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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Ermittlung des Beladungszustands
eines als zylindrischer Formkörper
ausgebildeten Partikelfilters zur Reinigung von Brennkraftmaschinenabgas
mit einer Messanordnung, umfassend ein Elektrodenpaar mit einer
ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode und zum anderen ein
Verfahren zur Ermittlung des Beladungszustands eines Partikelfilters
mittels einer Messanordnung, welche eine erste Elektrode und eine
zweite Elektrode umfasst.
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Aus
der Offenlegungsschrift
DE
100 33 160 A1 ist es bekannt, einen Partikelfilter zur
Verminderung der Partikelemission einer Brennkraftmaschine einzusetzen.
Beim Betrieb der Brennkraftmaschine erfolgt eine zeitlich zunehmende
Beladung des Partikelfilters mit Ruß- und/oder Ascheteilchen.
Um ein Verstopfen des Partikelfilters zu verhindern, wird der angesammelte
Ruß von
Zeit zu Zeit durch Erhöhen der
Abgastemperatur über
die Rußabbrandtemperatur
hinaus abgebrannt. Zur Feststellung der Notwendigkeit einer Partikelfilterregeneration
wird die Beladung des Partikelfilters überwacht. Die Regeneration wird
ausgelöst,
wenn der durch die Rußbeladung
verursachte Gegendruck des Partikelfilters unzulässig angestiegen ist. Hierzu
wird das Signal eines Differenzdrucksensors ausgewertet. Bei Erreichen
eines oberen Grenzwertes für
die Beladung wird eine Regeneration des Partikelfilters gestartet,
bei welcher der auf oder in dem Partikelfilter angesammelte Ruß abgebrannt
wird.
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Die
Ermittlung der Partikelfilterbeladung auf der Basis eines Differenzdrucksensors
ist allerdings auf Grund schwankender Durchsatzverhältnisse
und Partikelfiltertemperaturen mit Ungenauigkeiten behaftet. Es
besteht daher die Möglichkeit,
dass die Regeneration des Partikelfilters verspätet gestartet wird, was zu
Störungen
des Fahrbetriebs und zu einer Schädigung des Partikelfilters
führen
kann. Dagegen führen
verfrühte
Regenerationen zu einem erhöhten Kraftstoffverbrauch.
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Aus
der Patentschrift
US 4,656,832 ist
es bekannt, zur Ermittlung der Rußbeladung eines Partikelfilters
eine Elektrodenanordnung auf einem flächigen, nichtleitenden Substrat
aufzubringen und die Gesamtanordnung in den Abgasweg, gegebenenfalls
auch ins Innere eines Partikelfilters einzubringen. Auf dem Substrat
abgelagerte Rußpartikel
vermindern den zwischen den Elektroden messbaren elektrischen Widerstand,
woraus die Rußpartikelablagerung
auf dem Substrat ermittelt und daraus der Zeitpunkt für eine Partikelfilterregeneration
abgeleitet wird.
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Die
Erfassung der Rußbeladung
auf einem flächigen
Referenzbereich ermöglicht
es jedoch ebenfalls nicht, die Detektierung des Beladungszustandes
des Partikelfilters mit der gewünschten
Genauigkeit vorzunehmen und den Partikelfilter optimal zu betreiben.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben,
welche eine zuverlässigere
Ermittlung des Beladungszustands eines Partikelfilters und damit
einen verbesserten Betrieb des Partikelfilters ermöglichen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs
1 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 6 gelöst.
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Die
Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass eine Messanordnung vorgesehen
ist, die ein Elektrodenpaar mit einer ersten Elektrode und einer zweiten
Elektrode umfasst. Die Elektroden des Elektrodenpaars sind dabei
so angeordnet, dass zwischen ihnen wenigstens ein Teilvolumenbereich
des Partikelfilters liegt und von der Messanordnung die zwischen
der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode wirksame elektrische
Impedanz oder eine damit verknüpfte
Kenngröße erfassbar
ist. Als mit der vorzugsweise als komplex anzusehenden Impedanz verknüpfte Kenngröße kommen
in erster Linie der Betrag der Impedanz sowie ihr Realteil und Imaginärteil sowie
ihr Phasenwinkel in Betracht.
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Da
die Impedanz von der Dielektrizitätszahl der im maßgeblichen
Teilvolumenbereich vorhandenen Materie abhängig ist und Ruß als elektrisch
leitfähiges
Material eine um ein Vielfaches höhere Dielektrizitätszahl als
ein Isolator aufweist, wird die zwischen den Elektroden wirksame
Impedanz von dort vorhandenem Ruß stark beeinflusst. Somit
kann insbesondere bei einem aus elektrisch isolierendem Material
wie Keramik ausgebildeten Partikelfilterkörper über die Erfassung der zwischen
den Elektroden des Elektrodenpaars wirksamen Impedanz der Beladungszustand
bzw. die Rußbeladung
des Partikelfilters zuverlässig
ermittelt werden. Dadurch können sowohl
unnötige
als auch verspätete
Regenerationen sicher vermieden werden. Unter der Beladung des Partikelfilterkörpers wird
dabei die volumenbezogene Ablagerung fester Bestandteile wie Ruß oder Asche in
seinem Inneren verstanden. Vorzugsweise wird die Beladung in Gramm
je Liter Filtervolumen angegeben. Als Partikelfilter kommen hauptsächlich poröse Formkörper oder
mit Kanälen
mit porösen
Wänden durchzogene
monolithische Formkörper
oder aus solchen Teilen zusammengesetzte Formkörper in Betracht.
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In
Ausgestaltung der Erfindung sind die erste Elektrode und die zweite
Elektrode flächig
ausgebildet und als Platten eines Plattenkondensators einander gegenüberliegend angeordnet.
Zur Erfassung des Beladungszustands, insbesondere der Rußbeladung
des Partikelfilters wird vorzugsweise die elektrische Kapazität der Anordnung
aus Kondensatorplatten und dazwischen liegendem Partikelfiltervolumen ausgewertet.
Diese ist abhängig
von Art und Menge des dort vorhandenen Materials. Durch die erfindungsgemäße Messanordnung
bildet der Partikelfilter selbst einen mit Elektroden versehenen
Sensor zur Erfassung des Beladungszustands des Partikelfilters.
Durch die Messanordnung kann zumindest die Rußbeladung im zwischen den Elektroden
liegenden Partikelfiltervolumenbereich aus der Kapazität ermittelt
werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die erste Elektrode und/oder
die zweite Elektrode auf der äußeren Oberfläche des
Partikelfilters oder mit geringem Abstand zur äußeren Oberfläche des
Partikelfilters angeordnet. Je nach Form des Partikelfilters können die
Elektroden eine gekrümmte
Fläche aufweisen,
um beispielsweise der Oberflächenkontur eines
runden oder ovalen Partikelfilters folgen zu können. vorzugsweise sind die
Elektroden einander diametral gegenüberliegend angeordnet und auf
der äußeren Oberfläche des
Partikelfilters direkt aufgebracht.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Messanordnung wenigstens
zwei Elektrodenpaare. Somit kann die Beladung des Partikelfilters
mit Ruß und/oder
Asche in wenigstens zwei vorzugsweise unterschiedlichen Volumenteilbereichen des
Partikelfilters und damit ortsaufgelöst ermittelt werden.
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Dies
ermöglicht
eine genaue Bewertung des Beladungszustandes und somit die Bestimmung
eines optimalen Zeitpunkts zur Auslösung einer Partikelfilterregeneration
durch Rußabbrand.
Dadurch können
sowohl unnötige
als auch verspätete
Regenerationen sicher vermieden werden.
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In
weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das erste Elektrodenpaar
in Abgasströmung
versetzt zum zweiten Elektrodenpaar angeordnet. Dies ermöglicht eine
in axialer Richtung aufgelöste
Bestimmung der Rußbeladung
des Partikelfilters. Da die Beladung des Partikelfilters im wesentlichen
eine Abhängigkeit
von der Abgasströmungsrichtung
besitzt, d.h. einen axialen Gradienten aufweist, kann somit der
axiale Verlauf der Beladung im Partikelfilter ermittelt werden.
Dies ermöglicht
eine besonders genaue Ermittlung des Beladungszustands des Partikelfilters.
Der Volumenbereich, in welchem jeweils die Rußbeladung erfasst wird, ergibt
sich durch die Geometrie der Elektroden des Elektrodenpaars, d.h. durch
die Fläche
der jeweiligen Elektroden sowie durch deren Abstand, d.h. den Durchmesser
bzw. die Querabmessungen des Partikelfilters an der jeweiligen Stelle.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zur Ermittlung des Beladungszustands eines als Formkörper ausgebildeten
Partikelfilters, welchem eine Messanordnung zugeordnet ist, die
eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode umfasst, ist dadurch
gekennzeichnet, dass von der Messanordnung die zwischen der ersten
Elektrode und der zweiten Elektrode wirksame elektrische Impedanz
oder eine damit verknüpfte
elektrische Kenngröße erfasst
wird und aus der Impedanz oder der Kenngröße eine Rußbeladung des Partikelfilters
ermittelt wird. Vorzugsweise erfolgt dies anhand einer vorab ermittelten
Kennlinie für
die Abhängigkeit
des Messsignals von der Rußbeladung
des zwischen den Elektroden angeordneten Partikelfiltervolumenbereichs.
Dabei können
Sekundäreinflüsse wie
beispielsweise Temperaturabhängigkeiten
in Form von Kennfeldern berücksichtigt werden.
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In
Ausgestaltung des Verfahrens sind die erste Elektrode und/oder die
zweite Elektrode auf der äußeren Oberfläche des
Partikelfilters oder mit geringem Abstand zur äußeren Oberfläche des
Partikelfilters angeordnet und es wird die elektrische Kapazität der aus
erster Elektrode, zweiter Elektrode und zwischen den Elektroden
angeordnetem Partikelfiltervolumenbereich gebildeten Anordnung ermittelt
und aus der Kapazität
die Rußbeladung
des Partikelfilters ermittelt. Somit wird die Rußbeladung zumindest in einem
Ausschnitt eines etwa scheibenförmigen
Volumenteilbereichs eines zylindrischen Partikelfilters ermittelt.
Die Gestalt des von der Impedanzmessung erfassten Volumenteilbereichs
wird dabei im wesentlichen von der Geometrie der Elektroden bestimmt.
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In
Ausgestaltung des Verfahrens wird die Regeneration des Partikelfilters
ausgelöst,
wenn die ermittelte Rußbeladung
einen vorgebbaren oberen Grenzwert überschritten hat.
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Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise
ermöglicht
die Ermittlung der Partikelfilterbeladung in einem volumenmäßig ausgedehnten
Teilbereich des Partikelfilterkörpers
und somit einerseits eine differenzierte Bewertung des Beladungszustandes.
Andererseits kann ein maßgebender
Teil des Partikelfilters erfasst werden. Dies ermöglicht die
Bestimmung eines optimalen Zeitpunkts zur Auslösung einer Partikelfilterregeneration
durch Rußabbrand.
Dadurch können
sowohl unnötige
als auch verspätete
Regenerationen sicher vermieden werden. Der für die Auslösung der Regeneration maßgebende
Grenzwert für die
Rußbeladung
kann hierbei abhängig
vom Anbringungsort der Elektroden, der vorhandenen Aschebeladung,
von der maximal tolerierbaren Wärmefreisetzung
beim Rußabbrand
während
der Regeneration oder abhängig
von anderen, gegebenenfalls motorischen Betriebsgrößen festlegbar
sein.
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Vorzugsweise
wird die Rußbeladung
des Partikelfilters durch zwei oder mehrere Elektrodenpaare ermittelt,
welche in Strömungsrichtung und/oder
azimutal versetzt zueinander angeordnet sind. Dadurch kann die Rußbeladung
von zwei oder mehreren, sich gegebenenfalls überlappenden Querschnittsbereichen
des Partikelfilters ermittelt werden, und die Regeneration des Partikelfilters
wird ausgelöst,
wenn die Rußbeladung
in wenigstens einem der erfassten Volumenteilbereiche des Partikelfilters
den vorgebbaren oberen Grenzwert überschritten hat.
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In
weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Dauer der Regeneration
an die Beladung des Partikelfilters vor der Auslösung der Regeneration angepasst.
Der verbrauchsintensive Regenerationsbetrieb wird auf diese Weise
nur so lange wie nötig
aufrechterhalten, was eine besonders kraftstoffverbrauchssparende
Partikelfilterregeneration ermöglicht.
Bei mehreren erfassten Volumenteilbereichen ist es insbesondere
vorteilhaft, die Dauer der Partikelfilterregeneration an die höchste in
einem der jeweiligen Bereiche ermittelte Beladung anzupassen, wodurch
unvollständige
Partikelfilterregenerationen vermieden werden.
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In
weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Rußbeladung
des Partikelfilters nach erfolgter Regeneration ermittelt und mit
einem vorgebbaren Sollwert verglichen und die Dauer einer nachfolgenden
Regeneration wird in Abhängigkeit
vom Ergebnis des Vergleichs festgelegt. Auf diese Weise kann die
Regenerationsdauer optimiert werden. Vorteilhaft ist es auch, die
Rußbeladung
unmittelbar vor und unmittelbar nach der Regeneration zu ermitteln. Aus
der Differenz der Rußbeladungen
kann auf diese Weise die Güte
der Regeneration ermittelt werden und die Regenerationsdauer nachfolgender
Regenerationen im Sinne einer möglichst
vollständigen
Regeneration festgelegt werden. Vorteilhaft ist, den Erfolg von
mehreren Regenerationen auf die beschriebene Weise zu ermitteln,
um einen statistisch besser abgesicherten Mittelwert für die festzulegende
Regenerationsdauer zu erhalten.
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In
weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird die Rußbeladung
des Partikelfilters während
der Regeneration des Partikelfilters ermittelt und die Regeneration
beendet, wenn die Beladung einen vorgebbaren unteren Grenzwert unterschreitet.
Insbesondere bei einer an mehreren Stellen vorgenommenen Rußbeladungsermittlung
kann somit der Fortschritt der Regeneration besonders genau verfolgt und
das Ende der Regeneration zuverlässig
festgelegt werden.
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In
weiterer Ausgestaltung des Verfahrens wird ein Abgasdruck stromauf
des Partikelfilters erfasst und aus dem erfassten Abgasdruck eine
mit der Beladung des Partikelfilters korrelierende Größe ermittelt
und zur Korrektur oder Überprüfung der
von der Messanordnung ermittelten Rußbeladung herangezogen. Durch
einen vorzugsweise eingangsseitig des Partikelfilters im Abgasstrang
angeordneten Druck- oder Differenzdrucksensor kann die Zuverlässigkeit
des von der Messanordnung ermittelten Beladungszustands des Partikelfilters
verbessert werden. Weiterhin ist es möglich, eine Plausibilitätsprüfung der
ermittelten Beladungen bzw. eine Diagnose oder Kalibrierung der
Messanordnung durchzuführen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen und zugehörigen Beispielen
näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine
erste schematische Darstellung eines Partikelfilters mit zugehöriger Elektrodenanordnung
zur Ermittlung der Partikelfilterbeladung,
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2 eine
zweite schematische Darstellung eines Partikelfilters mit zugehöriger Elektrodenanordnung
zur Ermittlung der Partikelfilterbeladung und
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3 eine
schematische Darstellung einer auf eine Ebene abgewickelten Elektrodenanordnung.
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Nachfolgend
werden vorteilhafte Ausführungsformen
der Erfindung anhand von Beispielen beschrieben. Dabei wird beispielhaft
ein Kraftfahrzeug mit einem Dieselmotor und einer Abgasreinigungsanlage,
welche einen Partikelfilter umfasst, betrachtet. Es versteht sich,
dass neben dem Partikelfilter weitere Abgasreinigungseinheiten,
wie beispielsweise ein dem Partikelfilter vorgeschalteter Oxidationskatalysator
in der Abgasreinigungsanlage vorhanden sein können. Als Partikelfilter kommt
jeder geeignete Filtertyp in Betracht, nachfolgend wird jedoch ein
sogenanntes "Wall-Flow-Filter" mit wechselseitig
durch Stopfen verschlossenen, parallel verlaufenden Filterkanälen betrachtet.
Das Filter ist vorzugsweise aus einem keramischen Material wie Siliziumkarbid
oder Cordierit gebildet und besitzt eine zylindrische Gestalt.
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In 1 ist
ein solcher Partikelfilter 1 schematisch mit Blick auf
die Gaseintrittsseite dargestellt. Der Partikelfilter 1 weist
an der Eintrittsseite offene und an der in der dargestellten Ansicht
nicht sichtbaren Gasaustrittsseite verschlossene Gaseintrittskanäle 2,
sowie an der Eintrittsseite verschlossene, jedoch an der Gasaustrittsseite
offene Gasaustrittskanäle 3 auf.
Die Kanäle 2, 3 sind
durch hier nicht näher dargestellte
poröse
Kanalwände
voneinander getrennt, so dass der Abgasstrom durch diese Kanalwände gezwungen
wird, wobei mit dem Abgasstrom mitgetragene Partikel ausgefiltert
werden und sich auf den Kanalwänden
ablagern. Somit tritt eine allmählich
zunehmende Beladung des Partikelfilters 1 mit den ausgefilterten
Rußpartikeln
bzw. Aschepartikeln ein. Der Partikelfilter 1 ist in einem
nicht dargestellten Gehäuse
eingebaut und im Gehäuse
durch eine den Partikelfilter 1 umgebende Montagematte 4 mechanisch
fixiert.
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Erfindungsgemäß ist für den Partikelfilter 1 eine
Messanordnung mit einer ersten Elektrode 5 und einer zweiten
Elektrode 6 vorgesehen, mit welcher die Beladung des Partikelfilters 1 ermittelt
werden kann. Dabei sind die Elektroden 5, 6 vorzugsweise
flächig
ausgebildet und einander gegenüberliegend
angeordnet. Dabei können
die oder eine der Elektroden 5, 6 im Inneren des
Partikelfilters 1 angeordnet sein. Nachfolgend wird ohne
Beschränkung der
Allgemeinheit lediglich auf vorteilhafte Anordnungen eingegangen,
bei welcher die Elektroden 5, 6 auf der äußeren Oberfläche des
Partikelfilters 1 oder mit geringem Abstand zur äußeren Oberfläche des
Partikelfilters 1 angeordnet sind.
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In 1 ist
der Fall dargestellt, dass die Elektroden 5, 6 diametral
entgegengesetzt auf der äußeren Oberfläche des
Partikelfilters 1 direkt aufliegend angeordnet sind.
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Die
Messanordnung umfasst weiter einen Generator 8, der über Zuleitungen 7 an
die Elektroden 5, 6 angeschlossen ist. Über den
Generator 8 werden die Elektroden 5, 6 mit
einer vorzugsweise als Wechselspannung ausgebildeten Messspannung versorgt.
Die Elektroden 5, 6 bilden auf diese Weise die
Platten eines Plattenkondensators, dessen Dielektrikum durch die
zwischen den Elektroden 5, 6 befindliche Materie
gebildet wird. Es ist vorgesehen, den Generator 8 neben
der Spannungs- bzw.
Stromversorgung auch zur Auswertung des Messsignals einzusetzen.
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Erfindungsgemäß wird die
elektrische Kapazität
bzw. die komplexe elektrische Impedanz des durch die Elektroden 5, 6 gebildeten
Kondensators durch den Generator 8 ermittelt. Die im Volumenteilbereich
des Partikelfilters 1 zwischen den Elektroden 5, 6 wirksame
elektrische Impedanz ist einerseits von der Fläche der Elektroden 5, 6 und
von deren Abstand, d.h. dem Durchmesser des Partikelfilters 1 an der
betreffenden Stelle abhängig.
Andererseits ist die Impedanz jedoch auch von der Dielektrizitätszahl der zwischen
den Elektroden 5, 6 befindlichen Materie abhängig. Auf
Grund der vergleichsweise hohen Dielektrizitätszahl von im Partikelfilter 1 abgelagertem Ruß kann die
Rußbeladung
im von der Impedanzmessung erfassten Volumenbereich mit hoher Genauigkeit
gemessen werden. Dabei ist es vorgesehen, die elektrische Impedanz
sowohl hinsichtlich ihres Imaginärteils
als auch ihres Realteils bzw. nach Betrag und Phase auszuwerten.
Nachfolgend wird mit Bezug auf die genannten Messgrößen vereinfachend
von einem Messsignal gesprochen. Die Auswertung des Messsignals
kann hierbei vom Generator 8 oder von einer separaten,
hier nicht dargestellten Messeinrichtung vorgenommen werden.
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In
diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, die Messfrequenz zur Ermittlung
der Impedanz im Sinne eines möglichst
großen
Messsignals und einer möglichst
zuverlässigen
Aussage über
die Beladung geeignet zu wählen
oder gegebenenfalls zu variieren. Vorteilhafterweise wird die Frequenz
der Messspannung im Bereich zwischen 1 kHz und etwa 30 MHz eingestellt.
Bevorzugt ist ein Frequenzbereich von etwa 1 MHz bis etwa 20 MHz,
besonders bevorzugt beträgt
die Messfrequenz etwa 10 MHz. Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang
auch, gleichzeitig die Temperatur in dem maßgebenden Partikelfilterbereich
oder im Bereich der Elektroden 5, 6 zu erfassen.
Somit können
Temperaturabhängigkeiten des
Impedanzmesswertes korrigiert werden bzw. eine Temperaturkompensation
des Messsignals vorgenommen werden.
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Die
Elektroden 5, 6 können beispielsweise mittels
Dickschichttechnik auf der Oberfläche des Partikelfilters 1 oder
auch durch Aufsprühen
oder Aufpinseln eines elektrisch leitfähigen Materials aufgebracht
sein. Vorteilhaft ist es auch, metallhaltige Folien mit dem Filterkörper beispielsweise
durch Versintern in innigen Kontakt zu bringen. Eine Lagefixierung
der Elektroden 5, 6 auf dem Filterkörper kann auch
durch die im eingebauten Zustand auftretende Presskraft der Montagematte 4 erfolgen.
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In 2 ist
eine weitere vorteilhafte Anordnung dargestellt, wobei die in Bezug
auf 1 funktionsgleichen Bestandteile mit den gleichen
Bezugszeichen versehen sind. Im Gegensatz zu der in 1 dargestellten
Anordnung sind die Elektroden 5, 6 gemäß 2 nicht
unmittelbar mit dem Partikelfilter 1 in Berührkontakt,
sondern in geringem Abstand zur Oberfläche des Partikelfilters 1 angeordnet.
Beispielsweise aufgrund der geringeren thermischen Belastung kann
es vorteilhaft sein, die Elektroden 5, 6 im Außenbereich
der Montagematte 4 anzuordnen, oder in die Montagematte 4 einzubetten.
Je nach Dicke der Montagematte 4, sind die Elektroden 5, 6 typischerweise
in einem Abstand im Millimeterbereich zur Oberfläche des Partikelfilterkörpers angeordnet. Für diese
Anordnung ist es vorteilhaft, die Elektroden 5, 6 in
Folienform auszubilden.
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Erfindungsgemäß ist es
vorgesehen, wenigstens zwei, vorzugsweise mehrere Elektrodenpaare 5, 6 an
unterschiedlichen Stellen anzubringen, wodurch eine ortsaufgelöste Ermittlung
der Beladung im Partikelfilter 1 ermöglicht wird. Die von der Impedanzmessung
erfassten Volumenteilbereiche können sich
dabei überlappen
oder voneinander getrennt sein. Auf diese Weise kann die Beladung
des Partikelfilters 1 lokal ermittelt werden. Je nach Größe des Partikelfilters 1 und
nach der angestrebten Ortsauflösung
können
drei, vier, oder mehr Messanordnungen, vorzugsweise in Abgasströmungsrichtung
versetzt angeordnet sein. Da insbesondere der ausströmseitige
Endbereich des Partikelfilters 1 verstopfungsanfällig ist,
ist es bei mehreren erfassten Volumenteilbereichen vorteilhaft,
diese in Strömungsrichtung
des Abgases zunehmend dichter anzuordnen, was die Genauigkeit der
Beladungsermittlung verbessert.
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In 3 ist
eine auf eine Ebene abgewickelte Elektrodenanordnung von zwei Elektrodenpaaren 5, 6 und 5', 6' schematisch
dargestellt. Vorzugsweise sind die Elektroden 5, 6 und 5', 6' als Schicht
auf einem dünnen
und biegsamen Träger 10 aufgebracht, der
anliegend an den Partikelfilter 1 oder an die Montagematte 4 montiert
wird. Auf dem Träger 10 sind Zuleitungen 9 zu
den Elektroden 5, 6 und 5', 6' aufgebracht, welche zu Anschlusskontakten 11 führen, die
vorzugsweise an einem Endbereich des Trägers 10 angeordnet
sind. Mittels eines nicht dargestellten Steck- oder Klemmkontakts
ist so auf einfache Weise eine Verbindung mit dem in 3 nicht
dargestellten Generator 8 ermöglicht. Diese Anordnung hat
zusätzlich
den Vorteil, dass für
die Verbindung mit dem Generator 8 nur eine einzige Durchkontaktierung
des den Partikelfilter 1 umschließenden Gehäuses realisiert werden muss.
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Vorteilhaft
ist es, die Elektroden 5, 6 und 5', 6' in Bezug auf
ihre Mittellängsachse
in einem Abstand a auf dem Träger 10 anzuordnen,
welcher etwa dem halben Umfang des Partikelfilters 1 entspricht. Auf
diese Weise sind die Elektroden 5, 6 und 5', 6' im montierten
Zustand des Trägers 10 etwa
diametral gegenüberliegend
angeordnet. Ferner ist es vorteilhaft, die Elektroden 5, 6 und 5', 6' versetzt in
Querrichtung bzw. in Längsrichtung
des Trägers 10 auf diesem
anzuordnen.
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Auf
diese Weise werden Rußansammlungen ortsaufgelöst erfasst
und es kann eine Regeneration des Partikelfilters 1 eingeleitet
werden, wenn die Rußbeladung
in wenigstens einem der erfassten Volumenteilbereiche einen vorgebbaren
Grenzwert überschreitet.
Dadurch wird vermieden, dass der Partikelfilter 1 lokal über ein
zulässiges
Mindestmaß hinaus
mit Ruß beladen
wird und dadurch bei einer Regeneration durch Rußabbrand durch übermäßige Wärmefreisetzung
an dieser Stelle zerstört
wird. Es versteht sich, dass eine Regeneration auch ausgelöst wird,
wenn festgestellt wird, dass die integrale Gesamtbeladung des Partikelfilters 1 einen
vorgebbaren Schwellenwert überschreitet.
Ferner ist es vorteilhaft, den die Regeneration auslösenden Grenzwert
gegebenenfalls anzupassen, um beispielsweise auf sich ändernde
Regenerationsbedingungen zu reagieren. Auf diese weise wird ein
unzulässiges
Ansteigen des durch die Partikelfilterbeladung verursachten Gegendrucks
vermieden. Durch das bedarfsgerechte, an die tatsächliche
Rußbeladung
angepasste Auslösen
der Partikelfilterregeneration wird die Anzahl der Regenerationen
auf ein Mindestmaß beschränkt und
damit auch die thermische Belastung des Partikelfilters 1 und
gegebenenfalls vorhandener weiterer Abgasreinigungseinheiten gering
gehalten.
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Die
für die
Auslösung
einer Regeneration maßgebenden
Grenzwerte für
die lokale Beladung bzw. die integrale Beladung werden zweckmäßigerweise
in einem Steuergerät
hinterlegt. Vorzugsweise wird von diesem Steuergerät der Betrieb
des Dieselmotors gesteuert und für
eine Regeneration des Partikelfilters 1 umgestellt. Hierfür geeignete
Betriebsweisen sind dem Fachmann geläufig und bedürfen daher
hier keiner weiteren Erläuterung.
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Vorteilhaft
ist es, wenn die Regenerationszeit des Partikelfilters 1 in
Abhängigkeit
von der vor der Auslösung
der Regeneration festgestellten lokalen und/oder integralen Beladung
z.B. durch eine kennfeldbasierte Regenerationszeitvorgabe festgelegt wird.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, die Temperatur im Partikelfilter 1 zu
erfassen und die Regenerationszeit in Abhängigkeit von vorab gespeicherten
Rußabbrandgeschwindigkeiten
für die
jeweilige Temperatur festzulegen. Der Erfolg der Regeneration wird
zweckmäßig nach
Abschluss der Regeneration durch eine erneute Ermittlung der Beladung überprüft. Die
Regenerationszeitvorgabe kann entsprechend korrigiert werden, indem
ein Vergleich zwischen der festgestellten Beladung vor und nach der
Regeneration ausgewertet wird. Auf diese Weise wird vermieden, dass
der für
die Regeneration erforderliche Betriebszustand länger als notwendig aufrechterhalten
bleibt; der Energieaufwand bzw. Kraftstoffmehrverbrauch für die Regeneration
wird dadurch klein gehalten. Für
eine zuverlässige
Festlegung der Regenerationsdauer ist es dabei zweckmäßig, eine
Mittelung aus den entsprechenden Werten vor und nach mehreren Regenerationen
vorzunehmen.
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Besonders
vorteilhaft ist es, die Beladung des Partikelfilters auch während der
Regeneration zu überwachen.
Der Regenerationsbetrieb wird dann vorzugsweise solange aufrechterhalten,
bis die Beladung in jedem der von entsprechenden Elektrodenpaaren
erfassten Volumenteilbereiche einen vorgebbaren unteren Grenzwert
unterschritten hat. Auf diese Weise werden unvollständige Partikelfilterregenerationen
vermieden und die Aufnahmekapazität des Partikelfilters 1 für den nachfolgenden
Normalbetrieb des Dieselmotors wird maximiert.
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Die
Ermittlung der Partikelfilterbeladung in zwei oder mehreren Volumenteilbereichen
des Partikelfilters 1 wird vorteilhafterweise auch zur
Differenzierung zwischen einem Rußbeladungsanteil und einem
Aschebeladungsanteil genutzt. Hierzu wird ausgenützt, dass sich das Messsignal
eines jeweiligen Elektrodenpaares additiv aus einem durch die Rußbeladung
und einem durch die Aschebeladung verursachten Anteil zusammensetzt
und die Aschebeladung kontinuierlich anwächst. Obschon der Beitrag der
Aschebeladung am gesamten Messsignal gering ist, kann der Aschebeladungsanteil
gegebenenfalls ermittelt werden, wenn der zeitliche Verlauf des Messsignals
erfasst wird und ein im Verlauf der Einsatzdauer des Partikelfilters
stetig anwachsender Signalanteil ermittelt und berücksichtigt
wird. Vorteilhaft ist in diesem Zusammenhang auch eine Variation
der Messfrequenz.
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Insbesondere
bei einem sehr geringen Anteil der Aschebeladung am Messsignal ist
es vorteilhaft, die Aschebeladung indirekt zu ermitteln, indem das Messsignal
hinsichtlich seines zeitlichen und örtlichen Verlaufs ausgewertet
wird. Insbesondere ist es möglich,
auf Grund des gegebenenfalls unterschiedlichen Verlauf des Messsignals
festzustellen, inwieweit ein Teil des Partikelfilters 1 stärker verrußt als ein anderer,
bzw. ob auf Grund einer sehr starken Ascheablagerung in einem Volumenteilbereich
nur noch eine geringe oder keine Verrußung mehr stattfindet.
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Da
mit steigender Aschebeladung die Aufnahmekapazität für Rußpartikel absinkt, ist es vorteilhaft
die Regenerationsdauer und/oder die Zeitintervalle zwischen zwei
Regenerationen in Abhängigkeit von
der ermittelten Aschebeladung anzupassen bzw. festzulegen.
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Speziell
kann eine totale Verstopfung durch Ascheablagerung festgestellt
werden, wenn in einem der erfassten Volumenteilbereiche des Partikelfilters 1 eine
Akkumulation von Ruß nicht
mehr stattfindet, also ein zumindest annähernd stabiles Messsignal vorliegt.
Insbesondere bei der Erfassung der Beladung in einer Mehrzahl von
Bereichen des Partikelfilters 1 kann somit ein Ascheverfüllgrad in
bezug auf das Gesamtvolumen des Partikelfilters ermittelt werden.
Somit kann ein Unbrauchbarwerden des Partikelfilters 1 infolge
einer überhöhten Aschebeladung rechtzeitig
festgestellt werden und eine dementsprechende Warnmeldung ausgegeben
werden. Vorteilhaft ist es in diesem Zusammenhang, eine vorausschauende
Berechnung über
den weiteren Verlauf der Ascheablagerung vorzunehmen und eine Warnmeldung
auszugeben, wenn eine vorgebbare verbleibende Restlaufzeit bis zum
Unbrauchbarwerden des Partikelfilters 1 unterschritten
wird.
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Im
Falle eines Wall-Flow-Filters kann ein Unbrauchbarwerden auch infolge
eines Stopfendurchbruchs auftreten. Damit ist in dem betreffenden
Bereich keine Filterwirkung mehr vorhanden. Dieser Schadensfall
kann daher erkannt werden, wenn über eine
vorgebbare Zeitdauer kein nennenswerter Anstieg der Beladung in
einem jeweiligen Bereich mehr erfolgt. Es ist vorgesehen, auch für diesen
Schadensfall eine Fehlermeldung auszugeben.
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Eine
weitere Verbesserung der Zuverlässigkeit
bei der Ermittlung des Beladungszustands und beim Betrieb des Partikelfilters
wird erreicht, wenn zusätzlich
zur erfindungsgemäßen Messanordnung ein
Drucksensor bzw. Differenzdrucksensor zur Erfassung des Staudrucks
stromauf des Partikelfilters eingesetzt wird. Auf der Basis des
entsprechenden Drucksignals wird ebenfalls die Beladung des Partikelfilters
charakterisiert. Hierfür
können
dem Fachmann geläufige
Drucksensoren und Signalauswerteverfahren eingesetzt werden, weshalb
auf weitere Ausführungen
hierzu verzichtet werden kann.
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Durch
den Drucksensor kann die Zuverlässigkeit
und Effizienz des Partikelfilterbetriebs weiter verbessert werden.
Vorteilhaft ist es hierfür
beispielsweise, die mittels der Impedanzmessanordnung ermittelte
Partikelfilterbeladung einer Überprüfung, Plausibilitätskontrolle
oder Korrektur anhand des Drucksignals zu unterziehen. Vorteilhaft
ist es etwa, durch eine Wechselbeziehung in der Art einer Kreuzkorrelation
die aus den Messsignalen der Impedanzmessanordnung erhaltenen Werte
für die
Rußbeladung
oder die für
den Ablauf der Partikelfilterregeneration maßgebenden Beladungsgrenzwerte
gegebenenfalls mit den Drucksignalwerten abzugleichen oder zu korrigieren.
Anhand des zusätzlichen
Drucksensors ist es ferner möglich,
eine Diagnose der Impedanzmessanordnung durchzuführen um Störungen oder Defekte festzustellen
und gegebenenfalls anzuzeigen.