Verfahren zur Überwachung der Filterfähigkeit eines

Partikelfilters

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Filterfähigkeit eines im Abgasstrang eines Kraftfahrzeuges angeordneten Partikelfilters. Bei der Verbrennung von Kraftstoff in einem Verbrennungsmotor entstehen ungewollt Partikel. Da diese Partikel gesundheits ^¬ schädlich sind, hat der Gesetzgeber Emissionsgrenzwerte festgelegt. Um diese Partikelgrenzwerte einhalten zu können, werden insbesondere in den Abgasstrang von modernen

PKW-Diesel-Motoren Partikelfilter eingebaut. Diese werden typischerweise als Wandstromfilter auf Basis von Keramikwerkstoffen ausgeführt. Der Gesetzgeber verlangt zudem, dass die Funktionstüchtigkeit des Filters während seines Betriebes („On Board Diagnose") überwacht wird. Um diese Anforderung zu er- füllen, wird ein dem Partikelfilter nachgeschalteter

Partikelsensor in den Abgasstrang eingebaut, um die Abgaskonzentration zu messen.

Falls das Partikelfilter intakt ist, wird vom Partikelsensor nur eine geringe Partikelkonzentration im Abgas gemessen. Wenn das Filter jedoch geschädigt ist, misst der Partikelsensor eine abnorm hohe Partikelkonzentration im Abgas. Bei dieser Vorgehensweise besteht nunmehr die Problematik, unter allen Betriebsbedingungen des Systems sicher zwischen einem intakten und einem defekten Filter unterscheiden zu können.

Bei derartigen Partikelfiltern handelt es sich insbesondere um Rußfilter, die in den Abgasstrang von Dieselmotoren eingebaut werden. Die zugehörigen Partikelsensoren sind dementsprechend Rußsensoren .

Um eine entsprechende Überwachung der Filterfähigkeit des Partikelfilters bzw. eine Zustandsbestimmung des

Partikelfilters durchzuführen, ist es bekannt, mithilfe einer modellierten Motor-Partikel-Emission und der mithilfe eines Partikelsensors gemessenen Partikelkonzentration nach dem Partikelfilter die Filtereffizienz des Filters zu bestimmen. Der entsprechende ermittelte Filtereffizienzwert wird mit einem Erwartungswert verglichen. Der Erwartungswert prognostiziert die Filtereffizienz für einen defekten anzeigepflichtigen Partikelfilter. Bei einem Partikelfilter, der gerade die zulässigen Emissionen überschreitet, soll der Erwartungswert also exakt der anhand des Messsignals ermittelten Effizienz ent ^¬ sprechen. Wenn nunmehr die ermittelte Effizienz gleich dem Erwartungswert ist oder unter diesem liegt, ist der

Partikelfilter geschädigt und kann als defekt erkannt werden. Die Bestimmung der Filtereffizienz wird hierbei nur in bestimmten Betriebspunkten durchgeführt, um die Streuungen zu reduzieren.

Ein defekter Partikelfilter ist dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelemissionen (eines Systems, in dem dieses Bauteil verbaut ist) im Abgastest einen Grenzwert überschreiten. Ein intakter Partikelfilter hingegen liegt knapp unterhalb dieses Grenzwertes. In der Praxis gibt es einen Graubereich zwischen den beiden Komponenten, da sowohl das Signal des Partikelsensors als auch das Rohemissions-Modell (modellierte MotorPartikel- Emission) Toleranzen unterliegt, so dass daher die Bestimmung der Filtereffizienz toleranzbehaftet ist. Speziell bei niedrigen Partikelemissionen sind die Toleranzen des Sensors und des Modells hoch. In typischen Applikationen sind für Betriebspunkte, welche im Abgastest angefahren werden, die Emissionen optimiert, d.h. auf einem niedrigen Niveau. Dadurch haben der Partikelsensor und das Modell eine höhere Ungenauigkeit in diesen Betriebspunkten. Nach heutigem Stand der Technik muss daher ein erheblicher Abstand zwischen einem intakten und einem defekten Partikelfilter liegen, damit diese bei der durchgeführten Überwachung zuverlässig voneinander unterschieden werden können .

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art zur Verfügung zu stellen, mit dem sich die Filterfähigkeit eines Partikelfilters besonders exakt überwachen lässt. Mit diesem Verfahren soll insbesondere die Genauigkeit der Zustandsbestimmung des

Partikelfilters erhöht werden, ohne dabei die Emissionen er ^¬ heblich ansteigen zu lassen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einem Verfahren der angegebenen Art durch die folgenden Schritte gelöst:

Durchführen einer ersten Diagnosephase durch Ermitteln eines Effizienzwertes des Partikelfilters und Vergleichen desselben mit einem Erwartungswert; bei Erreichen oder Unterschreiten des Erwartungswertes durch den Effizienzwert Setzen eines Fehlerverdachtes; bei Setzen eines Fehlerverdachtes Erhöhen der Partikelemissionen im Abgas des zugehörigen Kraftfahrzeugmotors und hierdurch Verringerung der Streuung des ermittelten Filtereffizienzwertes; und

Durchführen einer zweiten Diagnosephase analog zur ersten Diagnosephase . Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es, die vorstehend genannte Aufgabe zu lösen, insbesondere die Genauigkeit der Zustandsbestimmung des Partikelfilters zu erhöhen, ohne die Emissionen erheblich ansteigen zu lassen. Dazu wird erfin- dungsgemäß ein zweistufiges Verfahren vorgeschlagen. In der ersten Phase wird analog zu dem bekannten Verfahren der Effizienzwert des Partikelfilters ermittelt und mit einem Er ^¬ wartungswert verglichen. Dieser Vergleich kann an Betriebspunkten mit einem niedrigen Partikelemissionsniveau durchge- führt werden. Falls der ermittelte Filtereffizienzwert den

Erwartungswert erreicht oder unterschreitet, wird nicht direkt ein Fehler eingetragen, sondern erst ein Fehlerverdacht gesetzt.

In der zweiten Phase werden nun durch geeignete Maßnahmen die Motorpartikelemissionen erhöht. Durch die erhöhten Motoremissionen steigen auch die Emissionen nach dem Partikelfilter, wodurch die Toleranzen des Signals kleiner werden. Die geringeren Toleranzen bewirken, dass die Streuung des ermittelten Filtereffizienzwertes reduziert werden kann. In diesem Bereich ist eine zuverlässige Unterscheidung zwischen einem intakten und einem defekten Partikelfilter möglich.

Vorzugsweise wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren in Bezug auf die Partikelkonzentration im Abgas ein Schwellenwert er- mittelt, jenseits von dem eine zuverlässige Unterscheidung von unterschiedlichen Filtereffizienzwerten möglich ist. Dieser Schwellenwert entspricht dabei vorzugsweise einem Partikel ^¬ konzentrationswert, ab dem sich die Toleranzbänder der Filtereffizienzwerte für einen intakten und einen defekten

Partikelfilter nicht mehr überlappen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden daher die Partikelemissionen im Abgas speziell so erhöht, dass die Partikelkonzentration im Abgas über dem ermittelten Schwellenwert liegt.

Es hat sich gezeigt, dass sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders gute Ergebnisse erzielen lassen, wenn die Partikelemissionen im Abgas so erhöht werden, dass sich eine Partikelkonzentration von mehr als 10 mg/m ³ im Abgas ergibt. In diesem Bereich ist eine zuverlässige Unterscheidung zwischen defekten und intakten Filtern möglich. Dies ist generell abhängig vom Emissions- und Filterwirkungsgrad und von dem Modell und den Sensortoleranzen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die erste Diagnosephase vorzugsweise an Betriebspunkten mit einem niedrigen Partike- lemissionsniveau durchgeführt. Es gelingt daher, die Parti ^¬ kelemissionen auf einem niedrigen Niveau zu halten. Erst dann, wenn der Verdacht eines Fehlers besteht, werden die Partike ^¬ lemissionen im Abgas erhöht. Eine solche Erhöhung findet daher nur in Ausnahmefällen statt, wenn ein begründeter Fehlerverdacht besteht.

Das Erhöhen der Partikelemissionen im Abgas wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise durch Verstellung der Abgasführrate, Änderung der Einspritzdauer und/oder des Ein- spritzphasings durchgeführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird vorzugsweise zur Überwachung der Filterfähigkeit eines Rußfilters, speziell bei Dieselmotoren von Kraftfahrzeugen, eingesetzt. Die Partikelkonzentration im Abgas wird dabei vorzugsweise mithilfe eines dem Partikelfilter nachgeschalteten Partikelsensors ermittelt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren, das als zweistufiges Verfahren ausgebildet ist, kann in jedem Fall die Emissions- erhöhung auf den Fehlerverdachtsfall reduziert werden. Die Emissionen in einem System, in dem der Partikelfilter intakt ist, werden nicht beeinflusst. Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungs ^¬ beispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein Diagramm, das die Filtereffizienz für

einen intakten Partikelfilter und einen defekten

Partikelfilter zeigt; und

Figur 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Über wachung der Filterfähigkeit eines Rußfilters.

Figur 1 zeigt das Toleranzband der Filtereffizienz für eine intakten Rußfilter mit nominal 80 % Filtereffizienz und einen defekten Rußfilter mit nur 40 %. Die Werte sind aufgetragen über die Motor-Rußkonzentration. Man erkennt, dass für niedrige Konzentrationen (Bereich 1, links von der durchgezogenen vertikalen Linie) sich das Toleranzband stark öffnet und sich der schlechteste Wirkungsgrad (eff_pf_min_0 , 8 ) des intakten Filters und der beste Wirkungsgrad (eff_pf_max_04 ) des defekten Filters überlappen. Daher ist im Bereich 1 eine robuste Unterscheidung der beiden Filter nicht möglich. Dies ist aber der Bereich, welcher im Abgastest typischerweise angefahren wird.

Falls nun in diesem Bereich 1 eine Filtereffizienz unterhalb des besten Wirkungsgrades (eff_pf_max_0 , 4 ) des defekten Filters gemessen wird, wird ein Fehlerverdacht gesetzt. Anschließend werden die Rohemissionen erhöht, und die Diagnose wird im Bereich 2 (rechts von der durchgezogenen vertikalen Linie) wiederholt. In diesem Bereich ist eine zuverlässige Unterscheidung beider Filter möglich. Im Einzelnen läuft dabei das Verfahren zur Überwachung der Filterfähigkeit des im Abgasstrang eines Dieselfahrzeuges angeordneten Rußfilters wie folgt ab: Gemäß Figur 2 wird in Schritt 1 in einer ersten Diagnosephase ein Effizienzwert des Rußfilters ermittelt. In Schritt 2 wird dieser Effizienzwert mit einem Erwartungswert verglichen. Wenn der Erwartungswert durch den Effizienzwert erreicht oder unter ^¬ schritten wird, wird in Schritt 3 ein Fehlerverdacht gesetzt. Nur bei Setzen eines Fehlerverdachtes werden in Schritt 4 die

Rußemissionen im Abgas des zugehörigen Dieselmotors erhöht. Hierdurch wird die Streuung des ermittelten Filtereffizienzwertes verringert, wie in Figur 1 gezeigt. Danach wird dann analog zur ersten Diagnosephase eine zweite Diagnosephase durchgeführt. In Schritt 5 wird wiederum ein Effizienzwert des Rußfilters ermittelt, und in Schritt 6 wird dieser Effizienzwert mit einem Erwartungswert verglichen. Gemäß Figur 1 besitzen jetzt (im Bereich der erhöhten Rußkonzentration) die Toleranzbänder für einen defekten und einen intakten Filter einen deutlichen Abstand voneinander, so dass eine deutliche Unterscheidung von den Filtern möglich ist.