DE102007009873A1

DE102007009873A1 - Verfahren zur Erkennung des Auftretens von Querempfindlichkeiten eines Abgassensors

Info

Publication number: DE102007009873A1
Application number: DE102007009873A
Authority: DE
Inventors: Henrik Schittenhelm; Enno Baars; Bernhard Kamp; Andreas Sturm
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-03-01
Filing date: 2007-03-01
Publication date: 2008-09-04
Anticipated expiration: 2027-03-02
Also published as: DE102007009873B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung des Auftretens von Querempfindlichkeiten eines Abgassensors, welcher zur Bestimmung der Anwesenheit oder der Konzentration zumindest einer ersten Abgaskomponente im Abgas einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, auf zumindest eine zweite Abgaskomponente des Abgases, wobei der Abgassensor in Strömungsrichtung des Abgases nach zumindest einem zumindest die zweite Abgaskomponente umsetzenden ersten Katalysator angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass sich während ersten Betriebszuständen hohe Konzentrationen der zweiten Abgaskomponente vor dem ersten Katalysator einstellen und/oder dass sich Bedingungen am Abgassensor einstellen, bei denen eine hohe Querempfindlichkeit des Abgassensors auf die zweite Abgaskomponente erwartet wird, und dass sich während zweiten Betriebszuständen niedrige Konzentrationen der zweiten Abgaskomponente vor dem ersten Katalysator einstellen und/oder dass sich Bedingungen am Abgassensor einstellen, bei denen eine niedrige Querempfindlichkeit des Abgassensors auf die zweite Abgaskomponente erwartet wird, und dass bei abweichendem Signalverhalten des Abgassensors zwischen den ersten und den zweiten Betriebszuständen auf das Vorliegen der zweiten Abgaskomponente am Abgassensor und eine dadurch bewirkte Querempfindlichkeit des Abgassensors geschlossen wird.
Das Verfahren ermöglicht den Nachweis von Abgaskomponenten am Ort des Abgassensors, welche den Abgassensor beeinflussen, ohne zusätzlich ...

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Erkennung des Auftretens von Querempfindlichkeiten eines Abgassensors, welcher zur Bestimmung der Anwesenheit oder der Konzentration zumindest einer ersten Abgaskomponente im Abgas einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist, auf zumindest eine zweite Abgaskomponente des Abgases, wobei der Abgassensor in Strömungsrichtung des Abgases nach zumindest einem zumindest die zweite Abgaskomponente umsetzenden ersten Katalysator angeordnet ist.
Insbesondere im Abgassystem von Dieselmotoren mit Dieselpartikelfiltern sind Partikelsensoren vorgesehen, mit welchen die korrekte Funktion des Dieselpartikelfilters im Rahmen einer On-Board-Diagnose überwacht wird. Ein solcher resistiver Partikelsensor ist in der DE 101 33 384 A1 beschrieben. Der Partikelsensor ist aus zwei ineinander greifenden, kammartigen Elektroden aufgebaut, die zumindest teilweise von einem Schutzrohr überdeckt sind, das auch als Fanghülse zur Verbesserung der Ablagerung von Partikeln dient. Lager sich Partikel aus dem Abgas einer Brennkraftmaschine an dem Partikelsensor ab, so führt dies zu einer auswertbaren Änderung der Impedanz des Partikelsensors, aus der auf die Menge angelagerter Partikel und somit auf die Menge im Abgas mitgeführter Partikel geschlossen werden kann.
In einer noch nicht veröffentlichten Anmeldung (Aktenzeichen DE 10 2005 034 247 ) ist ein Verfahren zur Überwachung eines Abgasgrenzwertes eines Verbrennungsmotors mittels einer Motorsteuerung beschrieben, wobei die Motorsteuerung zumindest einen Abgassensor aufweist und ein Fehlersignal bei Überschreitung des Abgasgrenzwertes abgegeben wird. Dabei werden die für den gegenwärtigen Fahrzustand vorhergesagten Emissionen mit Hilfe eines Motormodells ermittelt und mit dem Signal des Abgassensors oder einem daraus hergeleiteten Vergleichswert für die Emission verglichen. Der Abgassensor kann ein hinter einem Partikelfilter angeordneter, sammelnder Partikelsensor sein. Zur Beurteilung, ob der Partikelfilter intakt oder defekt ist, wird der Vergleich eines als Quotient aus der von dem Partikelsensor gemessenen Partikelemission und der modellierter Partikelemission berechneten Emissionsgrades mit einem vorgegebenen Grenzwert vorgeschlagen. Das Verfahren ermöglicht die Abgasüberwachung bei gegenüber standardisierten Fahrzyklen zur Festlegung der Grenzwerte abweichenden Betriebsbedingungen des Verbrennungsmotors.
Partikelsensoren weisen eine starke Querempfindlichkeit gegenüber äußeren Einflussgrößen wie Sensortemperatur, Abgastemperatur, Abgasgeschwindigkeit oder auch Abgasbestandteilen auf. Dabei beeinflussen diese Größen sowohl die Anlagerung der Partikel an dem Sensor wie auch die gemessene Impedanz des Sensors.
In einer noch nicht veröffentlichten Anmeldung ( DE 10 2005 040 790 ) ist ein Verfahren zum Betreiben eines Sensors zum Erfassen von Partikeln in einem Abgasstrom beschrieben. Dabei wird zumindest ein Maß für den Abgasstrom am Partikelsensor ermittelt und bei der Bewertung des vom Partikelsensor bereitgestellten Partikelsensorsignals das Maß für den Abgasstrom berücksichtigt.
Weitere Einflussgrößen auf die Querempfindlichkeiten der Sensoren werden bei dem beschriebenen Verfahren nicht berücksichtigt.
In einer weiteren noch nicht veröffentlichten Anmeldung ( DE 10 2006 018 956 ) ist ein Verfahren zur Bestimmung einer Masse von Partikeln oder eines Partikelmassenstroms in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine beschrieben, wobei in dem Abgaskanal der Brennkraftmaschine zumindest ein resistiver Partikelsensor angeordnet ist, dessen gemessene Signaländerung mit einer aus einem Motormodell ermittelten, prognostizierten Signaländerung des Partikelsensors verglichen wird. Dabei ist es vorgesehen, dass die gemessene Signaländerung des Partikelsensors und/oder die prognostizierte Signaländerung des Partikelsensors unter Berücksichtigung von Einflussgrößen auf Querempfindlichkeiten des Partikelsensors korrigiert werden. Die gemessenen und prognostizierten Signaländerungen können nach den bekannten Methoden der Gradientenmethode und der Auslösemethode ausgewertet werden. Im Falle der Gradientenmethode entspricht die Signaländerung der Anstiegsgeschwindigkeit dI/dt des Sensorstroms. Bei der Auslösemethode wird überwacht, ob das Sensorsignal eine vorgegebene Schwelle überschreitet und der Zeitpunkt des Überschreitens der Schwelle, zum Beispiel bezogen auf das Ende einer Ausheizphase des Partikelsensors, als Auslösezeitpunkt des Partikelsensors definiert.
Das Verfahren ermöglicht es, dass auch dynamische Betriebspunktwechsel der Brennkraftmaschine, die schneller erfolgen als das Ansprechen des Partikelsensors, bezüglich der Querempfindlichkeiten des Partikelsensors korrigiert werden können.
Dazu ist es jedoch notwendig, die Einflussgrößen auf die Querempfindlichkeiten des Partikelsensors an dem Ort des Partikelsensors zu bestimmen beziehungsweise abzuschätzen. Dies ist insbesondere für Abgasbestandteile schwierig, wenn deren Gehalt am Einbauort des Partikelsensors nicht hinreichend genau bestimmt werden kann. So kann beispielsweise der Gehalt einer Abgaskomponente am Partikelsensor in Abhängigkeit von einem Alterungszustand eines die Abgaskomponente konvertierenden Katalysators bei ansonsten gleichen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine stark variieren.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, mit welchem das Auftreten von Querempfindlichkeiten eines Abgassensors auf Abgasbestandteile erkannt werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass sich während ersten Betriebszuständen hohe Konzentrationen der zweiten Abgaskomponente vor dem ersten Katalysator einstellen und/oder dass sich Bedingungen am Abgassensor einstellen, bei denen eine hohe Querempfindlichkeit des Abgassensors auf die zweite Abgaskomponente erwartet wird und dass sich während zweiten Betriebszuständen niedrige Konzentrationen der zweiten Abgaskomponente vor dem ersten Katalysator einstellen und/oder dass sich Bedingungen am Abgassensor einstellen, bei denen eine niedrige Querempfindlichkeit des Abgassensors auf die zweite Abgaskomponente erwartet wird und dass bei abweichendem Signalverhalten des Abgassensors zwischen den ersten und den zweiten Betriebszuständen auf das Vorliegen der zweiten Abgaskomponente am Abgassensor und eine dadurch bewirkte Querempfindlichkeit des Abgassensors geschlossen wird.
Dem Verfahren liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass bei intaktem Katalysator unabhängig von der Konzentration der die Querempfindlichkeit verursachenden zweiten Abgaskomponente vor dem Katalysator kein nennenswerter Anteil der zweiten Abgaskomponente an dem Abgassensor vorliegt. Es kann somit keine Beeinflussung des Signals des Abgassensors durch die zweite Abgas komponente erfolgen. Auch Bedingungen am Abgassensor, welche eine stärkere Querempfindlichkeit des Abgassensors auf die zweite Abgaskomponente erwarten lassen, beispielsweise eine hohe oder niedrige Temperatur des Abgassensors, führen zu keiner Beeinträchtigung des Signals des Abgassensors, da keine ausreichende Menge der zweiten Abgaskomponente am Abgassensor vorliegt.
Bei defektem Katalysator wird hingegen eine höhere Konzentration der die Querempfindlichkeit verursachenden zweiten Abgaskomponente vor dem Katalysator zu einem merklichen Anstieg der Konzentration der zweiten Abgaskomponente am Ort des Abgassensors führen. Dadurch wird die Messung des Abgassensors beeinflusst, und zwar in Abhängigkeit von der angebotenen Konzentration der zweiten Abgaskomponente vor dem Katalysator und von Bedingungen am Abgassensor, welche die Querempfindlichkeit des Abgassensors auf die zweite Abgaskomponente beeinflussen.
Durch betriebsbedingte oder gezielt vorgenommene Variationen der Konzentration der zweiten Abgaskomponente vor dem Katalysator und/oder durch Variation der Bedingungen am Ort des Abgassensors, welche die Querempfindlichkeit des Abgassensors auf die zweite Abgaskomponente beeinflussen, kann somit auf einen Defekt des Katalysators bezüglich seiner Konvertierungs- beziehungsweise Rückhaltefähigkeit für die zweite Abgaskomponente und somit auf das Vorliegen der zweiten Abgaskomponente am Ort des Abgassensors mit einer dadurch bewirkten Querempfindlichkeit und eine entsprechende Fehlmessung des Abgassensors geschlossen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass mit dem Abgassensor die Anwesenheit oder Konzentration der ersten Abgaskomponente nach einem zumindest die zweite Abgaskomponente konvertierenden oder speichernden ersten Katalysator und einem zumindest die erste Abgaskomponente konvertierenden oder speichernden zweiten Katalysator gemessen wird, dass bei verschiedenen Betriebszuständen aus dem Signal des Abgassensors ein Maß ε für die Konvertierungsfähigkeit oder die Rückhaltefähigkeit des zweiten Katalysators für die erste Abgaskomponente ermittelt wird, dass unter Annahme eines defekten ersten Katalysators ein Maß β für eine angenommene Belastung des Abgassensors mit der zweiten Abgaskomponente für den jeweiligen Betriebszustand ermittelt wird und dass bei einem stetig steigenden oder abnehmenden Maß ε infolge einer stetigen Veränderung des Maßes β auf die Anwesenheit der zweiten Abgaskomponente an dem Abgassensor geschlossen wird. Dabei können die beiden Katalysatoren getrennt oder in einer baulichen Einheit vorliegen, wobei die Durchführung des Verfahrens unabhängig von der Reihenfolge der in dem Abgaskanal angeordneten Katalysatoren erfolgen kann. Da das Maß ε aus dem Signal des Abgassensors gebildet wird, wird es bei defektem erstem Katalysator fehlerhaft sein. Weiterhin wird sich das Maß ε bei defektem erstem Katalysator bei gezielter Variation der Konzentration der zweiten Abgaskomponente vor dem ersten Katalysator ändern. Das Maß β quantifiziert dabei die mögliche Belastung des Abgassensors mit der zweiten Abgaskomponente unter Annahme eines defekten ersten Katalysators. Ändert sich das Maß ε nicht in Abhängigkeit von dem Maß β, so ist von einem intakten ersten Katalysator und somit von keiner Querbeeinflussung des Abgassensors durch die zweite Abgaskomponente auszugehen. Ändert sich hingegen das Maß ε in Abhängigkeit von dem Maß β, so kann auf einen defekten ersten Katalysator und somit auf die Anwesenheit der zweiten Abgaskomponente an dem Abgassensor mit der dadurch bedingten Beeinflussung des Messergebnisses des Abgassensors für die erste Abgaskomponente geschlossen werden. Vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist, dass bei heutigen Abgassystemen häufig schon ein Maß ε zur Beschreibung der Konvertierungs- beziehungsweise Rückhaltefähigkeit eines Katalysators gebildet wird und somit bei der Durchführung des Verfahrens auf bereits bestehende Größen zurückgegriffen werden kann. Das Verfahren lässt sich für viele Abgassysteme rein rechnerisch auf Basis von Signalen und Messergebnissen bereits vorhandener Sensoren durchführen.
Eine rechnerische Erfassung des Zusammenhangs zwischen den Maßen ε und β für verschiedene Betriebszustände lässt sich dadurch erreichen, dass für verschiedene Betriebszustände Wertepaare des Maßes ε und des Maßes β gebildet werden, dass durch eine Regressionsanalyse ein funktionaler Zusammenhang zwischen dem Maß ε und dem Maß β ermittelt wird und dass auf die Anwesenheit der zweiten Abgaskomponente an dem Abgassensor und eine dadurch bewirkte Querempfindlichkeit des Abgassensors geschlossen wird, wenn die angepassten Regressionsparameter einen vorgegebenen Grenzwert überschreiten oder einen vorgegebenen Grenzwert unterschreiten und/oder dass aus der Höhe der Regressionsparameter auf die Konzentration der zweiten Abgaskomponente an dem Abgassensor geschlossen wird. Das Verfahren ermöglicht es, auch bei streuenden Messergebnissen eine Aussage über die Querbeeinflussung des Abgassensors treffen.
Eine einfache Auswertung der Abhängigkeit des Maßes ε vom Maß β wird dadurch ermöglicht, dass eine lineare Regression durchgeführt wird und dass bei einer Steigung der ermittelten Geraden, welche einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet oder einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, auf die Anwesenheit der zweiten Abgaskomponente an dem Abgassensor und eine dadurch bewirkte Querempfindlichkeit des Abgassensors geschlossen wird. Dazu muss im Rahmen der Streuung der Messwerte ein stetiger, linearer Zusammenhang zwischen dem Maß ε und dem Maß β vorliegen.
Ein weiterer Vorteil einer Auswertung mit Hilfe einer Regressionsanalyse lässt sich dadurch ausnutzen, dass auf die Anwesenheit der zweiten Abgaskomponente an dem Abgassensor und eine dadurch bewirkte Querempfindlichkeit des Abgassensors nur dann geschlossen wird, wenn auf Basis der Regressionsanalyse ein statistisch relevanter Zusammenhang zwischen dem Maß εund dem Maß β nachgewiesen wird. Zufällige Streuungen der Messergebnisse, zum Beispiel im Rahmen von Messtoleranzen, können somit nach gesicherten mathematischen Methoden von tatsächlichen Abhängigkeiten der Maße ε und β unterschieden werden. Dies kann beispielsweise durch den bekannten Regressionskoeffizienten r erfolgen.
Die Sicherheit der Entscheidung, ob eine Beeinflussung des Signals des Abgassensors durch eine zweite Abgaskomponente vorliegt, kann dadurch verbessert werden, dass auf die Anwesenheit der zweiten Abgaskomponente an dem Abgassensor und eine dadurch bewirkte Querempfindlichkeit des Abgassensors nur dann geschlossen wird, wenn Wertepaare für das Maß ε und das Maß β vorliegen, bei denen das Maß β durch die verschiedenen Betriebszustände einen vorgegebenen Bereich überschreitet. Eine große Variation des Maßes β führt insbesondere bei einem linearen Zusammenhang zwischen den Maßen ε und β zu einer möglichst großen Änderung des Maßes ε bei defektem ersten Katalysator, was leichter und sicherer nachweisbar ist als entsprechend kleine Änderungen des Maßes ε.
Die Beeinflussung des Signals des Abgassensors auf eine vorhandene zweite Abgaskomponente kann von weiteren Betriebsbedingungen, insbesondere von der Temperatur des Abgassensors, abhängig sein. Daher kann es sinnvoll beziehungsweise notwendig sein, dass als Bedingungen, welche die Querempfindlichkeit des Abgassensors gegen die zweite Abgaskomponente beeinflussen, die Temperatur des Abgassensors und/oder die Abgastemperatur im Bereich des Abgassensors berücksichtigt werden. Besteht ein solcher Zusammenhang zwischen der Querempfindlichkeit des Abgassensors auf eine zweite Abgaskomponente und der Temperatur des Abgassensors, so werden bei gegebener Anwesenheit und Konzentration der zweiten Abgaskomponente an dem Abgassensor durch Variation der Temperatur des Abgassensors unterschiedliche Messergebnisse des Abgassensors erhalten. Die durch die Querempfindlichkeit auf die zweite Abgaskomponente verursachte Temperaturabhängigkeit des Messergebnisses kann dabei einer anderweitig bedingten Temperaturabhängigkeit des Messergebnisses überlagert sein. Das Vorhandensein der zweiten Abgaskomponente an dem Abgassensor kann somit bei zum Beispiel konstanter Konzentration der zweiten Abgaskomponente an dem Abgassensor durch Variation der Temperatur des Abgassensors nachgewiesen werden.
Zur gezielten Variation des Maßes β, also der potentiellen Belastung des Abgassensors mit der zweiten Abgaskomponente, kann es vorgesehen sein, dass eine Einstellung der Konzentration der zweiten Abgaskomponente vor dem ersten Katalysator durch Variation der Rohemission der Brennkraftmaschine für die zweite Abgaskomponente und/oder durch Einbringen der zweiten Abgaskomponente in den Abgaskanal der Brennkraftmaschine vor dem ersten Katalysator und/oder durch Einbringen von Vorläuferprodukten der zweiten Abgaskomponente, aus denen sich die zweite Abgaskomponente bildet, in den Abgaskanal vor dem ersten Katalysator erfolgt.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass bei erkannter Anwesenheit der zweiten Abgaskomponente an dem Abgassensor und der dadurch bewirkten Querempfindlichkeit des Abgassensors eine Korrektur der Querempfindlichkeit des Abgassensors auf die zweite Abgaskomponente durchgeführt wird. Dies ist insbesondere in Zusammenhang mit Katalysatoren vorteilhaft, deren Alterung und somit Rückgang ihrer Wirksamkeit kaum vorhersehbar und somit, beispielsweise durch ein Rechenmodell oder ein Kennlinienfeld, kaum zu berücksichtigen ist.
Eine besonders bevorzugte Erfindungsvariante sieht vor, dass das Auftreten von Querempfindlichkeiten eines in Strömungsrichtung nach zumindest einem Oxidationskatalysator und einem Partikelfilter angeordneten Partikelsensors erkannt wird. Partikelsensoren werden zur On-Board-Diagnose von Partikelfiltern eingesetzt, weisen jedoch neben ihrer Empfindlichkeit auf die nachzuweisenden Partikel eine Reihe von Querempfindlichkeiten, unter anderem auf weitere Abgasbestandteile, auf. Die Konzentration der weiteren Abgasbestandteile am Ort des Partikelsensors ist stark von der Konvertierungsfähigkeit der vorgeschalteten Katalysatoren abhängig, wird jedoch bei bekannten Abgassystemen am Ort des Partikelsensors nicht gemessen. Mit dem beschriebenen Verfahren lässt sich eine Kompensation der Querempfindlichkeiten des Partikelsensors auf Abgasbestandteile ohne zusätzliche Komponenten zur Bestimmung der Konzentration der Abgaskomponenten im Bereich des Partikelsensors durchführen.
Bekannte Partikelsensoren sind insbesondere für unverbrannte Kohlenwasserstoffe empfindlich. Daher kann eine deutliche Verbesserung der On-Board-Diagnose für die Funktionsfähigkeit des Partikelfilters dadurch erreicht werden, dass von dem Partikelsensor als zu messende erste Abgaskomponente im Abgas geführte Partikelmengen bestimmt werden und dass die Querempfindlichkeit des Partikelsensors auf die zweite Abgaskomponente Kohlenwasserstoffe erkannt wird. Ist die Beeinflussung des Partikelsensors durch Kohlenwasserstoffe erkannt, kann zum Beispiel das ausgegebene Sensorsignal korrigiert werden.
Unverbrannte Kohlenwasserstoffe führen bei bekannten Partikelsensoren zu einer Verringerung der Empfindlichkeit. Ein Partikelfilter, dessen Rückhaltefähigkeit einen vorgegebenen Grenzwert unterschritten hat, wird somit bei Anwesenheit von Kohlenwasserstoffen im Bereich des Partikelfilters auf Basis des Signals des Partikelfilters nicht erkannt. Daher kann es vorgesehen sein, dass der Partikelsensor zur On-Board-Diagnose (OBD) des Partikelfilters eingesetzt wird und dass bei Nachweis der zweiten Abgaskomponente Kohlenwasserstoff an dem Partikelsensor ein OBD-Alarm bei im Vergleich zu Betriebsbedingungen ohne Kohlenwasserstoffe niedrigeren Signalen des Partikelsensors ausgelöst wird.
Eine Variation des Maßes β, welches die Belastung des Partikelsensors mit unverbrannten Kohlenwasserstoffen unter Annahme eines defekten Oxidationskatalysators beschreibt, kann dadurch erreicht werden, dass die Konzentration von Kohlenwasserstoffen vor dem Oxidationskatalysator durch die Kohlenwasserstoff-Rohemission der Brennkraftmaschine bei verschiedenen Betriebsbedingungen und/oder durch Einbringen von Kohlenwasserstoffen in das Abgas vor dem Oxidationskatalysator variiert wird. Bei intaktem Oxidationskatalysator führt keine der Maßnahmen zu einer Beeinträchtigung der Messung des Partikelfilters. Erst bei einem defekten Oxidationskatalysator gelangt unverbrannter Kohlenwasserstoff in relevanter Konzentration an den Partikelsensor und beeinflusst dessen Messergebnis.
In einer bevorzugten Ausgestaltungsvariante der Erfindung ist es vorgesehen, dass für verschiedene Betriebszustände jeweils zumindest ein Maß ε für die Rückhaltefähigkeit des Partikelfilters als Quotient aus einem Signal des Partikelsensors oder einem daraus hergeleiteten Vergleichswert und aus einem aus einem Motormodell zur Bestimmung der Rohemissionen der Brennkraftmaschine abgeleiteten modellierten Signal eines Partikelsensors oder einem daraus hergeleiteten Vergleichswert als Maß für die Anwesenheit und/oder Konzentration von Kohlenwasserstoffen an dem Partikelsensor berechnet wird. Das Maß ε entspricht dabei dem so genannten Emissionsgrad ε, wie er bei bekannten Systemen zur Bestimmung der Rückhaltefähigkeit von Partikelfiltern zur On-Board-Diagnose ermittelt wird. Dabei wird ein OBD-Alarm ausgelöst, wenn der Emissionsgrad ε einen vorbestimmten Wert überschreitet. Durch Korrelation des Maßes ε und somit des Emissionsgrades ε mit dem Maß β kann der Nachweis einer Belastung des Partikelsensors mit Kohlenwasserstoffen auf Basis einer bereits vorhandenen Kenngröße erfolgen.
Das Maß β für die Stärke einer potentiellen Beeinflussung des Partikelsensors mit unverbrannten Kohlenwasserstoffen kann dadurch ermittelt werden, dass für verschiedene Betriebszustände das Signal des Partikelsensors oder eines daraus hergeleiteten Vergleichswertes unter Annahme eines defekten Oxidationskatalysators auf die Anwesenheit von Kohlenwasserstoffen korrigiert wird und dass das Maß β für die angenommene Kohlenwasserstoff-Beeinflussung des Partikelsensors bei defektem Oxidationskatalysator als Quotient aus dem korrigierten Signal des Partikelsensors oder des daraus hergeleiteten Vergleichswertes und dem nicht auf Querempfindlichkeiten für Kohlenwasserstoffe korrigierten, gemessenen und/oder prognostizierten Signal des Partikelsensors oder eines daraus hergeleiteten Vergleichswertes bestimmt wird. In der angegebenen Berechnungsgrundlage führt eine hohe potentielle Belastung des Partikelsensors mit Kohlenwasserstoffen zu einem hohen Maß β. Es kann jedoch auch der reziproke Wert verwendet werden, dann entspricht ein niedriges Maß β einer hohen potentiellen Kohlenwasserstoff-Belastung des Partikelsensors.
Zur Variation des Maßes β wird die Kohlenwasserstoff-Konzentration vor dem Oxidationskatalysator variiert. Dies kann über die Kohlenwasserstoff-Emission der Brennkraftmaschine in unterschiedlichen Betriebszuständen erfolgen. Die Korrektur des Signals des Partikelsensors unter Annahme eines defekten Oxidationskatalysators kann dadurch erfolgen, dass die Korrektur des Signals des Partikelsensors oder eines daraus hergeleiteten Vergleichswertes auf die Anwesenheit von Kohlenwasserstoffen bei den verschiedenen Betriebszuständen auf Basis eines Motormodells zur Berechnung der Motorrohemission von Kohlenwasserstoffen erfolgt. Das Modell liefert die Konzentration von Kohlenwasserstoffen vor dem Oxidationskatalysator. Dies erspart die Notwendigkeit, die Kohlenwasserstoffkonzentration vor dem Oxidationskatalysator zu messen. Eine Simulation der Kohlenwasserstoffkonzentration vor dem Oxidationskatalysator auf Basis eines Motormodells ist möglich, da die Konzentration hier nicht durch undefiniert gealterte Katalysatoren beeinflusst wird.
Wird Kohlenwasserstoff im Bereich des Partikelsensors nachgewiesen, ist von einem defekten Oxidationskatalysator und von einer Beeinflussung des Messergebnisses des Partikelsensors durch Kohlenwasserstoffe auszugehen. Zur Korrektur der Querempfindlichkeiten des Partikelsensors bei der On-Board-Diagnose des Partikelfilters kann es vorgesehen sein, dass bei Nachweis von Kohlenwasserstoffen am Ort des Partikelsensors ein Maß ε' für die Rückhaltefähigkeit des Partikelfilters als Quotient aus dem unter Annahme eines defekten Oxidationskatalysators auf die Anwesenheit von Kohlenwasserstoffen korrigierten Signals des Partikelsensors oder eines daraus hergeleiteten Vergleichswertes und einem aus einem Motormodell zur Bestimmung der Rohemissionen der Brennkraftmaschine abgeleiteten modellierten Signal eines Partikelsensors oder eines daraus hergeleiteten Vergleichswertes gebildet wird. Das Maß ε' entspricht dann dem tatsächlichen Emissionsgrad des Partikelfilters. Es kann mit einem vorgegebenen Grenzwert für den Emissionsgrad des Partikelfilters verglichen werden und bei Überschreiten des Grenzwertes kann ein OBD-Alarm ausgelöst werden.
Die Querempfindlichkeiten unterschiedlicher Abgassensoren auf verschiedenen Abgasbestandteile können dadurch berücksichtigt werden, dass Querempfindlichkeiten von nach einem SCR-Katalysator und/oder nach einem NSC-Katalysator und/oder nach einem Oxidationskatalysator angeordneten Sauerstoff-Sensoren und/oder Stickoxid-Sensoren und/oder Ammoniak-Sensoren und/oder Kohlenwasserstoff-Sensoren erkannt und/oder korrigiert werden. Dabei dienen SCR-Katalysatoren und NSC-Katalysatoren der Umsetzung von Stickoxiden im Abgas der Brennkraftmaschine, während Oxidationskatalysatoren im Abgas enthaltene Kohlenwasserstoffe beziehungsweise Kohlenmonoxid umsetzen. Alle Katalysatoren unterliegen einer nicht definierten Alterung, wodurch es zu einer nicht vorhersehbaren Belastung der nachfolgenden Sensoren mit den jeweiligen nicht konvertierten Abgasbestandteilen kommt. Das beschriebene Verfahren ermöglicht es, die Anwesenheit der nicht konvertierten Abgasbestandteile im Bereich der Abgassensoren zu bestimmen und bei Bedarf eine entsprechende Korrektur der Sensorsignale beziehungsweise der dadurch bewirkten Maßnahmen vorzunehmen.
Ist es vorgesehen, dass Querempfindlichkeiten auf die Abgaskomponenten Stickoxide und/oder Ammoniak und/oder Kohlenmonoxid erkannt und/oder korrigiert werden, so können die maßgeblichen Einflussgrößen auf die Querempfindlichkeiten bekannter Abgassensoren korrigiert werden.
Das Verfahren lässt sich besonders vorteilhaft bei Dieselmotoren anwenden, welche in ihrem Abgaskanal einen Oxidationskatalysator, einen Partikelfilter und einen Partikelsensor aufweisen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 in schematischer Darstellung das technische Umfeld, in dem die Erfindung eingesetzt werden kann,
2 ein Diagramm der Abhängigkeit eines Maßes ε von einem Maß β,
3 ein vereinfachtes Ablaufschema zur Überwachung eines Partikelfilters,
4 ein weiteres vereinfachtes Ablaufschema zur Überwachung eines Partikelfilters.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt in schematischer Darstellung das technische Umfeld, in dem die Erfindung eingesetzt werden kann. Dabei ist eine Brennkraftmaschine 10 als Dieselmotor ausgeführt. Der Brennkraftmaschine 10 ist ein Abgaskanal 11 nachgeordnet, in dem in Strömungsrichtung 16 des Abgases ein erster Katalysator in Form eines Oxidationskatalysators 13 und ein zweiter Katalysator in Form eines Partikelfilters 14 angeordnet sind. Zwischen der Brennkraftmaschine 10 und dem Oxidationskatalysators 13 ist eine Einspritzstelle 12 für Kraftstoffvorgesehen. Ein Partikelsensor 15 ist als Abgassensor nach dem Partikelfilter 14 in dem Abgaskanal 11 angeordnet.
Durch Einspritzen von Kraftstoff an der Einspritzstelle 12 kann die Konzentration nicht verbrannter Kohlenwasserstoff vor dem Oxidationskatalysators 13 erhöht werden.
In dem Oxidationskatalysator 13 werden unverbrannte Kohlenwasserstoffe konvertiert. Der Partikelfilter 14 filtert von der Brennkraftmaschine 10 emittierte Partikel aus dem Abgasstrom. In Abhängigkeit von dem Beladungszustand ist eine Regeneration des Partikelfilters 14 vorzusehen, bei denen die in dem Partikelfilter 14 gespeicherten Partikel verbrannt werden.
Der Partikelsensor 15 dient der Bestimmung der in dem Abgas nach dem Partikelfilter 14 geführten Restmenge an Partikeln. Er ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als resistiver Partikelsensor ausgeführt. Bei diesem sammelnden Prinzip werden Partikel aus dem Abgas auf einem keramischen Sensorelement angelagert. Durch eine elektrische Widerstandsmessung zwischen zwei Interdigitalelektroden können die angelagerten Partikel nachgewiesen werden. Nachteilig bei solchen Sensoren ist deren Querempfindlichkeit auf unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC) im Abgas. Diese Substanzen bewirken einen Rückgang der Empfindlichkeit des Partikelsensors 15.
Der Partikelsensor 15 wird im Rahmen einer On-Board-Diagnose (OBD) für die Funktionskontrolle des Partikelfilters 14 eingesetzt. Dazu ist es bekannt, dass für den Partikelfilter 14 ein Emissionsgrad ähnlich einem Filterwirkungsgrad bestimmt wird, der Auskunft über das Verhältnis von einer von dem Partikelsensor 15 angezeigten Partikelemission zu einer mit einem Motormodell prognostizierten Partikelemission gibt. Die Entscheidung über die Auslösung eines OBD-Alarms wird getroffen, wenn der Emissionsgrad einen vorbestimmten Wert überschreitet. Durch dieses Verfahren kann die Entscheidung unabhängig von den durchlaufenen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 10, die sich in ihrer Partikelemission unterscheiden, getroffen werden. Durch die beschriebene Querempfindlichkeit des Partikelsensors 15 auf unverbrannte Kohlenwasserstoffe kann eine fehlerhafte Bestimmung des Emissionsgrads verursacht werden.
Kohlenwasserstoffe liegen an dem Partikelsensor 15 nur dann in relevanter Menge vor, wenn ein defekter Oxidationskatalysator 13 vorliegt. Bei einem intakten Oxidationskatalysator 13 ist der Umsatz an Kohlenwasserstoffen so hoch, dass nicht mit einer nennenswerten Auswirkung auf den Partikelsensor 15 zu rechnen ist.
Die Querempfindlichkeit des Partikelsensors 15 gegenüber Kohlenwasserstoffen ist von der Temperatur des Abgases oder des Sensorelementes abhängig. Bei hohen Temperaturen wird das Sensorsignal weniger stark durch Kohlenwasserstoffe beeinflusst als bei niedrigen Temperaturen.
Wird erfindungsgemäß die Konzentration von unverbrannten Kohlenwasserstoffen vor dem Oxidationskatalysator 13 variiert, so hat dies bei intaktem Oxidationskatalysator 13 und bei ansonsten gleichen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 10 keinen Einfluss auf das Messergebnis des Partikelsensors 15, da alle Kohlenwasserstoffe weitestgehend konvertiert werden. Liegt hingegen ein defekter Oxidationskatalysator 13 vor, so wird sich auch die Kohlenwasserstoff-Konzentration am Partikelsensor 15 verändern. Dies führt aufgrund der Querempfindlichkeit des Partikelsensors 15 zu geänderten Messergebnissen, was sich in einem von der vor dem Oxidationskatalysator 13 angebotenen Kohlenwasserstoff-Konzentration abhängigen Emissionsgrad bemerkbar macht. Wird also eine solche Abhängigkeit festgestellt, so kann auf das Vorliegen von Kohlenwasserstoffen am Partikelsensor 15 geschlossen und eine entsprechende Korrektur der Querempfindlichkeit des Partikelsensors 15 gegenüber Kohlenwasserstoffen durchgeführt werden. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass ein OBD-Alarm bei niedrigeren Werten des berechneten Emissionsgrades ausgelöst wird.
Die Kohlenwasserstoff-Konzentration vor dem Oxidationskatalysator 13 kann durch variierende Kohlenwasserstoff-Rohemissionen der Brennkraftmaschine 10 oder durch Einbringen von Kohlenwasserstoff in das Abgas der Brennkraftmaschine 10 vor dem Oxidationskatalysator 13 verändert werden.
Eine weitere Möglichkeit, eine erhöhte Konzentration von Kohlenwasserstoffen im Bereich des Partikelsensors 15 nachzuweisen, besteht darin, bei gleicher angebotener Kohlenwasserstoff-Konzentration vor dem Oxidationskatalysator 13 die Temperatur des Abgases oder des Partikelsen sors 15 zu variieren. Liegen keine relevanten Mengen Kohlenwasserstoff an dem Partikelsensor 15 vor, hat dies keinen Einfluss auf das gemessene Sensorsignal. Liegen hingegen aufgrund eines defekten Oxidationskatalysators 13 Kohlenwasserstoffe am Partikelsensor 15 vor, so führen geänderte Temperaturen zu unterschiedlich starker Beeinflussung des Partikelsensors 15 auf die vorliegenden Kohlenwasserstoffe, was sich wiederum in einem geänderten Emissionsgrad auswirkt.
Die beschriebenen Möglichkeiten des Nachweises von Kohlenwasserstoffen am Partikelsensor 15 können als Einzelmaßnahme oder in Kombination durchgeführt werden. So treten bei defektem Oxidationskatalysator 13 und bei Betriebszuständen, bei denen sich die Kohlenwasserstoff-Querempfindlichkeit des Partikelsensors 15 stark auswirken kann, zum Beispiel bei hoher Kohlenwasserstoff-Rohemission der Brennkraftmaschine 10 und niedriger Abgastemperatur, vergleichsweise niedrige bestimmte Emissionsgrade auf, da der Kohlenwasserstoff das Sensorsignal des Partikelsensors 15 und damit den berechneten Emissionsgrad mindert. Bei defektem Oxidationskatalysator 13 und bei Betriebszuständen, bei denen sich die Kohlenwasserstoff-Querempfindlichkeit des Partikelsensors 15 nur geringfügig auswirken kann, beispielsweise bei niedriger Kohlenwasserstoff-Rohemission der Brennkraftmaschine 10 und hoher Abgastemperatur, werden vergleichsweise hohe Emissionsgrade bestimmt. Der Vergleich der Emissionsgrade zwischen diesen beiden Betriebszuständen erlaubt also eine quantitative Aussage über die Anwesenheit von Kohlenwasserstoffen am Partikelsensor 15.
2 zeigt ein Diagramm 20 der Abhängigkeit eines Maßes ε 21, aufgetragen auf der Ordinate, von einem Maß β 22, welches auf der Abszisse dargestellt ist, bezogen auf das in 1 beschriebene Ausführungsbeispiel. Das Maß β 22 stellt in dem Ausführungsbeispiel ein Maß für die Beeinflussung des Partikelsensors 15 mit Kohlenwasserstoffen bei angenommenem defektem Oxidationskatalysator 13 dar, das Maß ε 21 den aus dem Signal des Partikelsensors 15 bestimmten Emissionsgrad des Partikelfilters 14.
Eine erste Messreihe 23 zeigt die bestimmten Emissionsgrade des Partikelfilters 14 bei variierendem Maß β 22 und intaktem Oxidationskatalysator 13, durch welche mit Hilfe einer linearen Regressionsanalyse eine erste Ausgleichsgerade 24 gelegt ist.
Eine zweite Messreihe 25 zeigt die bestimmten Emissionsgrade des Partikelfilters 14 bei variierendem Maß β 22 und defektem Oxidationskatalysator 13, durch welche ebenfalls mit Hilfe einer linearen Regressionsanalyse eine zweite Ausgleichsgerade 26 mit einer Steigung 27 gelegt ist.
Niedrige Werte des Maßes β 22 entsprechen Betriebsbedingungen mit einer geringen angenommenen Beeinflussung des Partikelsensors 15 mit Kohlenwasserstoffen. Dies können zum Beispiel eine geringe Rohemission der Brennkraftmaschine 10 von Kohlenwasserstoffen und eine hohe Abgastemperatur sein. Hohe Werte des Maßes β 22 entsprechen Betriebsbedingungen mit einer hohen angenommenen Beeinflussung des Partikelsensors 15 mit Kohlenwasserstoffen, beispielsweise bei niedrigen Abgastemperaturen und hoher Kohlenwasserstoff-Rohemission der Brennkraftmaschine 10.
Wie die erste Messreihe 23 und dabei insbesondere die erste Ausgleichsgerade 24 zeigen, bleibt bei intaktem Oxidationskatalysator 13 das Maß ε 21, also der bestimmte Emissionsgrad des Partikelfilters 14, bei steigendem Maß β 22 konstant, es ist von keiner Beeinflussung des Partikelsensors 15 durch Kohlenwasserstoffe auszugehen.
Bei der zweiten Messreihe 25 und der zugeordneten zweiten Ausgleichsgeraden 26, wie sie bei defektem Oxidationskatalysator 13 aus dem Signal des Partikelsensors 15 bestimmt werden, ist hingegen eine deutliche Abhängigkeit des Maßes ε 21 von dem Maß β 22 zu erkennen.
Auf Basis der Abhängigkeit des bestimmten Emissionsgrades des Partikelfilters 14, also des Maßes ε 21, von dem Maß β 22 kann somit eindeutig auf die Anwesenheit von Kohlenwasserstoffen an dem Partikelsensor 15 geschlossen und eine entsprechende Korrektur der Querempfindlichkeit des Partikelsensors 15 auf Kohlenwasserstoffe vorgenommen werden.
Die Auswertung der Abhängigkeit des Maßes ε 21 von dem Maß β 22 erfolgt vorteilhaft durch eine Regressionsanalyse einer beliebigen Funktion Maß ε = f (Maß β). Die Entscheidung über eine Beeinflussung des Partikelsensors 15 durch Kohlenwasserstoffe wird dann getroffen, wenn die angepassten Regressionsparameter vorbestimmte Grenzwerte über- beziehungsweise unterschreiten. Diese Entscheidung kann auch davon abhängig gemacht werden, ob die Regressionsanalyse zu einem statistisch signifikanten Ergebnis geführt hat. Dies kann zum Beispiel durch den bekannten Regressionskoeffizienten r quantifiziert werden. Ferner kann die Entscheidung abhängig davon getroffen werden, dass ein ausreichend großer Bereich des Grads der Kohlenwasserstoff-Beeinflussung, also des Maßes β 22, erfasst wurde.
Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispieles kann eine lineare Regression der Gleichung (Maß ε = A + B·Maß β) durchgeführt werden mit A als Konstanten und B als Steigung 27 der erhaltenen Ausgleichsgeraden 24, 26. Die Steigung 27 dieser Gleichung wird umso stärker negativ ausfal len, je größer die Beeinflussung des Sensorsignals durch Kohlenwasserstoffe ist. Anhand eines Vergleichs der Größe B mit einem Schwellwert B_zulässig kann so eine Aussage darüber getroffen werden, ob eine Beeinflussung des Partikelsensors 15 durch Kohlenwasserstoffe vorliegt.
3 zeigt ein vereinfachtes Ablaufschema zur Überwachung eines Partikelfilters 14, wie sie vorteilhaft mit der bekannten Gradientenmethode zur Signalauswertung für Partikelsensoren 15 angewendet wird. Dabei ist nur der Teil einer Partikelfilter-Überwachungsfunktion dargestellt, der unmittelbar mit der Kohlenwasserstoff-Empfindlichkeit des Partikelsensors 15 in Verbindung steht. Für eine komplette Partikelfilter-Überwachung sind noch weitere, nicht dargestellte Komponenten notwendig.
Ein Rohsignal 40 eines Partikelsensors 15 wird einer ersten Signalkorrektur 32 ohne Berücksichtigung von Kohlenwasserstoff und einer zweiten Signalkorrektur 30 mit Berücksichtigung von Kohlenwasserstoff zugeführt. Der zweiten Signalkorrektur 30 wird weiterhin eine erwartete Kohlenwasserstoff-Konzentration 41, welche in einem ersten Motormodell 31 ermittelt wird, zugeführt. Als Ausgangssignal der ersten Signalkorrektur 32 wird eine gemessene Partikelemission m_g 42 ohne Kohlenwasserstoff-Korrektur an eine erste Vergleichsstufe 34 und eine zweite Vergleichsstufe 35 geleitet. Der ersten Vergleichsstufe 34 wird weiterhin eine von der ersten Signalkorrektur 30 bereit gestellte gemessene Partikelemission m_HC 43 und der zweiten Vergleichsstufe 35 ein in einem zweiten Motormodell 33 gewonnene, prognostizierte Partikelemission m_p 44 zugeführt. In der ersten Vergleichsstufe 34 wird durch Division der gemessenen Partikelemission m_g 42 ohne Kohlenwasserstoff-Korrektur durch die gemessene Partikelemission m_HC 43 mit Kohlenwasserstoff-Korrektur das aus 2 bekannte Maß β 22 berechnet. In der zweiten Vergleichsstufe 35 wird ebenfalls durch Division aus der gemessenen Partikelemission m_g 42 ohne Kohlenwasserstoff-Korrektur und der prognostizierten Partikelemission m_p 44 das Maß ε 21 als Emissionsgrad des Partikelfilters 15 bestimmt. Das Maß ε 21 und das Maß β 22 werden als Wertepaare 45 in einem Speicher 36 hinterlegt. Der Speicher 36 liefert die Wertepaare 45 an ein Rechenmodul 37, in dem durch eine Regressionsanalyse ein linearer, funktioneller Zusammenhang zwischen den Wertepaaren 45 bestimmt und die Steigung 27 der entsprechenden Ausgleichsgeraden 24, 26 an eine Entscheidungsstufe 38 ausgegeben wird, auf deren Grundlage in der Entscheidungsstufe 38 eine Entscheidung nein 46 für keinen Einfluss von Kohlenwasserstoffen auf den Partikelsensor 15 oder eine Entscheidung ja 47 für einen vorhandenen Einfluss von Kohlenwasserstoffen auf den Partikelsensor 15 getroffen wird.
Das Verfahren zur Korrektur der Querempfindlichkeiten eines Partikelsensors 15 wird wie folgt durchgeführt: Zunächst wird aus der mit dem zweiten Motormodell 33 ermittelten, prognostizierten Partikelemission m_p 44 und der gemessenen Partikelemission m_g 42 das Maß ε 21 als Emissionsgrad des Partikelfilters 14 nach bereits bekanntem Verfahren bestimmt. Dabei wird die gemessenen Partikelemission m_g 42 aus dem in der ersten Signalkorrektur 32 korrigierten Rohsignal 40 des Partikelsensors 15 gewonnen. Die Korrektur in der ersten Signalkorrektur 32 erfolgt nach einem Korrekturmodell ohne die Berücksichtigung einer möglichen Beeinflussung des Partikelsensors 15 durch Kohlenwasserstoffe. Des weiteren wird aus dem Rohsignal 40 des Partikelsensors 15 ein weiteres Partikelemissionssignal, die gemessene Partikelemission m_HC 43, ermittelt. Dies geschieht in der zweiten Signalkorrektur 30 unter Berücksichtigung einer Beeinflussung des Partikelsensors 15 durch Kohlenwasserstoffe unter Annahme eines defekten Oxidationskatalysators 13, wobei die vorliegende Menge an Kohlenwasserstoffen durch das erste Motormodell 31 für den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 10 bestimmt und der zweiten Signalkorrektur 30 zugeführt wird. Das Verhältnis gemessene Partikelemission m_HC 43 zu gemessene Partikelemission m_g 42 entspricht dem Maß β 22 und gibt Auskunft über die Stärke der erwarteten Beeinflussung des Signals des Partikelsensors 15 durch Kohlenwasserstoffe.
Die so gewonnenen Wertepaare 45 des Maßes β 22 und des Maßes ε 21 werden in einem Speicher 36 zwischengespeichert. Liegt eine ausreichende Anzahl Wertepaare 45 für verschiedene Betriebszustände gespeichert vor, kann das erhaltene Datenkollektiv anschließend auf eine Abhängigkeit des beobachteten Maßes ε 21, also des Emissionsgrads des Partikelfilters 14, von dem Maß β 22, welches die potentielle Beeinflussung des Partikelsensors 15 durch Kohlenwasserstoffe repräsentiert, untersucht werden. Dies erfolgt in dem Rechenmodul 37 auf Basis einer Regressionsanalyse. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist von einer linearen Abhängigkeit auszugehen, so dass in einer linearen Regression die Steigung 27B gemäß der Funktion (Maß ε = A + B·Maß β) bestimmt werden kann. In der anschließenden Entscheidungsstufe 38 wird die Steigung 27 mit einem vorgegebnen Grenzwert B_zulässig verglichen. Liegt die Steigung 27B über dem vorgegebnen Grenzwert B_zulässig, so ist von keiner Beeinflussung des Partikelsensor 15 durch Kohlenwasserstoffe auszugehen, die Entscheidungsstufe 38 gibt ein entsprechendes Signal Entscheidung nein 46 aus. Liegt die Steigung 27B unter dem vorgegebnen Grenzwert B_zulässig, so ist von einer Beeinflussung des Partikelsensors 15 durch Kohlenwasserstoffe auszugehen, die Entscheidungsstufe 38 gibt dann ein Signal Entscheidung ja 47 aus.
Als Reaktion auf die Entscheidung ja 47 kann in einem nicht dargestellten, anschließenden Schritt beispielsweise die Anzeige eines Defekts des Partikelfilters 14 beeinflusst werden. So ist es denk bar, dass die Entscheidung über einen Defekt des Partikelfilters 14 nicht anhand des bekannten Emissionsgrades, welcher dem Maß ε 21 entspricht, getroffen wird, sondern auf Basis eines modifizierten Emissionsgrades ε', der auf der bezügliche der Kohlenwasserstoff-Beeinflussung korrigierten, gemessenen Partikelemission m_HC 43 gemäß dem Zusammenhang (ε' = gemessene Partikelemission m_HC 43/prognostizierte Partikelemission m_p 44) basiert.
4 zeigt ein weiteres vereinfachtes Ablaufschema zur Überwachung eines Partikelfilters 14, wie sie vorteilhaft mit der bekannten Auslösemethode zur Signalauswertung für Partikelsensoren 15 angewendet wird. Dabei ist auch hier nur der Teil einer Partikelfilter-Überwachungsfunktion dargestellt, der unmittelbar mit der Kohlenwasserstoff-Empfindlichkeit des Partikelsensors 15 in Verbindung steht. Für eine komplette Partikelfilter-Überwachung sind noch weitere, nicht dargestellte Komponenten notwendig. Komponenten, welche die gleiche Aufgaben wie in 3 dargestellt übernehmen, und entsprechende Signale sind mit gleichen Bezugszeichen versehen und entsprechen der Beschreibung zu 3.
Im Gegensatz zu 3 wird in dem dargestellten Ausführungsbeispiel das Maß β 22 durch Division einer prognostizierten Signaländerung ΔS_HC 60 durch eine prognostizierte Signaländerung ΔS_p 61 in einer ersten Vergleichsstufe Signaländerung 51 ermittelt. Dabei wird die prognostizierte Signaländerung ΔS_HC 60 aus der erwarteten Kohlenwasserstoff-Konzentration 41 aus dem ersten Motormodell 31 durch ein erstes Modell Signalverhalten 50 unter Berücksichtigung der von dem zweiten Motormodell 33 ermittelten prognostizierten Partikelemission m_p 44 berechnet. Die prognostizierte Signaländerung AS_HC 60 entspricht somit dem rein auf Basis von Motormodellen 31, 33 ermittelten Signal eines Partikelsensors 15 unter Berücksichtigung einer angenommenen Beeinflussung des Partikelsensors 15 durch Kohlenwasserstoffe infolge eines defekten Oxidationskatalysators 13. Analog wird die prognostizierte Signaländerung ΔS_p 61 aus der prognostizierten Partikelemission m_p 44 durch ein zweites Modell Signalverhalten 52 ohne Berücksichtigung einer möglichen Beeinflussung des Partikelsensors 15 durch Kohlenwasserstoffe ermittelt. Das in der ersten Vergleichsstufe Signaländerung 51 erhalten Maß β 22 stellt demnach wieder ein Maß für eine potentielle Beeinflussung des Partikelsensors 15 durch Kohlenwasserstoffe unter Annahme eines defekten Oxidationskatalysators 13 dar.
Die Bestimmung des Maßes ε 21 entsprechend dem Emissionsgrad des Partikelfilters 14, welcher ohne eine berücksichtigte Kohlenwasserstoff-Beeinflussung des Partikelsensors 15 ausgegeben wird, erfolgt in einer zweiten Vergleichsstufe Signalverhalten 53 durch Division einer von dem Partikelsensor 15 gemessenen Signaländerung ΔS_g 62 durch die prognostizierte Signaländerung ΔS_p 61.
Die Wertepaare Maß ε 21 und Maß β 22 werden wieder einem Speicher zugeführt, der weitere Ablauf entspricht dem bereits in 3 beschriebenen Ablauf.
In der dargestellten Ausführungsform wird demnach wie bei der in 3 dargestellten Variante ein Maß β 22 als Grad der Beeinflussung des Partikelsensors 15 durch Kohlenwasserstoffe definiert. Im Unterschied zu der in 3 dargestellten Variante wird jedoch das Maß β 22 nicht als Verhältnis von angezeigten Partikelmassenströmen, sondern als Verhältnis von erwarteten Signaländerungen definiert. Als Emissionsgrad des Partikelfilters 14 wird hier das Maß ε 21 als das Verhältnis der ohne Berücksichtigung von Kohlenwasserstoffen prognostizierte Signaländerung ΔS_p 61 und der gemessenen Signaländerung ΔS_g 61 angesetzt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 10133384 A1 [0002]
- DE 102005034247 [0003]
- DE 102005040790 [0005]
- DE 102006018956 [0007]

Claims

Verfahren zur Erkennung des Auftretens von Querempfindlichkeiten eines Abgassensors, welcher zur Bestimmung der Anwesenheit oder der Konzentration zumindest einer ersten Abgaskomponente im Abgas einer Brennkraftmaschine (10) vorgesehen ist, auf zumindest eine zweite Abgaskomponente des Abgases, wobei der Abgassensor in Strömungsrichtung (16) des Abgases nach zumindest einem zumindest die zweite Abgaskomponente umsetzenden ersten Katalysator angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich während ersten Betriebszuständen hohe Konzentrationen der zweiten Abgaskomponente vor dem ersten Katalysator einstellen und/oder dass sich Bedingungen am Abgassensor einstellen, bei denen eine hohe Querempfindlichkeit des Abgassensors auf die zweite Abgaskomponente erwartet wird und dass sich während zweiten Betriebszuständen niedrige Konzentrationen der zweiten Abgaskomponente vor dem ersten Katalysator einstellen und/oder dass sich Bedingungen am Abgassensor einstellen, bei denen eine niedrige Querempfindlichkeit des Abgassensors auf die zweite Abgaskomponente erwartet wird und dass bei abweichendem Signalverhalten des Abgassensors zwischen den ersten und den zweiten Betriebszuständen auf das Vorliegen der zweiten Abgaskomponente am Abgassensor und eine dadurch bewirkte Querempfindlichkeit des Abgassensors geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Abgassensor die Anwesenheit oder Konzentration der ersten Abgaskomponente nach einem zumindest die zweite Abgaskomponente konvertierenden oder speichernden ersten Katalysator und einem zumindest die erste Abgaskomponente konvertierenden oder speichernden zweiten Katalysator gemessen wird, dass bei verschiedenen Betriebszuständen aus dem Signal des Abgassensors ein Maß ε(21) für die Konvertierungsfähigkeit oder die Rückhaltefähigkeit des zweiten Katalysators für die erste Abgaskomponente ermittelt wird, dass unter Annahme eines defekten ersten Katalysators ein Maß β (22) für eine angenommene Belastung des Abgassensors mit der zweiten Abgaskomponente für den jeweiligen Betriebszustand ermittelt wird und dass bei einem stetig steigenden oder abnehmenden Maß ε (21) infolge einer stetigen Veränderung des Maßes β (22) auf die Anwesenheit der zweiten Abgaskomponente an dem Abgassensor geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für verschiedene Betriebszustände Wertepaare (45) des Maßes ε (21) und des Maßes β (22) gebildet werden, dass durch eine Regressionsanalyse ein funktionaler Zusammenhang zwischen dem Maß ε (21) und dem Maß β (22) ermittelt wird und dass auf die Anwesenheit der zweiten Abgaskomponente an dem Abgassensor und eine dadurch bewirkte Querempfindlichkeit des Abgassensors geschlossen wird, wenn die angepassten Regressionsparameter einen vorgegebenen Grenzwert überschreiten oder einen vorgegebenen Grenzwert unterschreiten und/oder dass aus der Höhe der Regressionsparameter auf die Konzentration der zweiten Abgaskomponente an dem Abgassensor geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine lineare Regression durchgeführt wird und dass bei einer Steigung (27) der ermittelten Geraden, welche einen vorgegebenen Grenzwert überschreitet oder einen vorgegebenen Grenzwert unterschreitet, auf die Anwesenheit der zweiten Abgaskomponente an dem Abgassensor und eine dadurch bewirkte Querempfindlichkeit des Abgassensors geschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Anwesenheit der zweiten Abgaskomponente an dem Abgassensor und eine dadurch bewirkte Querempfindlichkeit des Abgassensors nur dann geschlossen wird, wenn auf Basis der Regressionsanalyse ein statistisch relevanter Zusammenhang zwischen dem Maß ε (21) und dem Maß β (22) nachgewiesen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf die Anwesenheit der zweiten Abgaskomponente an dem Abgassensor und eine dadurch bewirkte Querempfindlichkeit des Abgassensors nur dann geschlossen wird, wenn Wertepaare (45) für das Maß ε (21) und das Maß β (22) vorliegen, bei denen das Maß β (22) durch die verschiedenen Betriebszustände einen vorgegebenen Bereich überschreitet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Bedingungen, welche die Querempfindlichkeit des Abgassensors gegen die zweite Abgaskomponente beeinflussen, die Temperatur des Abgassensors und/oder die Abgastemperatur im Bereich des Abgassensors berücksichtigt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Einstellung der Konzentration der zweiten Abgaskomponente vor dem ersten Katalysator durch Variation der Rohemission der Brennkraftmaschine (10) für die zweite Abgaskomponente und/oder durch Einbringen der zweiten Abgaskomponente in den Abgaskanal (11) der Brennkraftmaschine (10) vor dem ersten Katalysator und/oder durch Einbringen von Vorläuferprodukten der zweiten Abgaskomponente, aus denen sich die zweite Abgaskomponente bildet, in den Abgaskanal (11) vor dem ersten Katalysator erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass bei erkannter Anwesenheit der zweiten Abgaskomponente an dem Abgassensor und der dadurch bewirkten Querempfindlichkeit des Abgassensors eine Korrektur der Querempfindlichkeit des Abgassensors auf die zweite Abgaskomponente durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftreten von Querempfindlichkeiten eines in Strömungsrichtung (16) nach zumindest einem Oxidationskatalysator (13) und einem Partikelfilter (14) angeordneten Partikelsensors (15) erkannt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass von dem Partikelsensor (15) als zu messende erste Abgaskomponente im Abgas geführte Partikelmengen bestimmt werden und dass die Querempfindlichkeit des Partikelsensors (15) auf die zweite Abgaskomponente Kohlenwasserstoffe erkannt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Partikelsensor (15) zur On-Board-Diagnose (OBD) des Partikelfilters (14) eingesetzt wird und dass bei Nachweis der zweiten Abgaskomponente Kohlenwasserstoff an dem Partikelsensor (15) ein OBD-Alarm bei im Vergleich zu Betriebsbedingungen ohne Kohlenwasserstoffe niedrigeren Signalen des Partikelsensors (15) ausgelöst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration von Kohlenwasserstoffen vor dem Oxidationskatalysator (13) durch die Kohlenwasserstoff-Rohemission der Brennkraftmaschine (10) bei verschiedenen Betriebsbedingungen und/oder durch Einbringen von Kohlenwasserstoffen in das Abgas vor dem Oxidationskatalysator (13) variiert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für verschiedene Betriebszustände jeweils zumindest ein Maß ε (21) für die Rückhaltefähigkeit des Partikelfilters (14) als Quotient aus einem Signal des Partikelsensors (15) oder einem daraus hergeleiteten Vergleichswert und aus einem aus einem Motormodell (33) zur Bestimmung der Rohemissionen der Brennkraftmaschine (10) abgeleiteten modellierten Signal eines Partikelsensors (15) oder einem daraus hergeleiteten Vergleichswert als Maß für die Anwesenheit und/oder Konzentration von Kohlenwasserstoffen an dem Partikelsensor (15) berechnet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für verschiedene Betriebszustände das Signal des Partikelsensors (15) oder eines daraus hergeleiteten Vergleichswertes unter Annahme eines defekten Oxidationskatalysators (13) auf die Anwesenheit von Kohlenwasserstoffen korrigiert wird und dass das Maß β (22) für die angenommene Kohlenwasserstoff-Beeinflussung des Partikelsensors (15) bei defektem Oxidationskatalysator (13) als Quotient aus dem korrigierten Signal des Partikelsensors (15) oder des daraus hergeleiteten Vergleichswertes und dem nicht auf Querempfindlichkeiten für Kohlenwasserstoffe korrigierten, gemessenen und/oder prognostizierten Signal des Partikelsensors (15) oder eines daraus hergeleiteten Vergleichswertes bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrektur des Signals des Partikelsensors (15) oder eines daraus hergeleiteten Vergleichswertes auf die Anwesenheit von Kohlenwasserstoffen bei den verschiedenen Betriebszuständen auf Basis eines Motormodells (31) zur Berechnung der Motorrohemission von Kohlenwasserstoffen erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Nachweis von Kohlenwasserstoffen am Ort des Partikelsensors (15) ein Maß ε' für die Rückhaltefähigkeit des Partikelfilters (14) als Quotient aus dem unter Annahme eines defekten Oxidationskatalysators (13) auf die Anwesenheit von Kohlenwasserstoffen korrigierten Signals des Partikelsensors (15) oder eines daraus hergeleiteten Vergleichswertes und einem aus einem Motormodell (33) zur Bestimmung der Rohemissionen der Brennkraftmaschine (10) abgeleiteten modellierten Signal eines Partikelsensors oder eines daraus hergeleiteten Vergleichswertes gebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Querempfindlichkeiten von nach einem SCR-Katalysator und/oder nach einem NSC-Katalysator und/oder nach einem Oxidationskatalysator angeordneten Sauerstoff-Sensoren und/oder Stickoxid-Sensoren und/oder Ammoniak-Sensoren und/oder Kohlenwasserstoff-Sensoren erkannt und/oder korrigiert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 und 18, dadurch gekennzeichnet, dass Querempfindlichkeiten auf die Abgaskomponenten Stickoxide und/oder Ammoniak und/oder Kohlenmonoxid erkannt und/oder korrigiert werden.
Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren bei Dieselmotoren angewendet wird, welche in ihrem Abgaskanal (11) einen Oxidationskatalysator (13), einen Partikelfilter (14) und einen Partikelsensor (15) aufweisen.