DE102008031646A1

DE102008031646A1 - Verfahren zur Erkennung eines Defektes eines Partikelfilters eines Kraftfahrzeuges durch Messung der Partikelbeladung des Filters

Info

Publication number: DE102008031646A1
Application number: DE102008031646A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dr. Bierl; Manfred Weigl
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2008-07-04
Filing date: 2008-07-04
Publication date: 2010-01-14
Anticipated expiration: 2028-07-05
Also published as: DE102008031646B4

Abstract

Verfahren zur Erkennung eines Defekts eines Partikelfilters eines Kraftfahrzeuges durch eine Messung der Partikelbeladung des Filters, bei dem 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 und aus einem Unterschied des Verlaufs zwischen berechneter und gemessener Beladung ein Defekt des Partikelfilters erkannt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung eines Defektes eines Partikelfilters eines Kraftfahrzeuges durch Messung der Partikelbeladung des Filters nach Anspruch 1.
Gemäß zukünftigen Gesetzgebungen müssen Partikelfiltersysteme so genau überwacht werden, dass Defekte, welche eine Überschreitung entsprechender Grenzwerte verursachen, rechtzeitig erkannt werden. Eine Fehlererkennung im Partikelfiltersystem erfordert eine möglichst genaue Messung der Filterbeladung mit Ruß.
Es ist bekannt, die Partikelfilterbeladung indirekt durch Überwachen des Filtergegendrucks zu bestimmen. Dabei wird der Druck vor und hinter dem Filter gemessen und aus dem Differenzdruck auf seine Beladung geschlossen. Dies ist nicht ausreichend genau, da der Gegendruck nur bei homogener Verteilung der Partikel aussagekräftig ist. Der Druckabfall im Filter hängt von der Verteilung der Partikel auf der Partikeloberfläche ab. Ist der Ruß ungleichmäßig auf dem Filter verteilt, herrscht in den Bereichen geringerer Beladung eine höhere Strömung und der Gegendruck bricht zusammen. Auch ein Defekt in einem Bereich des Filters führt zu einer ungleichmäßigen Strömungsverteilung. Ein kleiner Riss in der Keramik ist von einem unbeladenen Filter nicht zu unterscheiden, daher liefert eine Differenzdruckmessung keine zuverlässige Fehlererkennung.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Defekt in einem Partikelfiltersystem eines Kraftfahrzeuges mit einfachen Mitteln zuverlässig festzustellen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Erkennung eines Defektes eines Partikelfilters eines Kraftfahrzeuges durch Messung der Partikelbeladung des Filters mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird über Rechenmodelle und kalibrierte Parameter die Partikelemission des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeuges abgeschätzt und durch Aufsummieren der Verlauf der Partikelbeladung des Filters berechnet. Die tatsächliche Filterbeladung wird kontinuierlich direkt gemessen und mit der berechneten Beladung verglichen. Aus dem Unterschied des Verlaufs zwischen berechneter und gemessener Beladung wird ein Defekt, beispielsweise ein Filterbruch, festgestellt, wobei ein Grenzwert definiert wird, bei dessen Überschreiten der Defekt signalisiert wird. Der festgestellte Defekt kann dem Fahrzeugführer in üblicher Weise angezeigt werden.
Die Messung der Filterbeladung dient erfindungsgemäß dazu, nicht nur die Rußbeladung zu messen, sondern auch Abweichungen des Beladungsverhaltens zu erkennen. Bei intaktem Filter bleibt annähernd die gesamte Rußmasse im Filter zurück. Deshalb wird die Messung einen Anstieg der Beladung zeigen, welcher mit dem über die Modellrechnungen ermittelten übereinstimmt. Im Falle einer gebrochenen Filterkeramik wird bei zunächst leerem Filter trotzdem eine Speicherung von Ruß im Filter erfolgen, da der Gegendruck in den intakten Filterzellen noch relativ niedrig ist und somit noch ein Anteil des Abgasstroms trotz Filterbruch durch die Filterzellen strömt und somit Partikel abgeschieden werden. Die zunehmende Beladung mit Ruß erhöht dann aber zunehmend den Gegendruck. In Bereichen einer gebrochenen Filterkeramik sammelt sich jedoch kaum Ruß an, da dieser mit dem ungefilterten Abgas entweicht. Dadurch erhöht sich die Differenz im Strömungswiderstand zwischen intakten und defekten Filterbereichen. Dies bewirkt, dass die Beladung des Filters mit Ruß immer langsamer erfolgt und im Extremfall trotz einer weiteren Partikelemission des Motors konstant bleibt. Die Strömung verlagert sich auf die defekten Filterbereiche, wo sich aufgrund offener oder fehlender Zellen keine Beladung aufbaut. Durch den Vergleich des Verlaufs der berechneten mit der gemessenen Beladung kann erkannt werden, ob der Partikelfilter defekt ist.
In die Modellrechnung für die berechnete Filterbeladung kann eine Auswahl an Betriebsparametern, wie z. B. die angesaugte Luftmasse, die zugeführte Kraftstoffmasse, die Motordrehzahl oder die Abgastemperatur vor dem Partikelfilter, die Temperatur des Partikelfilters, die Fahrzeuggeschwindigkeit und der atmosphärische Druck einfließen. Zu Beginn der Filterbeladung, d. h. bei einem frischen oder regenerierten Filter, kann im Betrieb des Fahrzeuges der berechnete Verlauf der Filterbeladung mit dem gemessenen Verlauf verglichen werden, um die Modellrechnung an die Messung entsprechend den konkreten Betriebsparametern und dem Fahrverhalten anzupassen. In der Anfangsphase der Beladung ist es gut möglich, das Modell zu korrigieren, weil der Strömungswiderstand noch gering ist, ein Riss im Filter sich also von der unbeladenen Filterkeramik kaum unterscheidet. Tritt dann später im weiteren Verlauf eine Abweichung auf, d. h. flacht die gemessene Beladungskurve gegenüber der berechneten ab, so kann die geringere Beladung nur in einem Defekt in der Filterkeramik begründet sein.
Für die direkte Messung der Filterbeladung können Elektroden an der Filterkeramik angeordnet sein. Da Ruß eine deutlich höhere Dielektrizitätszahl aufweist als ein Isolator, kann bei einem aus elektrisch isolierendem Material wie Keramik ausgebildeten Partikelfilter über die Erfassung der Impedanz oder der Kapazität quer durch die Filterkeramik die Rußbeladung ermittelt werden. Des Weiteren ist es möglich, die Filterbeladung über das Dämpfungsverhalten von hochfrequenter Strahlung oder Ultraschall zu bestimmen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand der nachfolgenden Figur näher erläutert.
Der in 1 dargestellte Kurvenverlauf zeigt die gemessene Filterbeladung gegen die berechnete Beladung aufgetragen. Bei intaktem Partikelfilter fällt die gemessene mit der berechneten Beladung zusammen. Daneben ist ein gemessener Verlauf bei einem defekten Partikelfilter gezeigt. Am Anfang, also bei einem neuen oder frisch regenerierten Partikelfilter, verläuft die Beladung in etwa parallel zur berechneten, da trotz eines Defekts in der Filterkeramik zunächst noch Ruß in den intakten Filterbereichen aufgrund des geringen Gegendrucks anlagert. Mit zunehmender Beladung macht sich die Differenz im Strömungswiderstand zwischen den intakten und gebrochenen Filterzellen bemerkbar, da das Abgas durch die defekten Bereiche strömt, ohne Ruß abzulagern. Die Rußbeladung des Filters erfolgt immer langsamer und kommt schließlich zum Erliegen, da das gesamte Abgas wegen des geringeren Strömungswiderstandes ungefiltert durch die defekten Filterbereiche strömt. Weicht also die gemessene Beladung um einen zuvor festzulegenden Wert von der berechneten Filterbeladung ab, wird ein Fehlersignal ausgegeben.

Claims

Verfahren zur Erkennung eines Defekts eines Partikelfilters eines Kraftfahrzeuges durch eine Messung der Partikelbeladung des Filters, bei dem – 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 und – aus einem Unterschied des Verlaufs zwischen berechneter und gemessener Beladung ein Defekt des Partikelfilters erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Rechenmodelle mindestens einer der Fahrzeug-Betriebsparameter Motordrehzahl, angesaugte Luftmasse, zugeführte Kraftstoffmasse, Abgastemperatur vor dem Partikelfilter, Temperatur des Partikelfilters, Fahrzeuggeschwindigkeit und atmosphärischer Druck einfließt.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenmodelle im Betrieb zu Beginn der Filterbeladung über einen Vergleich mit der gemessenen Filterbeladung an den gemessenen Verlauf der Filterbeladung angepasst werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zur Messung der Filterbeladung die Impedanz oder die Kapazität quer durch den Filter oder das Dämpfungsverhalten durch den Filter gesendeter elektromagnetischer oder akustischer Wellen erfasst wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein erkannter Defekt dem Führer des Kraftfahrzeuges angezeigt wird.