WO2021170420A1 - Verfahren und vorrichtung zur diagnose eines in einem abgaskanal eines kraftfahrzeugs angeordneten beschichteten partikelfilters - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for diagnosing a coated particle filter arranged in an exhaust gas duct of a motor vehicle.
  • a coated particle filter in the exhaust gas duct of a motor vehicle in order to reduce pollutants in the exhaust gas emitted to the surroundings of the motor vehicle.
  • a coated particle filter can be a coated diesel particle filter, which is also known under the abbreviation SDPF.
  • SDPF coated diesel particle filter
  • Such a diesel particulate filter combines the functionalities of an SCR catalytic converter and a diesel particulate filter. It reduces both the nitrogen oxide emissions NOx and the soot emissions of the motor vehicle.
  • particle filter systems must be monitored so precisely that defects which cause the specified limit values to be exceeded are detected in good time so that suitable countermeasures can be taken. Fault detection in a particle filter system requires the most accurate possible measurement of the filter loading with soot.
  • DE 102008031 646 B4 discloses a method for detecting a defect in a particle filter of a motor vehicle by measuring the particle loading of the filter, in which the particle emissions of the internal combustion engine of the motor vehicle are estimated using computer models and the course of the filter loading is calculated, and the filter loading is measured directly , the calculated and the measured load are compared, with a fresh or regenerated filter, the calculated course of the filter loading is compared with the measured course of the filter loading in order to adapt the calculation models to the measured course, and from a difference in the course a defect in the particle filter is detected between the calculated and measured load.
  • the object of the invention is to improve the diagnosis of a coated particle filter arranged in an exhaust duct of a motor vehicle.
  • the claimed method allows the identified particle filter defect to be assigned to the cause of the particle filter defect.
  • the claimed method allows the identified particle filter defect to be assigned to a particle filter regeneration that has been carried out.
  • particle filter regeneration if excess temperature occurs, the material of the particle filter can partially melt and cracks occur in the material, due to which the filter efficiency is reduced in subsequent operation of the particle filter and, for example, for on-board diagnosis falls below specified limit values.
  • Such particle filter defects can be recognized when using the claimed method and assigned to the particle filter regeneration process.
  • the difference between the two diagnostic values indicating the particle filter defect can be used to correct the particle filter regeneration strategy for a subsequent particle filter regeneration.
  • the temperature can be lowered for a subsequent particle filter regeneration.
  • a threshold for the particle filter loading at which a particle filter regeneration is considered necessary can be lowered.
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of a device for diagnosing a coated particle filter arranged in an exhaust gas duct of a motor vehicle.
  • a coated diesel particle filter 2 is arranged in the exhaust gas duct 1 of a motor vehicle.
  • This coated diesel particle filter is provided to filter out pollutant particles from the exhaust gas output by the engine of the motor vehicle, which flows through the coated diesel particle filter 2 in the exhaust gas flow direction 6, so that the exhaust gas output by the particle filter 2 has a reduced pollutant content.
  • filtered out pollutant particles in particular soot particles, accumulate on the inner walls of the particle filter, so that the particle filter loading of the particle filter becomes increasingly greater.
  • a particle filter regeneration is required.
  • the temperature of the exhaust gas flowing through the particle filter is increased to around 600 ° C. At this high temperature, the pollutant particles stored on the inner walls of the particle filter burn, so that the walls of the particle filter are freed from pollutant particles.
  • the output signals 3 a of a sensor 3 and the output signals 4 a of a further sensor 4 are fed to a control unit 5.
  • the stored data include, among other things, an empirically determined threshold value for the particle filter loading, which, when exceeded, the control unit 5 recognizes the need for a particle filter regeneration.
  • the particle filter loading of the particle filter 2 is determined using the output signals of the sensors 3 and 4, which in the exemplary embodiment shown are NOx sensors. Using these NOx sensors For example, the NOx content of the exhaust gas fed to the particulate filter and the NOx content of the exhaust gas output by the particulate filter are measured, and the need for a particulate filter regeneration is recognized from the measured values by the control unit 5 using a difference.
  • a first diagnostic value is determined.
  • the particulate filter regeneration is carried out, in which the exhaust gas flowing through the particulate filter is brought to a high temperature of 600 ° C., for example, in order to burn the pollutant particles that have deposited on the walls of the particulate filter.
  • the difference between the two diagnostic values is then determined.
  • This threshold value was determined empirically in advance and stored together with other data in a memory to which the control unit 5 has access.
  • This threshold value is a predetermined constant value.
  • This particle filter defect is a particle filter defect that has occurred during the particle filter regeneration, in particular a crack in the housing of the particle filter that has arisen due to an excess temperature present during the particle filter regeneration.
  • This particle filter defect can be reliably identified using the method described and assigned to the particle filter regeneration. Without carrying out the method according to the invention, the cause of a strong reduction in the efficiency of the particle filter determined in the context of an on-board diagnosis of the particle filter could only be identified by a complex, complete check of the entire exhaust gas tract of the motor vehicle.
  • the determined difference can be used to correct the previously used particle filter regeneration strategy. For example, the temperature used for a subsequent particle filter regeneration can be reduced.
  • the threshold value for the particle filter loading which, when exceeded, the necessity of a particle filter regeneration is recognized, can be reduced. Both of the aforementioned measures mean that in future particle filter regenerations the occurrence of an excess temperature is avoided.
  • the above-mentioned diagnostic values are also values that are determined using the output signals from sensors 3 and 4.
  • the diagnostic values are preferably gradient values.
  • a gradient value can be determined by evaluating the output signal of a NOx sensor arranged downstream of the particle filter after the occurrence of a jump in an ammonia value measured upstream of the particle filter.
  • the difference in the diagnostic values for example gradients of the NOx sensor output signal downstream of the particle filter after an NH3 jump upstream of the particle filter after the particle filter regeneration and before the particle filter regeneration, exceeds or exceeds a predetermined threshold value, for example 20 ppm within 4 seconds whether this is not the case is. If this is the case, the presence of a filter crack is recognized. As a result of this measure, a diagnosis of the particle filter is made more robust and an error allocation is improved.

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose eines in einem Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs angeordneten beschichteten Partikelfilters Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines in einem Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs angeordneten beschichteten Partikelfilters, bei welchem die folgenden Schritte nacheinander durchgeführt werden: - Erkennen der Notwendigkeit einer Partikelfilterregeneration, - Ermittlung eines ersten Diagnosewertes durch einen NOx-Sensor (3) - Durchführen der Partikelfilterregeneration, - Ermittlung eines zweiten Diagnosewertes durch einen NOx-Sensor (4) • - Ermittlung einer Differenz zwischen den beiden ermittelten Diagnosewerten, • - Vergleich der ermittelten Differenz mit einem Schwellenwert und • - Erkennen eines Partikelfilterdefektes, wenn die ermittelte Differenz den Schwellenwert übersteigt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Diagnose eines in einem Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs angeordneten beschichteten Partikelfilters.

Description

Beschreibung
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR DIAGNOSE EINES IN EINEM ABGASKANAL EINES KRAFTFAHRZEUGS ANGEORDNETEN BESCHICHTETEN PARTIKELFILTERS
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose eines in einem Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs angeordneten beschichteten Partikelfilters.
Es ist bekannt, im Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs einen beschichteten Partikelfilter anzuordnen, um Schadstoffe in dem an die Umgebung des Kraftfahrzeugs ausgegebenen Abgas zu reduzieren. Bei einem derartigen beschichteten Partikelfilter kann es sich um einen beschichteten Dieselpartikelfilter handeln, welcher auch unter der Kurzbezeichnung SDPF bekannt ist. Ein derartiger Dieselpartikelfilter vereinigt die Funktionalitäten eines SCR-Katalysators und eines Dieselpartikelfilters. Er reduziert sowohl die Stickoxidemissionen NOx als auch die Rußemissionen des Kraftfahrzeugs.
Gemäß gesetzlicher Vorgaben müssen Partikelfiltersysteme so genau überwacht werden, dass Defekte, welche eine Überschreitung vorgegebener Grenzwerte verursachen, rechtzeitig erkannt werden, um geeignete Gegenmaßnahmen ergreifen zu können. Eine Fehlererkennung in einem Partikelfiltersystem erfordert eine möglichst genaue Messung der Filterbeladung mit Ruß.
Aus der DE 102008031 646 B4 ist ein Verfahren zur Erkennung eines Defekts eines Partikelfilters eines Kraftfahrzeugs durch eine Messung der Partikelbeladung des Filters bekannt, bei welchem über Rechenmodelle die Partikelemission des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs abgeschätzt und der Verlauf der Filterbeladung berechnet wird, die Filterbeladung direkt gemessen wird, die berechnete und die gemessene Beladung verglichen werden, wobei bei einem frischen oder regenerierten Filter der berechnete Verlauf der Filterbeladung mit dem gemessenen Verlauf der Filterbeladung verglichen wird, um die Rechenmodelle an den gemessenen Verlauf anzupassen, und aus einem Unterschied des Verlaufs zwischen berechneter und gemessener Beladung ein Defekt des Partikelfilters erkannt wird.
Des Weiteren ist es bereits bekannt, die Effizienz eines beschichteten Dieselpartikelfilters unter Verwendung der Ausgangssignale von PM-Sensoren (Feinstaubsensoren) oder von Stickoxidsensoren (NOx-Sensoren) zu ermitteln.
Ferner ist es bereits bekannt, die ermittelte Beladung eines Partikelfilters mit einem vorgegebenen Schwellenwert zu vergleichen und in dem Falle, dass die ermittelte Beladung des Partikelfilters den vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, eine Partikelfilterregeneration durchzuführen. Zu einer derartigen Partikelfilterregeneration ist es notwendig, den Partikelfilter auf eine hohe Temperatur aufzuheizen, die im Bereich von 600°C liegt, so dass die Schadstoffpartikel, die sich im Partikelfilter angesammelt haben, verbrannt werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Diagnose eines in einem Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs angeordneten beschichteten Partikelfilters zu verbessern.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 - 13 angegeben. Eine Vorrichtung zur Diagnose eines in einem Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs angeordneten beschichteten Partikelfilters ist Gegenstand des Patentanspruchs 14.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Diagnose eines in einem Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs angeordneten beschichteten Partikelfilters werden die folgenden Schritte durchgeführt:
- Erkennen der Notwendigkeit einer Partikelfilterregeneration,
- Ermittlung eines ersten Diagnosewertes nach dem Erkennen der Notwendigkeit einer Partikelfilterregeneration und vor einer Einleitung der Partikelfilterregeneration,
- nach der Ermittlung des ersten Diagnosewertes Durchführen der Partikelfilterregeneration, - Ermittlung eines zweiten Diagnosewertes nach durchgeführter Partikelfilterregeneration,
- Ermittlung einer Differenz zwischen den beiden ermittelten Diagnosewerten,
- Vergleich der ermittelten Differenz mit einem Schwellenwert und
- Erkennen eines Partikelfilterdefektes, wenn die ermittelte Differenz den Schwellenwert übersteigt.
Die Vorteile der Erfindung bestehen insbesondere darin, dass das beanspruchte Verfahren eine Zuordnung des erkannten Partikelfilterdefektes zur Ursache des Partikelfilterdefektes erlaubt. Insbesondere erlaubt das beanspruchte Verfahren eine Zuordnung des erkannten Partikelfilterdefektes zu einer durchgeführten Partikelfilterregeneration. So kann es bei einer Partikelfilterregeneration bei einem Auftreten einer Übertemperatur dazu kommen, dass das Material des Partikelfilters teilweise schmilzt und es zu Rissen im Material kommt, aufgrund welcher in einem nachfolgenden Betrieb des Partikelfilters dessen Filterwirkungsgrad herabgesetzt ist und beispielsweise für eine On-Board-Diagnose vorgegebene Grenzwerte unterschreitet. Derartige Partikelfilterdefekte können bei einer Verwendung des beanspruchten Verfahrens erkannt und dem Partikelfilterregenerationsvorgang zugeordnet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann die den Partikelfilterdefekt anzeigende Differenz zwischen den beiden Diagnosewerten für eine Korrektur der Partikelfilterregenerationsstrategie für eine nachfolgende Partikelfilterregeneration verwendet werden. Beispielsweise kann die Temperatur für eine nachfolgende Partikelfilterregeneration erniedrigt werden. Alternativ oder zusätzlich dazu kann eine Schwelle für die Partikelfilterbeladung, bei welcher eine Partikelfilterregeneration für notwendig angesehen wird, erniedrigt werden.
Weitere vorteilhafte Eigenschaften der Erfindung ergeben sich aus deren nachfolgender beispielhafter Erläuterung anhand der Figur 1. Diese zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine Vorrichtung zur Diagnose eines in einem Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs angeordneten beschichteten Partikelfilters. Bei dem in der Figur 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist in dem Abgaskanal 1 eines Kraftfahrzeugs ein beschichteter Dieselpartikelfilter 2 angeordnet. Dieser beschichtete Dieselpartikelfilter ist dazu vorgesehen, aus dem vom Motor des Kraftfahrzeugs ausgegebenen Abgas, welches den beschichteten Dieselpartikelfilter 2 in Abgasflussrichtung 6 durchfließt, Schadstoffpartikel auszufiltern, so dass das vom Partikelfilter 2 ausgegebene Abgas einen reduzierten Schadstoffgehalt aufweist.
Im Laufe der Betriebsdauer des Kraftfahrzeugs lagern sich ausgefilterte Schadstoffpartikel, insbesondere Rußpartikel, an den Innenwänden des Partikelfilters an, so dass die Partikelfilterbeladung des Partikelfilters zunehmend grösser wird. Um eine durch diese zunehmende Partikelfilterbeladung verursachte Verstopfung des Partikelfilters zu vermeiden, bedarf es einer Partikelfilterregeneration. Zu dieser Partikelfilterregeneration wird die Temperatur des den Partikelfilter durchströmenden Abgases auf etwa 600°C erhöht. Bei dieser hohen Temperatur verbrennen die an den Innenwänden des Partikelfilters gelagerten Schadstoffpartikel, so dass die Wände des Partikelfilters von Schadstoffpartikeln befreit werden.
Zum Erkennen der Notwendigkeit einer Partikelfilterregeneration werden die Ausgangssignale 3a eines Sensors 3 und die Ausgangssignale 4a eines weiteren Sensors 4 einer Steuereinheit 5 zugeführt. Diese wertet die Ausgangsignale der Sensoren auf Basis eines abgespeicherten Arbeitsprogrammes und abgespeicherter Daten aus, erkennt die Notwendigkeit der Durchführung einer Partikelfilterregeneration und stellt Steuersignale 5a bereit, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigt werden.
Zu den abgespeicherten Daten gehört unter anderem ein empirisch ermittelter Schwellenwert für die Partikelfilterbeladung, bei dessen Überschreitung die Steuereinheit 5 die Notwendigkeit einer Partikelfilterregeneration erkennt. Die Partikelfilterbeladung des Partikelfilters 2 wird unter Verwendung der Ausgangssignale der Sensoren 3 und 4 ermittelt, bei denen es sich beim gezeigten Ausführungsbeispiel um NOx-Sensoren handelt. Mittels dieser NOx-Sensoren werden beispielsweise der NOx-Gehalt des dem Partikelfilter zugeführten Abgases und der NOx-Gehalt des vom Partikelfilter ausgegebenen Abgases gemessen und aus den gemessenen Werten von der Steuereinheit 5 unter Verwendung einer Differenzbildung die Notwendigkeit einer Partikelfilterregeneration erkannt.
Nach dem Erkennen der Notwendigkeit einer Partikelfilterregeneration und vor einer Einleitung dieser Partikelfilterregeneration wird ein erster Diagnosewert ermittelt.
Nach der Ermittlung dieses ersten Diagnosewertes wird die Partikelfilterregeneration durchgeführt, bei welcher das den Partikelfilter durchströmende Abgas auf eine hohe Temperatur von beispielsweise 600°C gebracht wird, um die Schadstoffpartikel, die sich an den Wänden des Partikelfilters abgelagert haben, zu verbrennen.
Nach durchgeführter Partikelfilterregeneration wird ein zweiter Diagnosewert ermittelt.
Anschließend wird die Differenz zwischen den beiden Diagnosewerten ermittelt.
Danach erfolgt ein Vergleich der ermittelten Differenz mit einem vorgegebenen Schwellenwert. Dieser Schwellenwert wurde im Voraus empirisch ermittelt und zusammen mit anderen Daten in einem Speicher hinterlegt, auf welchen die Steuereinheit 5 Zugriff hat. Dieser Schwellenwert ist ein vorgegebener konstanter Wert.
Übersteigt die ermittelte Differenz den vorgegebenen Schwellenwert, dann wird erkannt, dass ein Partikelfilterdefekt vorliegt. Bei diesem Partikelfilterdefekt handelt es sich um einen während der Partikelfilterregeneration aufgetretenen Partikelfilterdefekt, insbesondere um einen aufgrund einer während der Partikelfilterregeneration vorliegenden Übertemperatur entstandenen Riss im Gehäuse des Partikelfilters. Dieser Partikelfilterdefekt kann mittels des beschriebenen Verfahrens sicher identifiziert und der Partikelfilterregeneration zugeordnet werden. Ohne eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens könnte die Ursache einer im Rahmen einer On-Board-Diagnose des Partikelfilters ermittelten starken Reduzierung des Wirkungsgrades des Partikelfilters erst durch eine aufwendige Komplettüberprüfung des gesamten Abgastraktes des Kraftfahrzeugs identifiziert werden.
Wird anhand der ermittelten Differenz das Vorliegen eines auf eine überhöhte Temperatur bei der Partikelfilterregenerierung zurückzuführenden Partikelfilterdefektes erkannt, dann kann die ermittelte Differenz für eine Korrektur der bisher verwendeten Partikelfilterregenerationsstrategie verwendet werden. Beispielsweise kann die für eine nachfolgende Partikelfilterregeneration verwendete Temperatur reduziert werden. Des Weiteren kann alternativ oder zusätzlich der Schwellenwert für die Partikelfilterbeladung, bei dessen Überschreiten die Notwendigkeit einer Partikelfilterregeneration erkannt wird, reduziert werden. Beide vorgenannten Maßnahmen führen dazu, dass bei zukünftigen Partikelfilterregenerationen das Auftreten einer Übertemperatur vermieden wird.
Bei den oben genannten Diagnosewerten handelt es sich ebenfalls um Werte, die unter Verwendung der Ausgangssignale der Sensoren 3 und 4 ermittelt werden. Vorzugsweise handelt es sich bei den Diagnosewerten um Gradientenwerte. Beispielsweise kann ein Gradientenwert durch eine Auswertung des Ausgangssignals eines stromab des Partikelfilters angeordneten NOx-Sensors nach dem Auftreten eines Sprunges eines stromauf des Partikelfilters gemessenen Ammoniakwertes ermittelt werden.
Dabei kann überprüft werden, ob die Differenz der Diagnosewerte, beispielsweise Gradienten des NOx-Sensorausgangssignals stromab des Partikelfilters nach einem NH3-Sprung stromauf des Partikelfilters nach der Partikelfilterregeneration und vor der Partikelfilterregeneration, einen vorgegebenen Schwellenwert, beispielsweise 20 ppm innerhalb von 4 Sekunden, überschreitet oder ob dies nicht der Fall ist. Ist dies der Fall, dann wird das Vorliegen eines Filterrisses erkannt. Durch diese Maßnahme wird eine Diagnose des Partikelfilters robuster und eine Fehlerzuordnung verbessert.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Diagnose eines in einem Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs angeordneten beschichteten Partikelfilters mit folgenden Schritten:
- Erkennen der Notwendigkeit einer Partikelfilterregeneration,
- Ermittlung eines ersten Diagnosewertes nach dem Erkennen der Notwendigkeit einer Partikelfilterregeneration und vor einer Einleitung der Partikelfilterregeneration,
- nach der Ermittlung des ersten Diagnosewertes Durchführen der Partikelfilterregeneration,
- Ermittlung eines zweiten Diagnosewertes nach durchgeführter Partikelfilterregeneration,
- Ermittlung einer Differenz zwischen den beiden ermittelten Diagnosewerten,
- Vergleich der ermittelten Differenz mit einem Schwellenwert und
- Erkennen eines Partikelfilterdefektes, wenn die ermittelte Differenz den Schwellenwert übersteigt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , bei welchem der Schwellenwert ein vorgegebener konstanter Wert ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem der Partikelfilterdefekt ein während der Partikelfilterregeneration aufgetretener Partikelfilterdefekt ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem der Partikelfilterdefekt ein während der Partikelfilterregeneration aufgetretener Riss im Partikelfilter ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die ermittelte Differenz für eine Korrektur einer Partikelfilterregenerationsstrategie für eine nachfolgende Partikelfilterregeneration verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem die Temperatur für die nachfolgende Partikelfilterregeneration erniedrigt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei welchem ein Schwellenwert für die Partikelfilterbeladung, bei welcher eine Partikelfilterregeneration als notwendig angesehen wird, erniedrigt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Diagnosewerte unter Verwendung der Ausgangssignale von Sensoren ermittelt werden, von denen einer stromauf des Partikelfilters und der andere stromab des Partikelfilters angeordnet sind.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem mindestens einer der Sensoren ein NOx-Sensor ist.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, bei welchem die Diagnosewerte Gradientenwerte sind.
11 . Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem ein Gradientenwert durch Auswertung eines Ausgangssignals eines stromab des Partikelfilters angeordneten NOx-Sensors nach dem Auftreten eines Sprunges eines stromauf des Partikelfilters gemessenen Ammoniakwertes ermittelt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, welches von einer Steuereinheit gesteuert wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem die Steuereinheit auf Basis eines abgespeicherten Arbeitsprogrammes und abgespeicherter Daten und unter Verwendung ihr zugeführter Sensorsignale zur Diagnose benötigte Steuersignale ausgibt.
14. Vorrichtung zur Diagnose eines in einem Abgaskanal eines Kraftfahrzeugs angeordneten beschichteten Partikelfilters, welche eine Steuereinheit (5) aufweist, die zur Steuerung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
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