DE102017222313A1

DE102017222313A1 - Method and device for diagnosing a differential pressure sensor of a particulate filter

Info

Publication number: DE102017222313A1
Application number: DE102017222313.8A
Authority: DE
Inventors: Ralf Zimmerschied; Martin Stephani
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-12-08
Filing date: 2017-12-08
Publication date: 2019-06-13
Also published as: FR3076574B1; CN109899141B; FR3076574A1; CN109899141A

Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose eines Differenzdrucksensors (2) eines Partikelfilters (1) einer Brennkraftmaschine vorgeschlagen, wobei der Differenzdrucksensor (2) durch eine erste Druckleitung (3) mit dem Abgassystem (10) vor dem Partikelfilter und mit einer zweiten Druckleitung (4) mit dem Abgassystem (11) nach dem Partikelfilter, verbunden ist. Weiterhin sind Mittel vorhanden die ein Differenzdrucksignal des Differenzdrucksensors (2) für die Diagnose des Differenzdrucksensors (2) hinsichtlich einer Energie auswerten.

The invention relates to a method and a device for diagnosing a differential pressure sensor (2) of a particle filter (1) of an internal combustion engine, wherein the differential pressure sensor (2) is connected to the exhaust system (10) upstream of the particle filter and to a second pressure line through a first pressure line (3) (4) connected to the exhaust system (11) after the particulate filter. Furthermore, means are available which evaluate a differential pressure signal of the differential pressure sensor (2) for the diagnosis of the differential pressure sensor (2) in terms of energy.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Diagnose eines Partikelfilters nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a method and a device for diagnosing a particulate filter according to the preamble of the independent claims.

Aus der DE 10 2014 209 840 A1 ist bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose eines Partikelfilters bekannt, bei dem ein Differenzdruck eines Partikelfilters, d.h. ein Druck vor und nach dem Partikelfilter ausgewertet wird.From the DE 10 2014 209 840 A1 For example, a method and a device for diagnosing a particulate filter are already known in which a differential pressure of a particulate filter, ie a pressure before and after the particulate filter, is evaluated.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Diagnose eines Differenzdrucksensors eines Partikelfilters einer Brennkraftmaschine haben demgegenüber den Vorteil, dass eine Auswertung des Differenzdrucksignals des Differenzdrucksensors hinsichtlich einer Energie dieses Signals eine besonders einfache Diagnose des Differenzdrucksensors und insbesondere auch der Druckleitungen erlaubt. Es können so mit einem sehr geringen Aufwand trotzdem mit hoher Sicherheit Fehlfunktionen des Differenzdrucksensors bzw. der Druckleitungen erkannt werden.The method according to the invention or the device according to the invention for diagnosing a differential pressure sensor of a particle filter of an internal combustion engine have the advantage that an evaluation of the differential pressure signal of the differential pressure sensor with respect to an energy of this signal allows a particularly simple diagnosis of the differential pressure sensor and in particular the pressure lines. It can be detected with a very low effort nevertheless with high certainty malfunction of the differential pressure sensor or the pressure lines.

Weitere Vorteile und Verbesserungen ergeben sich durch die Merkmale der abhängigen Patentansprüche. Besonders einfach erfolgt die Bildung der Energie des Differenzdrucksignals, indem das Differenzdrucksignal zu einer Vielzahl von Zeitpunkten abgetastet wird, mit einem Bandpass gefiltert wird, quadriert und dann aufsummiert werden. Insbesondere kann so zuverlässig ein Abfall der Druckleitungen bzw. ein Leck gegen Umgebungsdruck erkannt werden.Further advantages and improvements result from the features of the dependent claims. Particularly easy is the formation of the energy of the differential pressure signal by the differential pressure signal is sampled at a plurality of times, is filtered with a bandpass, squared and then summed. In particular, it is possible reliably to detect a drop in the pressure lines or a leak against ambient pressure.

Durch eine einfache Auswertung der Energie im Vergleich zu Vergleichswerten, die in Abhängigkeit von Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschinen an einem funktionstüchtigen Differenzdrucksensor gewonnen wurden, lässt sich so eine besonders einfache Diagnose des Differenzdrucksensors durchführen. Der Differenzdrucksensor wird einfach als fehlerhaft erkannt, wenn die Energie den so gebildeten Vergleichswert übersteigt oder unterschreitet. Um eine Verfälschung durch dynamische Effekte auszuschließen, wird die Energie des Differenzdrucksignals nur ausgewertet, wenn für einen ausreichend langen Zeitraum stabile Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine vorliegen. Die Anforderungen an derartige stabile Betriebsbedingungen sind relativ gering, da ein Zeitraum von beispielsweise mehr als einer halben Sekunde mit einer Variation der Last kleiner 10 % und einer Variation der Drehzahl kleiner 200RPM in einem mittleren bis hohen Lastbereich ausreicht. Auch bei einem dynamischen Betrieb von Brennkraftmaschinen lassen sich derartige stabile Betriebsphasen ausreichend oft finden. Wenn ein derartiger Fehler des Differenzdrucksensors festgestellt wurde, so kann durch Betrachtung des Vorzeichens des Differenzdrucksignals oder durch Anwendung aufwendigerer Methoden, beispielsweise durch Nutzung einer Kreuzkorrelation, unterschieden werden, in welcher Druckleitung der Fehler auftritt. Ebenso kann bestimmt werden, ob ein Fehler an beiden Druckleitungen zeitgleich aufgetreten ist.By a simple evaluation of the energy compared to comparative values, which were obtained as a function of operating conditions of the internal combustion engine on a functional differential pressure sensor, so a particularly simple diagnosis of the differential pressure sensor can be performed. The differential pressure sensor is simply detected as defective if the energy exceeds or falls below the reference value thus formed. In order to exclude a falsification by dynamic effects, the energy of the differential pressure signal is only evaluated if there are stable operating conditions of the internal combustion engine for a sufficiently long period. The requirements for such stable operating conditions are relatively low, since a period of, for example, more than half a second with a variation of the load less than 10% and a variation of the speed less 200RPM sufficient in a medium to high load range. Even with a dynamic operation of internal combustion engines, such stable operating phases can be found sufficiently often. If such an error of the differential pressure sensor has been detected, it can be distinguished by considering the sign of the differential pressure signal or by using more complex methods, for example by using a cross-correlation, in which pressure line the error occurs. It can also be determined whether an error has occurred at both pressure lines at the same time.

Figurenlistelist of figures

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigen:

1 Ein Abgassystem mit einem Partikelfilter, Endschalldämpfer und einem Differenzdrucksensor und,
2 eine Abfolge von Auswertungsschritten.

Show it:

1 An exhaust system with a particulate filter, silencer and a differential pressure sensor and,
2 a sequence of evaluation steps.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

In der 1 wird ein Abgassystem mit einem Partikelfilter 1 und einem Endschalldämpfer 5 dargestellt. Abgase von einer Brennkraftmaschine werden durch eine Abgaszuführung 10 zu dem Partikelfilter 1 geleitet, durchströmen den Partikelfilter 1, durchströmen danach ein Abgasverbindungsrohr 11, dann den Endschalldämpfer 5 und werden dann durch die Abgasabführung 12 an die Umwelt abgegeben. Durch das Durchströmen durch den Partikelfilter 1 werden im Abgas enthaltene Partikel aus dem Abgasstrom herausgefiltert, so dass dem Endschalldämpfer 5 durch das Abgasverbindungsrohr 11 nur Abgas zugeführt wird, welches weitgehend partikelfrei ist. Im Endschalldämpfer 5 erfolgt dann eine akustische Dämpfung, damit die Abgase beim Austritt durch die Abgaswegführung 12 nur einen geringen bzw. zumindest verringerten Geräuschpegel erzeugt.In the 1 becomes an exhaust system with a particulate filter 1 and a rear silencer 5 shown. Exhaust gases from an internal combustion engine are through an exhaust gas supply 10 to the particle filter 1 passed through the particle filter 1 , then flow through an exhaust connection pipe 11 , then the rear silencer 5 and then through the flue gas exhaust 12 delivered to the environment. By flowing through the particle filter 1 In the exhaust gas contained particles are filtered out of the exhaust stream, so that the rear silencer 5 through the exhaust connection pipe 11 only exhaust gas is supplied, which is largely particle-free. In the silencer 5 then takes place an acoustic damping, so that the exhaust gases when exiting through the Abgaswegführung 12 only produces a low or at least reduced noise level.

Unter anderem um zu erkennen, wie viele Partikel bereits in dem Partikelfilter 1 durch Filterung aus dem Abgas gespeichert wurden, ist ein Differenzdrucksensor 2 vorgesehen. Durch Auswertung des Differenzdruckes vor und nach dem Partikelfilter im Abgasstrom kann beurteilt werden, wie viele Partikel bereits in dem Partikelfilter 1 enthalten sind, da die in dem Partikelfilter 1 enthaltenen Partikel, den für die Durchströmung zur Verfügung stehenden Querschnitt verringern und somit der Druckabfall über dem Partikelfilter 1 ein Maß für die Beladung, d.h. für die Menge der im Partikelfilter 1 enthaltenden Partikel ist. Der Differenzdrucksensor 2 ist dazu mit einer ersten Druckleitung 3 mit der Abgaszuführung 10 vor dem Partikelfilter und mit einer zweiten Druckleitung 4 mit dem Abgasverbindungsrohr 11 nach dem Partikelfilter 1 verbunden. Der Differenzdrucksensor 2 enthält eine Membran, deren Auslenkung von dem relativen Druck in der ersten Druckleitung 3 und der zweiten Druckleitung 4 abhängt und erzeugt ein entsprechendes Differenzdrucksignal. Wenn aufgrund des Signals des Differenzdrucksensors 2 festgestellt wird, dass der Partikelfilter 1 eine große Menge an Partikeln enthält, so kann abhängig von weiteren Randbedingungen ein sogenannter Regenerationsprozess eingeleitet werden, bei dem die in dem Partikelfilter 1 enthaltene Partikel durch eine Oxidation verbrannt werden, d.h. in gasförmiger Produkte überführt werden. Um diese Regeneration d.h. das Verbrennen der im Partikelfilter 1 enthaltenen Partikeln vorzunehmen, muss im Partikelfilter 1 eine entsprechende Temperatur erzeugt werden, und dass durch die Abgaszuführung 10 zugeführte Abgas muss noch eine ausreichende Menge an Sauerstoff enthalten, um die Oxidation im Partikelfilter 1 vorzunehmen. Durch entsprechende Steuerung der Brennkraftmaschine können derartige Regenerationsprozesse durchgeführt werden. Among other things, to detect how many particles already in the particulate filter 1 stored by filtering off the exhaust gas is a differential pressure sensor 2 intended. By evaluating the differential pressure before and after the particulate filter in the exhaust stream can be judged how many particles already in the particulate filter 1 are included in the particle filter 1 contained particles, reduce the available for the flow cross-section and thus the pressure drop across the particulate filter 1 a measure of the load, ie the amount of particles in the particle filter 1 containing particles. The differential pressure sensor 2 is with a first pressure line 3 with the exhaust gas supply 10 in front of the particle filter and with a second pressure line 4 with the exhaust connection pipe 11 after the particle filter 1 connected. The differential pressure sensor 2 contains a diaphragm whose deflection from the relative pressure in the first pressure line 3 and the second pressure line 4 depends and generates a corresponding differential pressure signal. If due to the signal of the differential pressure sensor 2 it is determined that the particulate filter 1 contains a large amount of particles, so depending on further boundary conditions, a so-called regeneration process can be initiated, in which the in the particulate filter 1 Contaminated particles are burned by oxidation, that are converted in gaseous products. To this regeneration ie the burning in the particle filter 1 must be carried out in the particle filter 1 a corresponding temperature can be generated, and that through the exhaust gas supply 10 supplied exhaust gas must still contain a sufficient amount of oxygen to the oxidation in the particulate filter 1 make. By appropriate control of the internal combustion engine, such regeneration processes can be carried out.

Wesentlich ist dabei, dass die Messsignale des Differenzdrucksensors 2 eine zuverlässige Bestimmung der Beladung des Partikelfilters 1 erlauben. Dabei hat es sich herausgestellt, dass die erste Druckleitung 3 und die zweite Druckleitung 4 fehleranfällig sind. Insbesondere kann es in beiden Druckleitungen zu einem Loch oder einer undichten Verbindungsstelle oder einer Lösung einer Schlauchverbindung kommen, so dass dann entweder an der ersten Druckleitung 3 oder der zweiten Druckleitung 4 nicht der Druck vor bzw. nach dem Partikelfilter anliegt, sondern Umgebungsdruck. Die erfindungsgemäße Diagnose stellt nun ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung, wie Fehler in den Druckleitungen vor und nach dem Partikelfilter 1 sicher identifiziert werden können.It is essential that the measurement signals of the differential pressure sensor 2 a reliable determination of the loading of the particulate filter 1 allow. It has been found that the first pressure line 3 and the second pressure line 4 error prone. In particular, it can come in both pressure lines to a hole or a leaking joint or a solution of a hose connection, so that then either on the first pressure line 3 or the second pressure line 4 not the pressure before or after the particle filter is applied, but ambient pressure. The diagnosis according to the invention now provides a method and a device, such as faults in the pressure lines before and after the particle filter 1 can be identified with certainty.

In der 1 wird zusätzlich noch ein Steuergerät 6 gezeigt, welches zumindest die Signale Differenzdrucksensors 2 hinsichtlich des erfindungsgemäßen Verfahrens auswertet. Üblicherweise handelt es sich bei dem Steuergerät 6 jedoch um ein Motorsteuergerät, welches nicht nur die Signale des Differenzdrucksensors 2 auswertet, sondern auch weitere für die Steuerung der Brennkraftmaschine erforderlichen Signale auswertet und entsprechende Stellglieder der Brennkraftmaschine ansteuert. Dieses Steuergerät 6 insbesondere in der Ausbildung als Motorsteuerung nimmt somit alle Steuerungsaufgaben wahr, um das erfindungsgemäße Verfahren zu realisieren.In the 1 In addition, there is a control unit 6 shown, which at least the signals differential pressure sensor 2 evaluated in terms of the method according to the invention. Usually, it is the controller 6 However, to an engine control unit, which not only the signals of the differential pressure sensor 2 evaluates, but also evaluates further necessary for the control of the internal combustion engine signals and controls corresponding actuators of the internal combustion engine. This controller 6 In particular, in training as a motor control thus takes all control tasks true to realize the inventive method.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, das Differenzdrucksignal des Drucksensors 2 hinsichtlich der Energie des Differenzdrucksignals auszuwerten. Zur Erläuterung dieser Vorgehensweise wird in der 3 das Differenzdrucksignal Δp gegenüber der Zeit t dargestellt. In der 3 wird mit der Kurve 31 der zeitliche Verlauf des Differenzdrucksignals Δp für einen ordnungsgemäß funktionierenden Differenzdrucksensor 2 gezeigt, bei dem beide Druckleitungen korrekt an den Differenzdrucksensor 2 angeschlossen sind. Weiterhin wird mit der Kurve 32 ein zeitlicher Verlauf des Differenzdrucksignals Δp für einen fehlerhaften Differenzdrucksensor 2 gezeigt, bei dem entweder die erste oder die zweite Druckleitung ein Leck gegenüber dem Umgebungsdruck aufweist. Wie zu erkennen ist, variiert der Druck jeweils über der Zeit, wobei immer dann, wenn der Partikelfilter von einem frischen Abgaspuls durchströmt wird, der Differenzdruck ein Maximum aufweist. Die in der 3 gezeigten Druckverläufe weisen jeweils zwei Maxima auf, d. h. es handelt sich um zwei Verbrennungsvorgänge, wobei die jeweils aus dem Zylinder der Brennkraftmaschine ausgestoßene Abgasmenge eines Verbrennungsvorganges einzeln pulsierend durch den Partikelfilter durchströmt.According to the invention, the differential pressure signal of the pressure sensor is proposed 2 to evaluate with respect to the energy of the differential pressure signal. To explain this procedure is in the 3 the differential pressure signal Ap shown in relation to the time t. In the 3 is with the curve 31 the time course of the differential pressure signal Ap for a properly functioning differential pressure sensor 2 shown in which both pressure lines correctly to the differential pressure sensor 2 are connected. Furthermore, with the curve 32 a time profile of the differential pressure signal .DELTA.p for a faulty differential pressure sensor 2 shown in which either the first or the second pressure line has a leak relative to the ambient pressure. As can be seen, the pressure varies in each case over time, wherein whenever the particle filter is traversed by a fresh exhaust pulse, the differential pressure has a maximum. The in the 3 shown pressure curves each have two maxima, that is, there are two combustion processes, wherein each ejected from the cylinder of the internal combustion engine exhaust gas quantity of a combustion process individually flows through the particulate filter pulsating.

Da sich die Druckpulsationen mit Schallgeschwindigkeit ausbreiten, erreichen die Auslasspulse nahezu zeitgleich die Position vor- und hinter Filter. Theoretisch kommt es hierdurch zu einer Auslöschung der Druckpulse an der Membran des Differenzdrucksensors, so dass diese Druckpulsationen vom Sensor nicht gemessen werden können.Since the pressure pulsations propagate at the speed of sound, the outlet pulses reach the position in front of and behind the filter almost simultaneously. Theoretically, this leads to an extinction of the pressure pulses on the membrane of the differential pressure sensor, so that these pressure pulsations can not be measured by the sensor.

In der Realität kommt es bedingt durch den Filter zu einer Dämpfung der Druckimpulse hinter dem Partikelfilter 1. Dadurch und aufgrund des leichten zeitlichen Versatz werden die Druckimpulse dennoch mit einer verringerten Druckamplitude vom Sensor erfasst, wie dies in der Kurve 31 der 3 zu erkennen ist.In reality, it is due to the filter to a damping of the pressure pulses behind the particulate filter 1 , Because of this, and because of the slight time offset, the pressure pulses are still detected by the sensor at a reduced pressure amplitude, as in the curve 31 the 3 can be seen.

Im Fehlerfall hingegen liegen an der fehlerhaften Druckleitung keine (Schlauchabfall) oder zumindest verringerte (defekter Schlauch) Druckpulse mehr an, so dass es an der Sensormembran keine Auslöschung von Druckimpulsen gibt. Hiermit ist die gemessene Pulsationsenergie im Fehlerfall größer als im Fall eines fehlerfreien Sensors was sich auch an dem Druckverlauf 32 der 3 zeigt.In the case of a fault, on the other hand, no (hose drop) or at least reduced (defective hose) pressure pulses are applied to the faulty pressure line, so that there is no extinction on the sensor diaphragm of pressure pulses. Hereby, the measured pulsation energy in the event of a fault is greater than in the case of a fault-free sensor, which also affects the pressure curve 32 the 3 shows.

Messungen haben gezeigt, dass die Pulsationsenergie an einzelnen Betriebspunkten im Fehlerfall auch kleiner der Pulsationsenergie im fehlerfreien Fall sein kann, da es aufgrund von Reflektionen im Abgasstrang auch zu einer Auslöschung der bestehenden Pulsationsamplituden kommen kann.Measurements have shown that the pulsation energy at individual operating points in the event of a fault can also be smaller than the pulsation energy in the fault-free case, since due to reflections in the exhaust gas line, the existing pulsation amplitudes can also be extinguished.

Um die Pulsationsenergie zu berechnen, muss das Differenzdrucksignal zunächst vorverarbeitet werden, um nur die relevanten Signalanteile (Bereich der Zündfrequenz oder Vielfache der Zündfrequenz) für die anschließende Energieberechnung zu extrahieren. Eine einfache Methode ist das Signal mittelwertfrei zu machen, indem unter stationären Bedingungen der Mittelwert des Signals vom Signal subtrahiert wird. Dies erfordert jedoch in der Regel, dass das Signal für einen gewissen Zeitraum zwischengespeichert wird. Eine ressourcenschonendere Variante ist, das Signal mit einem Bandpass zu filtern, welcher nur die relevanten Frequenzen (z.B. die Zündfrequenz) durchlässt. Die Pulsationsenergie berechnet sich nun, indem das resultierende Signal quadriert und aufsummiert wird.To calculate the pulsation energy, the differential pressure signal must first be preprocessed to extract only the relevant signal components (range of firing frequency or multiples of firing frequency) for the subsequent energy computation. A simple method is to make the signal mean-free by subtracting the mean of the signal from the signal under steady state conditions. However, this usually requires that the signal be cached for a certain period of time. A more resource efficient option is to filter the signal with a bandpass that passes only the relevant frequencies (e.g., the firing frequency). The pulsation energy is now calculated by squaring and summing up the resulting signal.

Besonders einfach kann die Energie des Differenzdrucksignals dadurch berechnet werden, dass das Differenzdrucksignal zu einer Vielzahl von Zeitpunkten abgetastet und bandpassgefiltert wird und entsprechend aufsummiert wird. Damit die negativen Anteile diese Summe nicht verringern, wird dazu vor der Summation das abgetastete Signal quadriert und es erfolgt erst danach die Aufsummierung. Die Abtastung sollte dabei mit einer ausreichend hohen Frequenz erfolgen, insbesondere sollte die Abtastung schneller erfolgen als die Frequenz der einzelnen Verbrennungsvorgänge. Auch wenn signalverarbeitungstheoretisch dabei eine Frequenz verwendet werden sollte, die mindestens zwei Mal so hoch ist wie die Frequenz der Verbrennungsvorgänge, ist eine deutlich höhere Abtastrate anzustreben. Verbrennungsvorgänge haben typischerweise eine Frequenz von bis hin zu 200 Hz (4-Zylinder-Otto, 6000 U/min) so dass eine Abtastrate von 1 KHz ausreichend ist.The energy of the differential pressure signal can be calculated in a particularly simple manner by scanning the differential pressure signal at a multiplicity of times and band-pass filtering it and accumulating it accordingly. So that the negative components do not reduce this sum, the sampled signal is squared before the summation and only then is the summation done. The sampling should take place at a sufficiently high frequency, in particular the sampling should be faster than the frequency of the individual combustion processes. Even if a frequency that is at least twice as high as the frequency of the combustion processes should be used in signal processing theory, a much higher sampling rate should be aimed for. Combustion processes typically have a frequency of up to 200 Hz (4-cylinder Otto, 6000 rpm) so that a sampling rate of 1 KHz is sufficient.

Die so gebildete Energie des Differenzdrucksignals kann dann einfach mit Vergleichswerten verglichen werden, um zu beurteilen, ob der Differenzdrucksensor 2, bzw. dessen Zuleitungen (i.d.R. Druckschläuche) in Ordnung sind oder nicht. Da die Druckverhältnisse zusätzlich noch von der Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine abhängen, ist es dabei vorteilhaft, wenn der Vergleichswert ebenfalls von weiteren Betriebsparametern der Brennkraftmaschine abhängt. Diese können beispielsweise für eine Brennkraftmaschine mit fehlerfreiem, d. h. funktionstüchtigem Differenzdrucksensor 2 einmal gewonnen werden und in einem Kennfeld abgelegt werden. Wenn dann die tatsächlich gemessene Energie diesen Vergleichswert deutlich übersteigt oder unterschreitet, so ist von einem fehlerhaften Differenzdrucksensor auszugehen.The energy of the differential pressure signal thus formed can then be easily compared with comparative values to judge whether the differential pressure sensor 2 or whose supply lines (usually pressure hoses) are in order or not. Since the pressure conditions additionally depend on the load and speed of the internal combustion engine, it is advantageous if the comparison value also depends on further operating parameters of the internal combustion engine. These can, for example, for an internal combustion engine with error-free, ie functional differential pressure sensor 2 be won once and stored in a map. If then the actually measured energy clearly exceeds or falls short of this comparison value, then a faulty differential pressure sensor must be assumed.

Wenn sich die Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine sehr schnell ändern, können im Abgassystem jedoch nicht vorhersehbare Druckschwankungen auftreten, die eine zuverlässige Auswertung der Energie des Differenzdrucksignals erschweren. Eine Auswertung der Energie des Differenzdrucksignals zum Zweck der Diagnose des Differenzdrucksensors sollte daher immer nur dann erfolgen, wenn ausreichend stabile Betriebsbedingungen für einen hinreichend langen Zeitraum vorliegen. Der hinreichend lange Zeitraum kann jedoch relativ kurz sein, beispielsweise sind stabile Betriebsbedingungen für eine halbe Sekunde völlig ausreichend für eine erfolgreiche Auswertung der Energie des Differenzdrucksignals. Ausreichend stabil bedeutet, dass sich die Betriebsbedingungen nicht stark verändern. Bezüglich der Last oder Drehzahl der Brennkraftmaschine ist es beispielsweise völlig ausreichend, wenn diese nicht mehr als 10% nach oben oder unten variieren. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Last der Brennkraftmaschine in einem mittleren Bereich beispielsweise zwischen 30% und 90% bei einem Saugrohrmotor bzw. zwischen 30% und 150% bei einem Motor mit Aufladung (Abgasturbolader) befindet.If the operating conditions of the internal combustion engine change very rapidly, however, unpredictable pressure fluctuations can occur in the exhaust system, which complicate reliable evaluation of the energy of the differential pressure signal. An evaluation of the energy of the differential pressure signal for the purpose of the diagnosis of the differential pressure sensor should therefore always take place only if sufficiently stable operating conditions for a sufficiently long period exist. However, the sufficiently long period may be relatively short, for example, stable operating conditions for half a second are quite sufficient for successful evaluation of the energy of the differential pressure signal. Sufficiently stable means that the operating conditions do not change much. With respect to the load or speed of the internal combustion engine, for example, it is completely sufficient if they do not vary more than 10% up or down. Furthermore, it is advantageous if the load of the internal combustion engine in a central region, for example, between 30% and 90% in a suction pipe engine or between 30% and 150% in a turbocharged engine (exhaust gas turbocharger).

Weiterhin ist es vorteilhaft, das Differenzdrucksignal Δp vor der Weiterverarbeitung zur Ermittlung der Energie nach verschiedenen Filterungen insbesondere einer Bandpassfilterung zu unterwerfen. Durch eine Hochpassfilterung werden Offset-Signale, d. h. ein sich nur sehr langsam ändernder Untergrundversatz des Signals eliminiert. Durch einen Tiefpass können hochfrequente Störungen, die beispielsweise durch elektromagnetische Einstreuungen entstehen, eliminiert werden. Vorteilhaft erfolgt daher vor einer Berechnung der Energie des Differenzdrucksignals eine Bandpassfilterung, wobei der Bandpass so gewählt ist, dass die Signalanteile, die sich aufgrund der Verbrennungsvorgänge ergeben, durchgelassen werden. Dieser Filter muss mit einem relativ breiten Bereich ausgestaltet werden, wenn der Filter fest ist, so dass die auf die Verbrennungsvorgänge zurückgehenden Signale über den gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine durchgelassen werden.
Beispielsweise bei einer 4 Zylinder Otto-Brennkraftmaschine mit einem Drehzahlbereich zwischen 1000 U/min (= 33Hz) und 6000 u/min (= 200Hz) würden dann Frequenzen zwischen 25 und 250 Hz durchgelassen. Alternativ kann der Filter aber auch sehr schmalbandig ausgeführt sein, wobei er dann jeweils an die Frequenz der Verbrennungsvorgänge angepasst werden muss. In diesem Fall würde dann ein Filter verwendet werden, dessen Durchlassbereich sich mit der Frequenz der Verbrennungsvorgänge ändert, d. h. bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine im Leerlauf würde ein anderer Durchlassbereich des Filters verwendet werden als bei einer höheren Drehzahl.Furthermore, it is advantageous to subject the differential pressure signal .DELTA.p prior to further processing for determining the energy after different filters, in particular a bandpass filtering. High-pass filtering eliminates offset signals, ie a very slowly changing background offset of the signal. A low-pass filter can eliminate high-frequency interference caused, for example, by electromagnetic interference. Advantageously, therefore, before calculating the energy of the differential pressure signal, a bandpass filtering is performed, wherein the bandpass filter is selected such that the signal components resulting from the combustion processes are transmitted. This filter must be designed with a relatively wide range if the filter is fixed, so that the signals originating from the combustion processes are transmitted over the entire speed range of the internal combustion engine.
For example, in a 4-cylinder Otto internal combustion engine with a speed range between 1000 U / min (= 33Hz) and 6000 u / min (= 200Hz) then frequencies between 25 and 250 Hz would pass. Alternatively, however, the filter may also have a very narrow band, in which case it must be adapted to the frequency of the combustion processes. In this case, a filter would then be used whose passband changes with the frequency of the combustion processes, ie, when the engine is idling, a different passband of the filter would be used than at a higher engine speed.

In der 2 wird eine Abfolge von Schritten gezeigt, die das Verfahren in dem Steuergerät 6 realisieren. In einem ersten Schritt 100 erfolgt eine Messung des Differenzdrucksignals und Abspeicherung des Differenzdrucksignals. Wenn der Differenzdrucksensor als Analogsensor ausgebildet ist erfolgt gleichzeitig eine Analog-Digital-Wandlung. Es wird so der Signalverlauf wie er in der 3 dargestellt wird, in einer Abfolge von Abtastsignalen umgewandelt. Im Schritt 200 erfolgt dann eine weitere Verarbeitung dieser Abtastsignale zur Berechnung der Energie des Differenzdrucksignals Δp. Dazu werden die abgetasteten Signale mit dem zuvor beschriebenen Bandpass gefiltert, quadriert, danach aufsummiert und der Mittelwert über die Integrationszeit bestimmt. Dieser betriebspunktabhängige Energiewert wird nun mit dem für den jeweiligen Betriebspunkt im Kennfeld hinterlegten Referenzenergiewert verglichen.In the 2 A sequence of steps is shown which illustrate the method in the controller 6 realize. In a first step 100 a measurement of the differential pressure signal and storage of the differential pressure signal. If the differential pressure sensor is designed as an analog sensor takes place at the same time an analog-to-digital conversion. It will be the waveform as it is in the 3 is converted in a sequence of scanning signals. In step 200 Then, a further processing of these scanning signals for calculating the energy of the differential pressure signal .DELTA.p. For this purpose, the sampled signals are filtered with the bandpass filter described above, squared, then summed up and the mean value determined over the integration time. This operating point-dependent energy value is now compared with the stored for the respective operating point in the map reference energy value.

Im darauffolgenden Schritt 300 erfolgt dann eine Auswertung des im Schritt 200 ermittelten Signal hinsichtlich einer Diagnose ob das so gewonnene Signal eine Fehlfunktion des Differenzdrucksensors bzw. der Druckleitungen 3, 4 anzeigt. Durch einen Vergleich mit gespeicherten Vergleichswerten, die an einem funktionstüchtigen Differenzdrucksensor zu bestimmten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine gewonnen wurden, lässt sich dann feststellen ob der Differenzdrucksensor fehlerfrei ist oder nicht. Die Vergleichswerte hängen dabei von den Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine ab.
Wenn so ein Fehler des Differenzdrucksensors gefunden wurde, so kann aufgrund des Vorzeichens des Drucksignals festgestellt werden welche der Druckleitungen fehlerhaft ist. Wenn an der zweiten Druckleitung 4 Umgebungsdruck anliegt so ist das Vorzeichen des Differenzdrucksignals in der Regel positiv und wenn an der ersten Druckleitung 3 Umgebungsdruck anliegt in der Regel negativ. Dieses Verfahren arbeitet aber nicht bei allen Betriebsbedingungen, insbesondere dynamischen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine zuverlässig.In the following step 300 then an evaluation of the in step 200 with respect to a diagnosis, the signal obtained in this way is a malfunction of the differential pressure sensor or of the pressure lines 3 . 4 displays. By comparison with stored comparison values, which were obtained on a functional differential pressure sensor for certain operating conditions of the internal combustion engine, it can then be determined whether the differential pressure sensor is faultless or not. The comparison values depend on the operating conditions of the internal combustion engine.
If such an error of the differential pressure sensor was found, it can be determined on the basis of the sign of the pressure signal which of the pressure lines is faulty. If on the second pressure line 4 Ambient pressure applied so the sign of the differential pressure signal is usually positive and if on the first pressure line 3 Ambient pressure is usually negative. However, this method does not work reliably under all operating conditions, in particular dynamic operating conditions of the internal combustion engine.

Zusätzlich zur Diagnose des Differenzdrucksignals wird eine weitere Diagnose vorgeschlagen (siehe auch DE102017211575 ) mit der sich auch bestimmen lässt welche der beiden Druckleitungen ein Leck gegen die Umgebung oder einen Schlauchabfall aufweist. Dieses Verfahren kann kontinuierlich parallel durchgeführt werden oder nur dann wenn aufgrund der Diagnose des Differenzdrucksignals hinsichtlich der Frequenz bereits ein Fehler des Differenzdrucksensors 2 festgestellt wurde. Dazu wird vorgeschlagen, das gemessene Signal des Differenzdrucksensors 2 und modellierte Drücke im Abgassystem mittels Kreuzkorrelationsfunktionen bzw. daraus berechnete Kreuzkorrelationskoeffizienten (KKF) auszuwerten. Durch eine Kreuzkorrelationsfunktion wird zum Ausdruck gebracht, inwieweit sich zwei Signale ähneln oder deckungsgleich sind. Wenn beispielsweise der Partikelfilter vollständig leer ist, so gibt es über den Partikelfilter 1 nur einen sehr geringen Druckabfall, d.h. das gemessene Differenzdrucksignal und das modellierte Drucksignal entsprechen einander und sind einander somit sehr ähnlich. In Abhängigkeit von der Beladung des Partikelfilters 1 wird sich die Ähnlichkeit des Druckes vor und nach dem Partikelfilter verändern. Weiterhin wird beispielsweise der Druck nach dem Partikelfilter auch stark von dem Gegendruck des Endschalldämpfers 5 beeinflusst. Weiterhin hängen alle Druckverhältnisse im Abgassystem auch noch von den Temperaturen und der Menge an durchfließendem Abgas ab. Diese verschiedene Drücke können nun genutzt werden, um eine Diagnose des Differenzdrucksensors bzw. der ersten Druckleitung 3 und der zweiten Druckleitung 4 durchzuführen.In addition to the diagnosis of the differential pressure signal, a further diagnosis is proposed (see also DE102017211575 ) with which also can determine which of the two pressure lines has a leak against the environment or a hose drop. This method can be performed continuously in parallel or only if, due to the diagnosis of the differential pressure signal in terms of frequency already an error of the differential pressure sensor 2 was determined. For this purpose, it is proposed that the measured signal of the differential pressure sensor 2 and to model modeled pressures in the exhaust system by means of cross-correlation functions or the calculated cross-correlation coefficients (CCF). A cross-correlation function expresses the extent to which two signals are similar or congruent. For example, if the particulate filter is completely empty, pass it over the particulate filter 1 only a very small pressure drop, ie the measured differential pressure signal and the modeled pressure signal correspond to each other and are thus very similar to each other. Depending on the load of the particle filter 1 the similarity of the pressure before and after the particle filter will change. Furthermore, for example, the pressure after the particulate filter also strongly on the back pressure of the muffler 5 affected. Furthermore, all pressure conditions in the exhaust system also depend on the temperatures and the amount of exhaust gas flowing through. These different pressures can now be used to diagnose the differential pressure sensor or the first pressure line 3 and the second pressure line 4 perform.

Für diese Diagnose des Differenzdrucksensors 2 wird dazu ein Kreuzkorrelationskoeffizient (KKF) gebildet, der sich wie folgt errechnet: $KKF \sim Σ_{20sec} (Δ p_{Filter,measure} * Δ p_{Filter,model}) / Σ_{20sec} {(Δ p_{Filter,model})}^{2}$

For this diagnosis of the differential pressure sensor 2 For this purpose, a cross-correlation coefficient (KKF) is calculated, which is calculated as follows:

KKF ~ Σ_{20sec} (Δ p_{filter, measure} * Δ p_{filter, model}) / Σ_{20sec} {(Δ p_{filter, model})}^{2}

Für die Berechnung von KKF wird das Signal über einen vorgegebenen Zeitraum (hier 20 sec) auf-integriert bzw. aufsummiert. Es sind aber auch andere Zeiträume beispielsweise 5 sec möglich, sofern der Zeitraum lang genug ist um eine stabile Kreuzkorrelation bzw. einen stabilen Kreuzkorrelationskoeffizienten zu berechnen. Bei dem Signal Δp_{Filter,measure} handelt es sich um den gemessenen Wert des Differenzdrucks, d.h. das Ausgangssignal des Differenzdrucksensors. Bei dem Wert Δp_Filter,model handelt es sich um einen modellierten Wert für den Druckabfall über den Partikelfilter. Dieser Wert wird bei der Applikation der Brennkraftmaschine und des Abgassystems durch Ausmessen von typischen Betriebswerten ermittelt. Diese werden dann in einem Kennfeld, beispielsweise in Abhängigkeit von Last- und Drehzahl gespeichert und für die Berechnung eines modellierten Differenzdruckes über den Partikelfilter 1 verwendet. Neben der Last und der Drehzahl können auch noch andere Werte wie beispielsweise die Temperatur oder eine modellierte Beladung des Partikelfilters 1 in die Berechnung dieses modellierten Differenzdruckes Δp_Filter,model eingehen.For the calculation of KKF, the signal is integrated over a given period of time (here 20 sec) or added up. However, other periods of time, for example 5 sec, are also possible, as long as the period is long enough to calculate a stable cross-correlation or a stable cross-correlation coefficient. The signal Δp _{Filter, measure} is the measured value of the differential pressure, ie the output signal of the differential pressure sensor. The value Δp _{Filter, model} is a modeled value for the pressure drop across the particulate filter. This value is in the application of the internal combustion engine and the exhaust system determined by measuring typical operating values. These are then stored in a map, for example as a function of load and rotational speed, and for the calculation of a modeled differential pressure via the particle filter 1 used. In addition to the load and the speed can also other values such as the temperature or a modeled loading of the particulate filter 1 into the calculation of this modeled differential pressure Δp _{Filter, model} .

Durch diesen KKF wird somit gemessen, inwieweit der tatsächlich am Differenzdrucksensor 2 gemessene Differenzdruck über dem Partikelfilter 1 mit einem aus einem Modell berechneten Differenzdruck über den Partikelfilter 1 übereinstimmt. Wenn es zu einer Störung in der ersten Druckleitung 3 oder zweiten Druckleitung 4 kommt, so hat dies einen Einfluss auf das tatsächlich gemessene Differenzdrucksignal des Differenzdrucksensors 2 und hat aber keinen Einfluss auf den modellierten Differenzdruck, da dieser ja nur aufgrund einer Modellbildung erfolgt.By this KKF is thus measured, to what extent the actually at the differential pressure sensor 2 measured differential pressure across the particulate filter 1 with a differential pressure across the particulate filter calculated from a model 1 matches. If there is a fault in the first pressure line 3 or second pressure line 4 comes, this has an effect on the actually measured differential pressure signal of the differential pressure sensor 2 and has no influence on the modeled differential pressure, since this is done only on the basis of modeling.

Ein Fehler in der ersten Druckleitung 3 kann durch Auswertung des Wertes von KKF erfolgen. Wenn keinerlei Fehler vorliegt, so ist der Wert für KKF positiv. Wenn es zu einem Fehler, d.h. einem Auftreten von Umgebungsdruck in der ersten Druckleitung 3 kommt, so entsteht die Situation, dass der gemessene Druck vor dem Partikelfilter 1 geringer ist als der gemessene Druck nach dem Partikelfilter, d.h. der Druckabfall im Partikelfilter ist negativ, d.h. beim Durchströmen durch den Partikelfilter 1 würde das Gas nicht an Druck verlieren, sondern es würde seinen Druck erhöhen. Dies führt dann dazu, dass der Wert von KKF sein Vorzeichen ändert und negativ wird. Allein aufgrund der Auswertung von KKF ist daher ein Fehler in der ersten Druckleitung 3, die dazu führt, dass in der ersten Druckleitung 3 dann Umgebungsdruck anliegt, sehr einfach feststellbar. Weiterhin kann der KKF auch ein negatives Vorzeichen aufweisen wenn die Druckleitungen 3 und 4 vertauscht sind. Dies kann beispielsweise bereits in der Herstellung der Brennkraftmaschine oder bei einer Wartung erfolgen. Wenn also nicht während eines laufenden Betriebs ein Vorzeichenwechsel von KKF auftritt sondern bei einer Inbetriebnahme KKF dauernd ein negatives Vorzeichen hat so kann neben einem Fehler der ersten Druckleitung auch ein Vertauschen der Druckleitungen 3 und 4 die Ursache sein.An error in the first pressure line 3 can be done by evaluating the value of KKF. If there is no error, the value for KKF is positive. If there is an error, ie an occurrence of ambient pressure in the first pressure line 3 comes, the situation arises that the measured pressure before the particle filter 1 is lower than the measured pressure after the particulate filter, ie the pressure drop in the particulate filter is negative, ie when flowing through the particulate filter 1 the gas would not lose pressure but it would increase its pressure. This then causes the value of KKF its sign changes and becomes negative. Alone due to the evaluation of KKF is therefore an error in the first pressure line 3 that causes in the first pressure line 3 then ambient pressure is applied, very easily detectable. Furthermore, the KKF may also have a negative sign when the pressure lines 3 and 4 are reversed. This can be done, for example, already in the manufacture of the internal combustion engine or during maintenance. Therefore, if a change of sign of KKF does not occur during a running operation but permanently has a negative sign during a start-up KKF, in addition to a fault of the first pressure line, it is also possible to interchange the pressure lines 3 and 4 be the cause.

Ein Fehler in der zweiten Druckleitung 4 ist ebenfalls feststellbar. Da aufgrund der Auswertung des hinsichtlich der Energie aufbereiteten Differenzdrucksignals feststeht dass ein Fehler des Differenzdrucksensors bzw. der Druckleitungen 3, 4 vorliegt, kann zusammen mit dem KKF auf einen Fehler der hinteren Druckleitung 4 geschlossen werden wenn der KKF sein Vorzeichen nicht wechselt. Wenn also aufgrund der Auswertung der Amplitude in Schritt 200 ein Fehler festgestellt wird und im Schritt 300 zusätzlich noch das Vorzeichen des KKF ausgewertet wird, so kann auf einfache Weise ein Fehler der hinteren Druckleitung 4 festgestellt werden.An error in the second pressure line 4 is also detectable. Since it is certain that an error of the differential pressure sensor or the pressure lines due to the evaluation of the processed in terms of energy differential pressure signal 3 . 4 is present, together with the KKF on a fault of the rear pressure line 4 be closed when the KKF does not change its sign. So if, due to the evaluation of the amplitude in step 200 an error is detected and in the step 300 In addition, the sign of the KKF is evaluated, so can easily a fault of the rear pressure line 4 be determined.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102014209840 A1 [0002]
DE 102017211575 [0024]

Claims

Method for diagnosing a differential pressure sensor (2) of a particulate filter (1) of an internal combustion engine, wherein the differential pressure sensor (2) is connected to the exhaust system (10) upstream of the particulate filter through a first pressure line (3) and to the exhaust system (2) via a second pressure line (4). 11) after the particulate filter is connected, characterized in that a differential pressure signal of the differential pressure sensor (2) for the diagnosis of the differential pressure sensor (2) is evaluated in terms of energy.

Method according to Claim 1 , characterized in that to form the energy of the differential pressure signal, the differential pressure signal is sampled at a plurality of times and filtered with a bandpass filter, and then squared and summed.

Method according to Claim 2 , characterized in that the energy is compared with comparison values, which were obtained on a functional differential pressure sensor to specific operating conditions of the internal combustion engine.

Method according to Claim 3 , characterized in that the differential pressure sensor is rated as defective when the energy exceeds or falls short of the comparison value

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the energy of the differential pressure signal is evaluated only when stable operating conditions of the internal combustion engine are detected for a sufficiently long period.

Method according to Claim 5 , characterized in that the operating conditions of the internal combustion engine are recognized as sufficiently stable, if for a period of more than 500 msec, the load of the internal combustion engine between 20% and 150% and the load varies by not more than 10% and the speed is not changes by more than 200RPM.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that it is determined from the sign of the differential pressure signal whether an error in the first pressure line (3) or the second pressure line (4) has occurred.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that from the differential pressure signal of the differential pressure sensor (2) together with a modeled differential pressure signal, a cross-correlation is formed, and which is determined by means of the cross-correlation whether an error in the first pressure line (3) or the second Pressure line (4) has occurred.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an error in both pressure lines (3, 4) is detected when the differential pressure signal is zero in amplitude.

Device for diagnosing a differential pressure sensor (2) of a particulate filter (1) of an internal combustion engine, the differential pressure sensor (2) being connected to the exhaust system (10) upstream of the particulate filter through a first pressure line (3) and to the exhaust system (2) via a second pressure line (4). 11) is connected to the particulate filter, characterized in that means are present which evaluate a differential pressure signal of the differential pressure sensor (2) for the diagnosis of the differential pressure sensor (2) in terms of energy.