 beinhaltet einen mit der
Brennkraftmaschine 1 verbundenen Ansaugkrümmer 12a mit einem daran anschließenden Ansaugrohr 12b. Im Ansaugrohr 12b ist ein Drosselklappenventil 15, zur Regulierung des der
Brennkraftmaschine zugeführten Luftmassenstromes 20 im Ansaugrohr 12b und somit der Luftzufuhr in die Verbrennungsräume der Brennkraftmaschine 1, angeordnet.
Der Abgastrakt 3 beinhaltet einen Abgaskrümmer 3a, der die Abgasleitung 3b und somit die Abgasnachbehandlungsanlage 2 mit der Brennkraftmaschine 1 verbindet. Zur Abgasnachbehanlungs- anlage 2 gehört die Abgasleitung 3b zur Führung des Abgas massenstroms 10 und ein in der Abgasleitung 3b angeordneter Partikelfilter 5 und ein Lambdasensor 6, im Abgasmassenstrom 10 stromabwärts, also nach dem Partikelfilter 5.
Zwischen dem Abgastrakt 3 und der Luft-Zuführeinrichtung 12 ist eine Abgasrückführeinrichtung 7 angeordnet, die eine Abgas rückführleitung 7a und ein in dieser Abgasrückführleitung angeordnetes Abgasrückführventil 7b aufweist. Die Abgasrück führleitung 7a ist einerseits im Abgas-Massenstrom 10 strom aufwärts des Partikelfilters 5 an der Abgasleitung 3b und andererseits im Luft-Massenstrom 20 stromabwärts des Dros selklappenventils 15 am Ansaugrohr 12b angeschlossen. Dies ermöglicht die Rückführung eines Abgas-Rückführmassenstroms 10a aus der Abgasleitung 3b über das Abgasrückführventil 7b in das Ansaugrohr 12b, wobei die Größe des Abgas-Rückführmassenstroms 10a mit Hilfe des Abgasrückführventils 7b einstellbar ist. Der Abgas-Rückführmassenstrom 10a vermischt sich dann mit dem Luft-Massenstrom 20 im Ansaugrohr 12b zu einem Misch-Massenstrom 20a, der über den Ansaugkrümmer 12a den Zylindern der Brenn kraftmaschine 1 zugeführt wird.
Desweitern gehört zur Abgasnachbehandlungsanlage 2 eine elektronische Rechen- und Steuereinheit 30, im Weiteren auch kurz ECU genannt, die eingerichtet ist zum gezielten, definierten Herbeiführen einer Lambdawertänderung im Abgasmassenstrom 10 vor dem Partikelfilter 5, durch Änderung des zugeführten
Luft-Massenstroms 20 und/oder des zurückgeführten Ab- gas-Rückführmassenstroms 10a, hier insbesondere mittels des Drosselklappenventils 15 und des Abgasrückführventils 7b und zur Erfassung eines von dem Lambdasensor 6 ausgegebenen Messsignals.
Die ECU 30 ist weiterhin dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Funktionsdiagnose der Abgasnachbehandlungsanlage 2 der Brennkraftmaschine 1, wie vorausgehend und nachfolgend beschrieben auszuführen. Dazu ist die ECU, unter Anderem, über elektrische Signalleitungen 6c, 7c und 15c mit dem Lambdasensor 6, dem Abgasrückführventil 7b der Abgasrückführeinrichtung 7 und dem Drosselklappenventil 15 der Luft-Zuführeinrichtung 12 verbunden .
Eine Ausführung der Abgasnachbehandlungsanlage 2, wie zuvor beschrieben, zeichnet sich dadurch aus, dass die ECU 30 in tegraler Bestandteil einer zentralen Steuerungseinheit 32 der Brennkraftmaschine 1 ist, die auch kurz als CPU 32 bezeichnet wird, wobei das auszuführende Verfahren Teil eines
On-Board-Diagnose-Systems zur Überwachung der abgasrelevanten Funktionseinheiten der Brennkraftmaschine im bestimmungsgemäßen Betrieb ist.
Eine Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Funkti onsdiagnose einer Abgasnachbehandlungsanlage einer Brenn kraftmaschine in einer der vorausgehend beschriebenen Aus führungen ist anhand des in Figur 2 dargestellten vereinfachten Block-Ablaufprogramms in den wesentlichen Verfahrensschritten dargestellt .
Nach dem Start des Verfahrens wird in dem ersten, mit „BP_Stat" gekennzeichneten Verfahrensschritt, die Brennkraftmaschine auf eine stationäre Betriebsart eingestellt, wobei als maßgeblicher Betriebsparameter ein bestimmter, konstanter Lambdawert im Abgasmassenstrom 10 vor dem Partikelfilter 5 der Brennkraft- maschine 1 eingeregelt wird. Da im realen Betrieb der Brenn kraftmaschine bestimmte geringfügige Schwankungen der Be triebsparameter nicht vermieden werden können, ist die sta tionäre Betriebsart und der konstante Lambdawert durch Werte der entsprechenden Betriebsparameter gekennzeichnet, die sich innerhalb einer vorgegebenen, als für das Verfahren als ver nachlässigbar anzusehenden Schwankungsbreite bewegen bzw. darin liegen .
Da die Einregelung, Einstellung und/oder die Verifizierung der Diagnose-Betriebsparameter eine gewisse Zeit in Anspruch nehmen kann wird in dem folgenden Verfahrensschritt, der mit „BP_Stat = ok?" gekennzeichnet ist überprüft, ob die aktuelle Betriebsart mit der vorgegebenen Betriebsart übereinstimmt. Solange das nicht der Fall ist wird weiterhin versucht die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine 1 so anzugleichen, bis die gewünschte stationäre Betriebsart vorliegt. Liegt die stationäre
Betriebsart vor, so kann der nächste Verfahrensschritt folgen.
Im folgenden, mit „X_Var" gekennzeichneten Verfahrensschritt erfogt dann die gezielte, definierte Herbeiführung einer Lambdawertänderung X_Var im Abgasmassenstrom 10 stromaufwärts des Partikelfilters 5. Dies erfolgt ausgehend von dem vorge nannten konstanten Lambdawert, durch Änderung des zugeführten Luft-Massenstroms 20 und/oder des zurückgeführten Ab- gas-Rückführmassenstroms lOamittels der Luft-Zuführeinrichtung 12 und der Abgasrückführeinrichtung 7, insbesondere durch entsprechende Ansteuerung des Drosselklappenventils 15 und des Abgasrückführventils 7b, durch die ECU 30, wie in Figur 2 mit gestrichelter Linie dargestellt. Dabei kann je nach Bedarf der Zusammensetzung des Misch-Massenstroms 20a, der zur Verbrennung den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeführt wird, jeweils nur das Drosselklappenventil 15 oder das Abgasrückführventil 7b jeweils alleine oder auch Drosselklappenventil 15 in Kombination mit dem Abgasrückführventil 7b angesteuert werden. Eine
Reduzierung des Luft-Massenstroms 20 sowie eine Erhöhung des Abgas-Rückführmassenstroms 10a bewirkt dabei eine Reduzierung des Lambdawertes, umgekehrt bewirkt eine Erhöhung des
Luft-Massenstroms 20 sowie eine Reduzierung des
Abgas-Rückführmassenstroms 10a eine Erhöhung des Lambdawertes vor dem Partikelfilter 5.
In einer Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die definierte Lambdawertänderung X_Var vor dem Partikelfilter 5 eine Reduzierung und/oder Erhöhung des Lambdawertes beinhalten, die durch eine definierte Änderung von Luft-Massenstrom 20 und/oder Abgas-Rückführmassenstrom, wie oben beschrieben, eingestellt wird. Dies erfolgt zum Beispiel durch entsprechende Ansteuerung des Drosselklappenventils 15 und/oder des Abgas rückführventils 7b mittels der ECU 30.
In einer anderen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann die Lambdawertänderung X_Var vor dem Partikelfilter 5 eine Lambdawertänderung in einer Richtung und eine darauffolgende Lambdawertänderung in entgegengesetzter Richtung aufweisen. So können in der weiteren Abfolge des Verfahrens die Lambdawer tänderungen in positiver und negativer Richtung, sich ergänzend, zur Funktionsdiagnose des Partikelfilters herangezogen werden, wie weiter unten und mit Hilfe der Figur 4 noch erläutert werden soll .
Im weiteren Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun gemäß dem mit „X_Sig" gekennzeichneten Verfahrensschritt, die Lambdawertänderung X_Sig im Abgasmassenstrom 10 nach dem Partikelfilter 5 innerhalb eines, unmittelbar auf die vorge nannte Lambdawertänderung X_Var vor dem Partikelfilter 5 folgenden, festgelegten Zeitfensters TW gemessen. Dies erfolgt mittels des Lambdasensors 6, der ein entsprechendes Messsignal abgibt, das über die Signalleitung 6c der ECU 30 zur weiteren Verarbeitung zugeführt wird, wie mit der gestrichelten Linie in Figur 2 symbolisiert ist.
Im Folgenden, mit „LVgW" gekennzeichneten Verfahrensschritt erfolgt das Bereitstellen eines korrelierenden Lamb
da-Vergleichswertes LVgW auf Basis der gemessenen Lambdawer tänderung .
Als Lambda-Vergleichswert LVgW kann beispielsweise eine Fol ge-Zeitdauer TF vom Zeitpunkt tO des Beginns der Lambdawer tänderung X_Var vor dem Partikelfilter 5 bis zu einem Zeitpunkt tl an dem die Lambdawertänderung X_Var nach dem Partikelfilter 5 einen bestimmten anteiligen Wert L_% der maximalen Lambda wertänderung X_Var vor dem Partikelfilter 5 erreicht hat. Dies ist auch in Figur 3 dargestellt. Hier erreicht die Lambda wertänderung X_Sig-l einen anteiligen Wert L_% der maximalen Lambdawertänderung X_Var bei 63% nach einer Folge-Zeitdauer TF beim Zeitpunkt tl.
In einer anderen Ausführung des Verfahrens wird als Lamb da-Vergleichswert LVgW ein jeweiliger, innerhalb des definierten Zeitfensters TW erreichter Maximalwert L_Max_l, L_Max_2, oder Minimalwert der Lambdawertänderung X_Sig_l, X_Sig_2, nach dem Partikelfilter und/oder ein innerhalb des definierten Zeit fensters TW ermittelter Gradient Gl der Lambdawertänderung herangezogen. Auch dies ist am Beispiel einer Lambda- wert-Erhöhung in Figur 3 dargestellt, wobei die Lambdawer tänderung X_Sig_l bis zum Ende des definierten Zeitfensters TW einen Maximalwert L_Max_l erreicht hat. Dabei weist die
Lambdawertänderung X_Sig_l einen Gradienten Gl auf, der wahlweise auch als Lambda-Vergleichswert LVgW herangezogen werden kann. Gleiches gilt entsprechend für eine in Figur 3 nicht dargestellte Lambdawert-Reduzierung . In einer weiteren Ausführung des Verfahrens kann, zur Be reitstellung eines Lambda-Vergleichswertes LVgW, die vor dem Partikelfilter vorgegebene und, die innerhalb des definierten Zeitfensters TW, nach dem Partikelfilter gemessenen Lambdawerte zu einem bestimmten Zeitpunkt und/oder die Gradienten der Lambdawertänderungen X_Var, X_Sig_l, X_Sig_2, zueinander ins Verhältnis gesetzt werden, wie weiter unten unter Heranziehung der Figur 3 näher erläutert werden soll. Dies ermöglicht die Bereitstellung eines besonders zuverlässigen Lamb
da-Vergleichswertes LVgW und erhöht die Diagnosesicherheit des Verfahrens .
Eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Bereitstellung eines Lamb da-Vergleichswertes LVgW, die Lambdawerte und/oder die Gra dienten von aufeinanderfolgenden entgegengesetzten Lambda wertänderungen, wie oben beschrieben, jeweils nach und vor dem Partikelfilter 5 in Kombination miteinander herangezogen werden, wie weiter unten anhand des in der Figur 4 gezeigten Beispiels noch erläutert werden soll.
In dem folgenden, mit „LVgW - GW" gekennzeichneten, Verfah rensschritt, erfolgt die Bewertung der innerhalb des festge legten Zeitfensters TW gemessenen Lambdawertänderung X_Sig_l, X_Sig_2, X_Sig, nach dem Partikelfilter 5 anhand des jeweiligen Lambda-Vergleichswertes LVgW und vorgegebener Grenzwerte GW. Als Lambda-Vergleichswert LVgW kann dabei, je nach Ausführung des Verfahrens, wie oben bereits erläutert, ein jeweiliger Maxi malwert oder Minimalwert der Lambdawertänderung und/oder ein ermittelter Gradient der Lambdawertänderung oder auch Ver gleichs- oder Verhältniswerte basierend auf den jeweils vor und nach dem Partikelfilter 5 gemessenen Werten oder Gradienten der Lambdawertänderung, herangezogen werden. Dies ermöglicht eine breite Varianz bei der Gestaltung des erfindungsgemäßen Ver fahrens und die Anpassung an die Bedürfnisse im jeweiligen Anwendungsfall. Gemäß dem zur Anwendung kommenden Lamb da-Vergleichswert LVgW sind dann entsprechend angepasste Grenz werte GW vorzugeben. Diese können zum Beispiel vorausgehend empirisch oder mittels Modellrechnung ermittelt werden und werden beispielsweise in einem elektronischen Speicherbereich der elektronischen Rechen- und Steuerungseinheit ECU abgelegt und zur Bewertung der Lambdawertänderung von dort abgerufen. Ein solcher elektronischer Speicherbereich ist in Figur 2, mit E_Sp gekennzeichnet und beinhaltet die entsprechenden Grenzwerte GW, die als „ (l) GW" dargestellt sind.
Auf Basis der zuvor beschriebenen Bewertung der Konzentrati onsänderung nach dem Partikelfilter 5 erfolgt dann in dem folgenden, mit „LVgW > GW" gekennzeichneten, Verfahrensschritt das Diagnostizieren des Partikelfilters 5 als schadhaft, „DPF=nok" wenn die Bewertung ergibt, dass der Lamb
da-Vergleichswert LVgW zumindest einen vorgegebenen Grenzwert GW überschritten hat. Andernfalls wird der Partikelfilter als funktionstüchtig diagnostiziert „DPF=ok" wenn der Lamb da-Vergleichswert LVgW keinen Grenzwert erreicht oder über schritten hat . Je nach Art des Lambda-Vergleichswertes LVgW kann, wie bereits vorausgehend erläutert, ein Überschreiten des jeweiligen Grenzwertes sowohl in positiver Richtung, im Sinne eines höheren Wertes, als auch in negativer Richtung, im Sinne eines niedrigeren Wertes, vorliegen.
In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nach dem Diagnostizieren des Partikelfilters 5, die gezielte, definierte Lambdawertänderung vor dem Partikelfilter 5 wieder zurückgenommen und der Verbrennungsmotor 1 wird in Abhängigkeit vom Diagnoseergebnis wieder in den normalen Arbeits-Betriebs- modus BP_Norm überführt und weiter bestimmungsgemäß betrieben oder wird auf einen Notbetrieb BP_Not beschränkt.
Wie aus Figur 2 ersichtlich ist können nun im Weiteren auf Basis und in Abhängigkeit des Diagnoseergebnisses unterschiedliche weitere Maßnahmen eingeleitet und so das Verfahren erweitert werden .
Ergibt die Diagnose, dass der Partikelfilter 5 intakt ist und fehlerfrei funktioniert, DPF = ok, so kann die Brennkraftmaschine nach Durchführung des Verfahrens, also nach der Diagnose der Funktionstüchtigkeit des Partikelfilters 5 wieder im normalen Arbeits-Betriebsmodus, BP_Norm, weiter betrieben werden, dies ist in dem mit BP_Norm gekennzeichneten Verfahrensschritt dargestellt .
Ergibt die Diagnose jedoch, dass der Partikelfilter schadhaft ist, DPF = nok, kann stattdessen ein Notbetrieb, BP_Not, der Brennkraftmaschine eingeleitet werden, der beispielsweise ein Aufsuchen einer Werkstatt bei reduzierter Motorleistung noch ermöglicht. Gleichzeitig kann eine Fehlermeldung an den Fahr zeugführer ausgegeben werden mit der Aufforderung umgehend die nächste Werkstatt aufzusuchen bzw. die Reparatur zu veranlassen. Dies ist in Figur 2 in dem mit BP_Not gekennzeichneten Ver fahrensschritt dargestellt.
Um einen dauerhaft fehlerfreien Betrieb der Abgasnachbehand lungsanlage sicherzustellen kann das erfindungsgemäße Verfahren in bestimmten Zyklen im Betrieb wiederholt werden, wobei diese Zyklen basieren können auf einer bestimmten Betriebs-Zeitdauer, einer bestimmten Betriebsleistung oder auf im Betrieb ermit telten Bedarfswerten. In weiterer Ausgestaltung des Verfahrens weist das jeweilige festgelegte Zeitfenster TW zum Messen der Lambdawertänderung im Abgasmassenstrom 10 nach dem Partikelfilter 5 eine Dauer von kleiner gleich 5 Sekunden, insbesondere kleiner gleich 3 Sekunden auf. Die Länge dieses Zeitfensters gewährleistet, dass lediglich eine schnelle Lambdawertänderung nach dem Partikelfilter 5, wie sie ausschließlich bei einem Defekt des Partikelfilters 5 auftritt, bei der Ermittlung des Lambda-Vergleichswertes LVgW und so bei der Diagnose des Partikelfilters 5 Auswirkung zeigt.
Figur 3 zeigt an einem Beispiel die Verläufe der Lambdawer tänderung über der Zeit. Dabei zeigt die mit X_Var gekenn zeichnete Verlaufskurve die Lambdawertänderung stromaufwärts des Partikelfilters 5, wobei ausgehend von einem in der Di agnosebetriebsart eingeregelten Lambdawert zum Zeitpunkt tO eine definierte, hier sprunghaft dargestellte Lambdawertänderung herbeigeführt wird. Dabei wird die Lambdawertänderung in % des Änderungswertes aufgezeigt und kann somit als Betrag sowohl positiv als auch negativ gesehen werden.
Die mit X_Sig_l gekennzeichnete Verlaufskurve zeigt den stromabwärts des Partikelfilters aufgenommenen Lambdawert bei einem defekten Partikelfilter. Kurz nach dem Zeitpunkt tO, also unmittelbar nach der Herbeiführung der Lambdawertänderung X_Var vor dem Partikelfilter 5, beginnt der Lambdawert mit einem Gradient Gl innerhalb des Zeitfensters TW zu steigen und steigt bis auf einen Maximalwert L_Max_l zum Zeitpunkt tw, am Ende des Zeitfensters TW. Im weiteren zeitliche Verlauf steigt der Lambdawert nach dem Partikelfilter bis auf 100% der vorgegebenen Lambdawertänderung X_Var vor dem Partikelfilter.
Die mit X_Sig_2 gekennzeichnete Verlaufskurve zeigt dagegen den stromabwärts des Partikelfilters aufgenommenen Lambdawert bei einem intakten Partikelfilter. Unmittelbar nach dem Zeitpunkt tO beginnt auch hier der Lambdawert innerhalb des Zeitfensters TW zu steigen, jedoch mit einem gegenüber der Verlaufskurve X_Sig_l wesentlich kleineren Gradienten G2. Dementsprechend wird bis zum Zeitpunkt tw, am Ende des Zeitfensters TW, auch nur ein wesentlich kleinerer Maximalwert L_Max_2 erreicht.
Als Lambda-Vergleichswert LVgW kann, wie aus den vorgenannten Ausführungsbeispielen und Figur 4 ersichtlich wird, die je weilige bis zum bestimmten Zeitpunkt tw am Ende des Zeitfensters TW erreichte Lambda-Maximalwert L_Max_l, L_Max_2 oder auch der jeweilige Gradient Gl, G2 des Lambdawertanstiegs innerhalb des Zeitfensters TW herangezogen werden.
In einer anderen Ausführung kann als Lambda-Vergleichswert LVgW wahlweise auch eine Folge-Zeitdauer TF vom Zeitpunkt tO des Beginns der Lambdawertänderung X_Var vor dem Partikelfilter 5 bis zu einem Zeitpunkt tl an dem die Lambdawertänderung X_Sig_l, X_Sig_2, nach dem Partikelfilter 5 einen bestimmten anteiligen Wert L_% (hier beispielsweise 63%) der maximalen Lambdawer tänderung X_Var vor dem Partikelfilter 5 erreicht hat, her angezogen werden. Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, wird bei einem intakten Partikelfilter 5, also im Fall der Verlaufskurve X_Sig_2, der bestimmte anteilige Wert L_% von 63% erst zu einem wesentlich späteren Zeitpunkt t2 erreicht. Hier gilt also, je schneller der Wert L_% erreicht wird desto größer ist die vorliegende Beschädigung des Partikelfilters 5. Der Grenzwert GW für die als Lambda-Vergleichswert herangezogene Folgezeitdauer könnte hier beispielsweise bei 63%/l,5 Sekunden festgelegt werden. Wird also der der Wert L_% von 63% der maximalen Lambdawertänderung X_Var bereits nach 1,2 Sekunden erreicht, so ergibt sich 63%/l,2 Sekunden, wodurch der Grenzwert GW überschritten und der Partikelfilter als schadhaft zu bewerten (DPF=nok) ist. Weiterhin ist es möglich die stromabwärts des Partikelfilters gemessenen Lambdawerte und die stromaufwärts vorgegebenen Lambdawerte in Kombination zu betrachten und daraus einen Lambda-Vergleichswert LVgW zu ermitteln. Die Lambdawertänderung X_Var stromaufwärts des Partikelfilters kann dabei auf den Vorgabewerten beruhen oder mit Hilfe von Modellbetrachtungen ermittelt werden.
Zur Ermittlung eines Lambda-Vergleichswertes LVgW kann in einem Ausführungsbeispiel der innerhalb des Zeitfensters TW ermittelte Gradient Gl der Lambdawertänderung stromabwärts des Parti kelfilters 5 durch den Sprungwert LSpl der Lambdawertänderung X_Var stromaufwärts des Partikelfilters 5 dividiert werden. Das Ergebnis wird als Lambda-Vergleichswertes LVgW herangezogen.
Gl / LSpl = LVgW
Liegt beispielsweise der Gradient des Konzentrationsanstieges stromabwärts des Partikelfilters bei 30%/s und der Sprungwert der Konzentrationsänderung stromaufwärts des Partikelfilters be trägt 100% so ergibt sich ein Lambda-Vergleichswert von:
(30%/s) /100% = 0,03 /s.
Liegt nun ein Grenzwert GW von zum Beispiel 0, 015 /s vor, so wäre dieser überschritten (LVgW > GW) und der Partikelfilter wäre als schadhaft zu bewerten (DPF=nok) .
Diese Vorgehensweise erhöht die Robustheit des Verfahrens gegen Störeinflüsse .
Eine weitere Ausführung des Verfahrens ist, wie in Figur 4 qualitativ dargestellt, dadurch gekennzeichnet, dass die Lambdawertänderung X_Var vor dem Partikelfilter eine Lambda wertänderung in einer Richtung und eine darauffolgende Lamb dawertänderung in entgegengesetzter Richtung aufweist. Zur einfacheren Verständlichkeit wird in diesem Beispiel zunächst von einer sprunghaften Lambdawerterhöhung, um einen Sprungwert LSpl, und von einer darauffolgenden sprunghaften Lambdawert- reduzierung, um einen Sprungwert LSp2, ausgegangen, wobei auch der umgekehrte Fall möglich ist. Hierbei werden die Werte und oder die Gradienten der Lambdawerterhöhung und der Lambdawertre duzierung jeweils nach und vor dem Partikelfilter 5 in Kom bination miteinander zur Bewertung des Partikelfilters 5 herangezogen .
So kann beispielsweise jeweils ein Verhältniswert des Gradienten Gla des Lambdawertanstieges stromabwärts und des Sprungwertes LSpl der Lambdawerterhöhung stromaufwärts des Partikelfilters sowie des Gradienten Gib des darauffolgenden Lambdawertabfalls stromabwärts und des zugehörigen Sprungwertes LSp2 der Lamb dawertreduzierung stromaufwärts des Partikelfilters gebildet und deren Summe errechnet werden.
Dies ist qualitativ in Figur 4 dargestellt. Gezeigt ist die Verlaufskurve X_Var der Lambdawertänderung stromaufwärts und die daraus resultierende Verlaufskurve X_Sig des Lambdawertes stromabwärts des Partikelfilters 5. Die Verlaufskurve X_Var zeigt eine gezielt und definiert herbeigeführte sprunghafte Lambdawerterhöhung um dem Sprungwert LSpl mit einem bestimmten Betrag zum Zeitpunkt tlO und ein verharren des erhöhten
Lambdawertes über das Zeitfenster TW1 bis zum Zeitpunkt t20. Dann folgt eine ebenso gezielt und definiert herbeigeführte sprunghafte Lambdawertreduzierung um den Sprungwert LSp2 um den gleichen Betrag, also eine komplette Zurücknahme der Lambda werterhöhung, zum Zeitpunkt t20. Der sich daraus ergebende Verlauf des Lambdawertes stromabwärts des Partikelfilters verzeichnet einen auf den Zeitpunkt tlO folgenden Anstieg mit dem Gradient Gla, innerhalb des unmittelbar auf die Lambdawer tänderung vor dem Partikelfilter folgenden Zeitfensters TW1, bis zum Zeitpunkt t20 und ein darauf folgendes Abfallen des
Lambdawertes mit einem Gradient Gib innerhalb des unmittelbar auf die Lambdawertänderung vor dem Partikelfilter folgenden Zeitfensters TW2 das bis zu Zeitpunkt t30 dauert. Nach dem oben genannten Schema kann der Lambda-Vergleichswert LVgW nach folgender Beziehung ermittelt werden:
(Gla/LSpl) + (Glb/LSp2) = LVgW
Diese Vorgehensweise erhöht die Robustheit des Verfahrens gegen Störeinflüsse weiter.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Funktionsdiagnose einer Abgasnachbehand
lungsanlage (2) einer Brennkraftmaschine (1), wobei die Brennkraftmaschine (1) eine Luft-Zuführeinrichtung (12) zur Zuführung eines Luft-Massenstroms (20) und einen Abgastrakt (3) mit der Abgasnachbehandlungsanlage (2) zur Abführung eines Abgas-Massenstroms (10) aufweist,
wobei die Abgasnachbehandlungsanlage (2) eine Abgasleitung (3b) , einen in der Abgasleitung (3b) angeordneten Parti kelfilter (5) und einen im Abgasmassenstrom (10) stromab wärts, nach dem Partikelfilter (5) angeordneten Lambdasensor (6) aufweist, und
wobei eine Abgasrückführeinrichtung (7) zur Rückführung eines Abgas-Rückführmassenstroms (10a) zwischen Abgastrakt (3) und Luft-Zuführeinrichtung (12) angeordnet ist, mit den folgenden Schritten :
- Einstellen und/oder Verifizieren einer stationären Be triebsart (BP_Stat) der Brennkraftmaschine (1), die gekennzeichnet ist durch einen konstanten Lambdawert im Abgasmassenstrom (10) vor dem Partikelfilter (5);
bei Vorliegen der stationären Betriebsart (BP_Stat=ok) ,
- gezieltes, definiertes Herbeiführen einer Lambdawer
tänderung (X_Var) im Abgasmassenstrom (10) vor dem Partikelfilter (5) , ausgehend von dem vorgenannten konstanten Lambdawert, durch Änderung des zugeführten Luft-Massenstroms (20) und/oder des zurückgeführten Abgas-Rückführmassenstroms (10a) ;
- Messen der Lambdawertänderung (X_Sig) im Abgasmassenstrom (10) nach dem Partikelfilter (5) innerhalb eines, un mittelbar auf die vorgenannte Lambdawertänderung (X_Var) im Abgasmassenstrom (10) vor dem Partikelfilter (5) folgenden, festgelegten Zeitfensters (TW) , mittels des Lambdasensors (6); - Bereitstellen eines korrelierenden Lambda-Vergleichs wertes (LVgW) auf Basis der gemessenen Lambdawertänderung nach dem Partikelfilter (X_Sig) ;
- Bewerten der innerhalb des festgelegten Zeitfensters (TW) gemessenen Lambdawertänderung (X_Sig) nach dem Parti kelfilter (5) anhand des jeweiligen Lamb
da-Vergleichswertes (LVgW) und vorgegebener Grenzwerte (GW) ; und
- Diagnostizieren des Partikelfilters (5) als schadhaft (DPF=nok) , wenn die Bewertung ergibt, dass der Lamb da-Vergleichswert (LVgW) zumindest einen vorgegebenen Grenzwert (GW) überschritten hat.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die definierte Lambda
wertänderung (X_Var) vor dem Partikelfilter (5) eine Re duzierung oder eine Erhöhung des Lambdawertes beinhaltet, die durch eine definierte Reduzierung oder Erhöhung des zuge führten Luft-Massentroms und/oder eine definierte Erhöhung oder Reduzierung des Abgas-Rückführmassenstroms (10a) eingestellt wird.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
wobei als Lambda-Vergleichswert (LVgW) eine Folge-Zeitdauer (TF) vom Zeitpunkt (tO) des Beginns der Lambdawertänderung (X_Var) vor dem Partikelfilter (5) bis zu einem Zeitpunkt (tl) an dem die Lambdawertänderung (X_Sig_l, X_Sig_2) nach dem Partikelfilter (5) einen bestimmten anteiligen Wert (L_%) der maximalen Lambdawertänderung (X_Var) vor dem Partikelfilter (5) erreicht hat, herangezogen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
wobei als Lambda-Vergleichswert (LVgW) ein jeweiliger, innerhalb des definierten Zeitfensters (TW) erreichter Maximalwert (L Max 1, L Max 2) oder Minimalwert des Lamb- dawertes oder ein innerhalb des definierten Zeitfensters (TW) ermittelter Gradient (Gl, G2) der Lambdawertänderung
(X_Sig_l, X_Sig_2) nach dem Partikelfilter (5) herangezogen wird .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass zur Bereitstellung eines Lamb
da-Vergleichswertes (LVgW) , die innerhalb des definierten Zeitfensters (TW) vor dem Partikelfilter 5 vorgegebenen und nach dem Partikelfilter 5 gemessenen Lambdawerte zu einem bestimmten Zeitpunkt und/oder die Gradienten der Lambda wertänderungen, zueinander ins Verhältnis gesetzt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass die Lambdawertänderung (X_Var) vor dem Partikelfilter eine Lambdawertänderung in einer Richtung (LSpl) und eine darauffolgende Lambdawertänderung in ent gegengesetzter Richtung (LSp2) aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bereitstellung eines Lambda-Vergleichswertes (LVgW) , die Lambdawerte und/oder die Gradienten der aufeinanderfolgenden entgegengesetzten Lambdawertänderungen (LSpl, LSp2, Gla, Gib)) jeweils nach und vor dem Partikelfilter (5) in Kom bination miteinander herangezogen werden.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge
kennzeichnet, dass das jeweilige festgelegte Zeitfenster (TW) eine Dauer von kleiner gleich 5 Sekunden oder kleiner gleich 3 Sekunden aufweist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, dass nach dem Diagnostizieren des Partikel filters (5) , die gezielte, definierte Lambdawertänderung vor dem Partikelfilter (5) zurückgenommen wird und der Ver brennungsmotor (1) in Abhängigkeit vom Diagnoseergebnis wieder in den normalen Arbeits-Betriebsmodus (BP_Norm) überführt und weiter betrieben wird oder auf einen Notbetrieb (BP_Not) beschränkt wird.
10. Abgasnachbehandlungsanlage (2) einer Brennkraftmaschine
(1), wobei die Brennkraftmaschine (1) eine
Luft-Zuführeinrichtung (12) zur Zuführung eines
Luft-Massenstroms (20) und einen Abgastrakt (3) mit der Abgasnachbehandlungsanlage (2) zur Abführung eines Abgas massenstroms (10) aufweist,
wobei die Abgasnachbehandlungsanlage (2) eine Abgasleitung (3b) zur Führung eines Abgasmassenstroms (10), einen in der Abgasleitung (3b) angeordneten Partikelfilter (5) und einen im Abgasmassenstrom (10) stromabwärts, nach dem Parti kelfilter (5), angeordneten Lambdasensor (6) aufweist, und wobei eine Abgasrückführeinrichtung (7) zur Rückführung eines Abgas-Rückführmassenstroms (10a) zwischen Abgastrakt (3) und Luft-Zuführeinrichtung (12) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass der Abgasnachbehandlungsanlage
(2) eine elektronische Rechen- und Steuereinheit (30) zu geordnet ist, die eingerichtet ist zum gezielten, definierten Herbeiführen einer Lambdawertänderung (X_Var) im Abgas massenstrom (10) vor dem Partikelfilter (5), durch Änderung des zugeführten Luft-Massenstroms (20) und/oder des zu rückgeführten Abgas-Rückführmassenstroms (10a) und zur Erfassung eines von dem Lambdasensor (6) ausgegebenen Messsignals, wobei die elektronische Rechen- und Steuer einheit (30) weiterhin dazu eingerichtet ist, das Verfahren zur Funktionsdiagnose einer Abgasnachbehandlungsanlage (2) einer Brennkraftmaschine (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 auszuführen.
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