Wie funktioniert eigentlich die Überwachung des Füllungsgrades im Dieselpartikelfilters?
Einige Medien im Film stammen von der Firma HJS Emissioin Technology in Menden.
Zur Überwachung des Füllgrades eines Dieselpartikelfilters verbaut die Automobilindustrie unter anderem einen Differenzdrucksensor. Der Sensor bestimmt den Abgasdruck vor und nach dem Partikelfilter. Mit diesem Differenzwert erarbeitet der Sensor eine Signalspannung. Diese Spannung kann das Motorsteuergerät nutzen, um den Füllungsgrad des Dieselpartikelfilters zu errechnen.
Der Differenzdrucksensor besteht aus einer Druckkammer. Zu dieser Druckkammer führen zwei Anschlüsse. Ein Anschluss für den Abgasdruck vor dem Partikelfilter und einer für den Anschluss des Abgasdrucks nach dem Partikelfilter. Zwischen den beiden Anschlüssen in der Druckkammer befindet sich eine Membrane mit einem Piezo-Element. Dieses Piezo-Sensorelement liegt über einer Elektronik-Platine. Damit der Differenzdrucksensor auch eine Verbindung zum Motorsteuergerät hat, besitzt er einen 2-poligen Stecker.
Beim Differenzdrucksensor handelt es sich um einen passiven Sensor. D.h., er benötigt keine eigene Spannungsversorgung.
Im Großen und Ganzen funktioniert der Differenzdrucksensor über das Piezo-Element. Wenn ein Piezo-Element von außen Druck bekommt, verschieben sich die Ladungen im inneren zueinander und eine elektrische Spannung entsteht. Das Piezo-Element bekommt den Druck dadurch, dass sich die Abgasdrücke ändern, die Membrane sich verbiegt und so Druck auf das Piezo-Element aufgebaut wird. Je höher der Druckunterschied zwischen dem „Vor-Filter-Abgasdruck“ und dem „Nach-Filter-Abgasdruck“ ist, desto mehr verformt sich die Membrane. Entsprechend wird dann ein größerer Druck auf das Piezo-Element aufgebracht. Die Folge ist, dass das Piezo-Element eine größere elektrische Spannung abgibt. Diese elektrische Spannung wird dann zum Motorsteuergerät geschickt. Dort wird dann der Füllungsgrad des Dieselpartikelfilters errechnet.
Gehen wir zunächst einmal davon aus, dass der Motor sich im Stillstand befindet. Damit ist in der Abgasanlage keine Strömung vorhanden. Nun gelangen kein Vorfilterdruck und kein Nachfilterdruck in die Kammer. Das Piezo-Sensorelement ist im Ausgangszustand. Die Membran ist nicht verformt. Es gibt keine Signalspannung ab.
Jetzt starten wir den Motor. Wenn der Motor läuft, gibt es eine Strömung in der Abgasanlage. Der Druck vor dem Partikelfilter ist höher, als der Druck hinter dem Partikelfilter. Die Membran im Differenzdrucksensor verbiegt sich. Das Piezo-Element steht unter einem bestimmten Druck und gibt eine gewisse Signalspannung ab.
Wenn der Druckunterschied oder das Spanungssignal sehr hoch ist, kann man davon ausgehen, dass der Dieselpartikelfilter voll ist. Wenn er dagegen eine kleine Spannung abgibt, kann man davon ausgehen, dass die Abgasdrücke vor und nach dem Dieselpartikelfilter annähernd gleich sind und der Filter annähernd leer ist.
Stellt sich die Frage, wie der Druckunterschied entsteht. Im Grunde ist die Antwort ganz einfach. Durch die Verringerung des Leitungsquerschnitts - Ruß im Filter- stellt der Filter eine Drossel dar. Es handelt sich um einen örtlichen Strömungswiderstand, den das durchfließende Abgas überwinden muss. Vor der Verengung staut sich das Abgas auf, sodass der Druck vor der Drossel höher ist als hinter der Drossel.
Die Firma HJS, deren Sensor ich erklärt habe, stellt Differenzdrucksensoren mit einer Ansprechzeit von unter einer Millisekunde her. Außerdem liegt der maximale Druckbereich dieser Sensoren bei 100kPa. Das entspricht einem Druck von einem bar. Diese Sensoren arbeiten im Temperaturbereich von -40 bis +130°C. Zu der Signalspannung gibt die Firma keine Angaben, ich gehe daher von einer normalen Signalspannungshöhe von 0V-5V aus.