AT502911A1

AT502911A1 - Verfahren zur erkennung von reaktiven gasanteilen

Info

Publication number: AT502911A1
Application number: AT9742005A
Authority: AT
Inventors: Ernst Dipl Ing Dr Winklhofer; Klaus-Christoph Dr Harms; Harald Dr Philipp; Alois Dr Hirsch; Guenter Dr Fraidl; Kurt Dr Kirsten
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2005-06-09
Filing date: 2005-06-09
Publication date: 2007-06-15
Also published as: AT502911B1

Description


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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von reaktiven Gasanteilen im Abgas einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern. Weiters betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Erhöhte Anteile von Sauerstoff in Verbindung mit CO oder Kohlenwasserstoffemissionen, beispielsweise in Folge Zündaussetzer, gefährden im Abgasstrang angeordnete Katalysatoren, an welchen in Folge Überhitzung irreparable Schäden auftreten können.

   Es ist daher von Bedeutung, erhöhte Anteile dieser Gaskomponenten frühzeitig festzustellen und deren Ursache zu diagnostizieren.
Aus der DE 40 02 209 AI ist ein Verfahren zum Ermitteln eines Zylinders mit Zündaussetzern in einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern bekannt, bei dem für jeden Zylinder eine Zeitspanne gemessen wird, innerhalb der sich die Kurbelwelle um einen vorgegebenen Kurbelwinkel im Verbrennungstakt des Zylinders dreht, und für jeden Zylindern ein Zeit-Differenzwert zum jeweiligen vorhergehenden Zylinder bestimmt wird, so dass eine Aussage darüber möglich ist, ob eine Verlangsamung der Rotationsgeschwindigkeit der Kurbelwelle in Folge eines Zündaussetzers bei einem Zylinder auftritt.

   Zur Erkennung eines Zündaussetzers wird eine auf einem Vergleich zwischen den Zeit-Differenzwerten für jeden Zylinder und einem vorbestimmten Wert basierendes Aussetzungserkennungssignal gebildet, das zur Bewertung, ob ein Zündaussetzer vorliegt, abgerufen und einer Bewertungseinrichtung zugeführt wird, die dann entsprechend vorgegebenen Kriterien einen Zündaussetzer erkennt und einem bestimmten Zylinder zuordnet.
Weiters ist aus der DE 39 17 978 AI ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung der Laufunruhe einer Brennkraftmaschine bekannt, bei welchen Zeitspannen für die Verbrennungstakte jedes Zylinders einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine entsprechend den jeweiligen Drehwinkeln der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gebildet werden.

   Aus diesen zylinderbezogenen Zeitspannen können vier bestimmte vorgegebenen Zylindergruppen der Brennkraftmaschine Laufunruhewerte zur Bewertung der Laufunruhe während des Betriebes der Brennkraftmaschine gebildet werden. Dabei werden der Maximalwert und der Minimalwert der Laufunruhewerte, bezogen auf die jeweilige Zylindergruppe, und ein Differenzwert zwischen Maximal- und Minimalwert berechnet, wobei die Verbrennungstakte benachbarter Zylinder ausgewertet werden.

   Alternativ kann auch die Auswertung der zylinderbezogenen Zeitspannen der jeweiligen Verbrennungstakte für nicht benachbarte ungleiche Zylinder der Brennkraftmaschine erfolgen, so dass Messwertverfälschungen in Folge von Toleranzen, der die Winkel drehungen der Kurbelwelle erfassenden Messeinrichtungen verhindert werden können.
Die DE 42 28 677 C2 beschreibt eine Vorrichtung zur Ermittlung des Auftretens eines Zündaussetzers in einer eine Kurbelwelle aufweisenden MehrzylinderBrennkraftmaschine, bei der ebenfalls aus der Laufunruhe auf Zündaussetzer geschlossen wird.

   Um auch bei veränderlichen Betriebsbedingungen, beispielsweise einer Beschleunigung oder einer Verlangsamung der Brennkraftmaschine, Zündaussetzer erkennen zu können, wird die Differenz in den Winkelgeschwindigkeiten der Kurbelwelle zwischen den Zylindern durch eine Korrektureinrichtung im Falle einer Beschleunigung oder Verlangsamung korrigiert.
Die Detektion von Zündaussetzern alleine aufgrund von Abweichungen in der Drehunförmigkeit ist allerdings relativ fehlerbehaftet.
Weiters sind aus der DE 39 34 310 AI oder der DE 195 02 402 AI Zündaussetzer-Erkennungsvorrichtungen bekannt, welche aus der Anwesenheit oder Abwesenheit eines Ionenstromes im Bereich der Zündkerze Zündaussetzer erfassen können.

   Dazu ist allerdings ein relativ hoher sensorischer und diagnostischer Aufwand erforderlich.
Aufgabe der Erfindung ist es, auf möglichst einfache Weise erhöhte Anteile reaktiver Gase im Abgas festzustellen.
Erfindungsgemäss wird dies durch folgende Schritte erreicht:
- Erfassen des zeitlichen Verlaufes zumindest eines zyklisch entsprechend der Zündfolge der Zylinder schwankenden charakteristischen Motorbetriebsparameters während zumindest eines ersten Zeitfensters;
- Differenzieren des Verlaufes des charakteristischen Motorbetriebsparameters entsprechend den beteiligten Zylindern;
- Erfassen des zeitlichen Verlaufens der Temperatur an zumindest einer, vorzugsweise durch einen Katalysator gebildeten, Abgasnachbehandlungseinrichtung während zumindest eines mit dem ersten Zeitfenster korrelierenden zweiten Zeitfensters;

  
- Feststellen, ob der zeitliche Verlauf der Temperatur zumindest eine Temperaturspitze aufweist; - Zuordnen des Zeitpunktes des Auftretens der Temperaturspitze zu einem Verursachungszeitpunkt der Kohlenwasserstoffemissionen im zeitlichen Verlauf des charakteristischen Motorparameters;
- Zuordnen des Verursachungszeitpunktes der Temperaturspitze zu zumindest einem verursachenden Zylinder.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zur Erfassung des zeitlichen Verlaufes des zyklisch schwankenden charakteristischen Motorbetriebsparameters die Drehungleichförmigkeit der Brennkraftmaschine ermittelt wird. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass zur Erfassung des zeitlichen Verlaufes des charakteristischen Motorbetriebsparameters eine Schallmessung, vorzugsweise eine Ultraschallmessung, durchgeführt wird.

   Die Schallmessung kann dabei im Abgasstrang, vorzugsweise im Bereich der Abgasnachbehandlungseinrichtung, oder im Bereich zumindest eines Gehäuses der Brennkraftmaschine durchgeführt werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung ist vorgesehen, dass zur Erfassung des zeitlichen Verlaufes der Temperatur an der Abgasnachbehandlungseinrichtung eine Infrarotmessung im Bereich der Abgasnachbehandlungseinrichtung durchgeführt wird. Die Infrarotmessung kann dabei durch einen Infrarotsensor im Bereich der Ausgangsseite der Abgasnachbehandlungseinrichtung oder durch eine Infrarotkamera durchgeführt werden. Die Ausführung einer Messeinrichtung mit einer Infrarotkamera ist beispielsweise aus der WO 2004/013475 AI bekannt.

   Wesentlich ist, dass das Mittel zur Infrarotmessung eine kontinuierlich hohe Zeitauflösung aufweist.
Der zeitliche Verlauf der Temperatur an der Abgasnachbehandlungseinrichtung wird auf Vorkommen von durch reaktive Gase verursachte Temperaturspitzen überprüft. Einem Messwert des Temperaturverlaufes kann dabei ein Punkt des zeitlichen Verlaufes des charakteristischen Motorparameters zugeordnet werden. Werden Temperaturspitzen festgestellt, so kann der Zeitpunkt des Auftretens der Temperaturspitze in Korrelation mit einem entsprechenden Zeitpunkt des zeitlichen Verlaufes des charakteristischen Motorparameters gesetzt werden und dadurch sehr genau auf den entsprechenden verursachenden Zylinder rückgeschlossen werden.

   Aus physikalischen Gründen liegt eine Phasenverschiebung zwischen einer Temperaturerhöhung am Katalysator und deren motorische Ursache, beispielsweise einem Zündaussetzer eines Zylinders, vor. Die Grösse der Phasenverschiebung ergibt sich aus der Laufzeit des Abgases zwischen den Zylindern und der Abgasnachbehandlungseinrichtung.
Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist zumindest ein erstes Mittel zum Erfassen des zeitlichen Verlaufes zumindest eines zyklisch schwan kenden charakteristischen Motorparameters während zumindest eines ersten Zeitfensters,

   zumindest ein zweites Mittel zum Erfassen des zeitlichen Verlaufes der Temperatur oder der Wärmestrahlung an zumindest einer vorzugsweise durch einen Katalysator gebildeten Abgasnachbehandlungseinrichtung innerhalb eines mit dem ersten Zeitfenster korrelierenden zweiten Zeitfensters und eine Ausweiteeinheit zum Vergleichen der zeitlichen Verläufe des charakteristischen Motorparameters und der Temperatur oder Wärmestrahlung an der Abgasnachbehandlungseinrichtung, sowie zum Zuordnen zumindest einer durch Zündaussetzer verursachten Temperaturspitze zu einem Zylinder, auf.
Das erste Mittel ist vorzugsweise nicht intrusiver Art und kann durch eine Drehungleichförmigkeits-Messeinrichtung der Kurbelwelle gebildet sein. Die Drehungleichförmigkeitsmessung kann beispielsweise am Schwungrad durchgeführt werden.

   Alternativ dazu ist es auch möglich, das erste Mittel durch zumindest eine Schallmesseinrichtung, vorzugsweise durch eine Ultraschallmesseinrichtung im Bereich des Abgasstranges oder im Bereich eines Gehäuses der Brennkraftmaschine auszubilden. Alternativ dazu ist auch die Messung der Zylinderdrucksignale der einzelnen Zylinder möglich.
Das zweite Mittel wird durch einen beispielsweise im Bereich der Eingangsseite der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordneten hochauflösenden Temperatursensor, vorzugsweise einen die thermische Strahlung der Oberfläche integral erfassenden optischen Sensor, besonders vorzugsweise einen infrarotempfindlichen optischen Sensor, gebildet.

   Es ist auch möglich, an Stelle eines optischen Sensors eine Infrarotkamera zu verwenden.
Das erste und das zweite Mittel kann innerhalb eines Kombinationssensors integriert sein.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 schematische eine erfindungsgemässe Vorrichtung zur Erkennung von Kohlenwasserstoffanteilen im Abgas und Fig. 2 den zeitlichen Verlauf der Drehungleichförmigkeit und der Temperatur.
Eine Brennkraftmaschine 10 mit mehreren Zylindern 1, 2, 3, 4 weist einen Abgasstrang 5 mit einem Katalysator 6 auf. Über einen hochauflösenden Drehzahlsensor 7 wird die Drehungleichförmigkeit der Kurbelwelle 8 erfasst. Auf der Ausgangsseite 6a des Katalysators 6 wird über einen Infrarotsensor 9 der zeitliche Verlauf der Temperatur T des Katalysators 6 ermittelt.

   Die Auswertung der gemessenen Signale über den zeitlichen Verlauf der Drehzahl n und der Temperatur T erfolgt in einer Auswerteeinheit 11. In Fig. 2 ist der zeitliche Verlauf der Drehzahl n (Ungleichförmigkeit) und der zeitliche Verlauf der Temperatur T des Katalysators 6 aufgetragen. Dabei korreliert jeder Punkt des Temperaturverlaufes mit einem bestimmten Punkt des Ungleichförmigkeitsverlaufes. Durch die Trägheit der Abgasmasse und der zeitlich begrenzten Reaktionsgeschwindigkeit im Katalysator 6 sind entsprechende Ereignisse der Temperaturkurve T und der Drehzahlkurve n um eine Zeitdifferenz [Delta]t phasenversetzt.

   Wird eine durch erhöhte Anteile reaktiver Gase im Abgasstrom verursachte aussergewöhnliche Spitze im Temperaturverlauf erkannt, so kann diese durch Vergleichen mit dem zeitlichen Verlauf der Drehungleichförmigkeit mit einem ursächlichen Zeitpunkt auf der Drehzahlkurve n in Verbindung gebracht werden und somit auf einen Zündaussetzer eines bestimmten Zylinders rückgeschlossen werden. Im in Fig. 2 dargestellten Beispiel ist die durch reaktive Gase verursachte Spitze im Temperaturverlauf T auf Zündaussetzer des Zylinders 1 zurückzuführen.
Das beschriebene Verfahren ermöglicht es, mit sehr geringem Aufwand eine zuverlässige Detektion von Zündaussetzern durchzuführen.

Claims

P A T E N T A N S P R U C H E

Verfahren zur Erkennung von reaktiven Gasanteilen im Abgas einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern mit folgenden Schritten:

- Erfassen des zeitlichen Verlaufes zumindest eines zyklisch entsprechend der Zündfolge der Zylinder schwankenden charakteristischen Motorbetriebsparameters während zumindest eines ersten Zeitfensters;

- Differenzieren des Verlaufes des charakteristischen Motorbetriebsparameters entsprechend den beteiligten Zylindern;

- Erfassen des zeitlichen Verlaufens der Temperatur oder der thermischen Strahlung an zumindest einer, vorzugsweise durch einen Katalysator gebildeten, Abgasnachbehandlungseinrichtung während zumindest eines mit dem ersten Zeitfenster korrelierenden zweiten Zeitfensters;

- Feststellen, ob der zeitliche Verlauf der Temperatur zumindest eine Temperaturspitze aufweist;

- Zuordnen des Zeitpunktes des Auftretens der Temperaturspitze zu einem Verursachungszeitpunkt im zeitlichen Verlauf des charakteristischen Motorparameters;

- Zuordnen des Verursachungszeitpunktes der Temperaturspitze zu zumindest einem verursachenden Zylinder.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung des zeitlichen Verlaufes des zyklisch schwankenden charakteristischen Motorbetriebsparameters die Drehungleichförmigkeit der Brennkraftmaschine ermittelt wird.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung des zeitlichen Verlaufes des charakteristischen Motorbetriebsparameters eine Schallmessung, vorzugsweise eine Ultraschallmessung, durchgeführt wird.

Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallmessung im Abgasstrang, vorzugsweise im Bereich der Abgasnachbehandlungseinrichtung, durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallmessung an einem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung des zeitlichen Verlaufes der Temperatur an der Abgasnachbehandlungseinrichtung eine Infrarotmessung im Bereich der Abgasnachbehandlungseinrichtung durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotmessung über einen vorzugsweise im Bereich der Ausgangsseite der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordneten Infrarotsensors durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotmessung durch eine Infrarotkamera mit hoher zeitlicher Auflösung durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallmessung und die Temperaturmessung an der selben Stelle durchgeführt werden.

10. Vorrichtung zur Erkennung von reaktiven Gasanteilen im Abgas einer Brennkraftmaschine (10) mit mehreren Zylindern (1, 2, 3, 4) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch zumindest ein erstes Mittel zum Erfassen des zeitlichen Verlaufes zumindest eines zyklisch schwankenden charakteristischen Motorparameters während zumindest eines ersten Zeitfensters, zumindest ein zweites Mittel zum Erfassen des zeitlichen Verlaufes der Temperatur an zumindest einer vorzugsweise durch einen Katalysator gebildeten Abgasnachbehandlungseinrichtung innerhalb eines mit dem ersten Zeitfenster korrelierenden zweiten Zeitfensters und eine Auswerteeinheit zum Vergleichen der zeitlichen Verläufe des charakteristischen Motorparameters und der Temperatur oder Wärmestrahlung an der Abgasnachbehandlungseinrichtung,

sowie zum Zuordnen zumindest einer durch reaktive Abgase verursachten Temperaturspitze zu einem Zylinder (1, 2, 3, 4).

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel durch eine Drehungleichförmigkeits-Messeinrichtung (7) gebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel durch zumindest eine Schallmesseinrichtung, vorzugsweise durch eine Ultraschallmesseinrichtung im Bereich des Abgasstranges oder im Bereich eines Gehäuses der Brennkraftmaschine gebildet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mittel durch einen vorzugsweise im Bereich der Ausgangsseite der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordneten hochauflösenden Temperatursensor (9), vorzugsweise einen die thermische Strahlung der Oberfläche integral erfassenden optischen Sensor, besonders vorzugsweise einen infrarotempfindlichen optischen Sensor, gebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mittel durch eine im Bereich der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnete Infrarotkamera mit hoher Zeitauflösung gebildet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel und das zweite Mittel in einem Kombinationssensor integriert sind

( n e u e ) A T E N T A N S P R Ü C H E

Verfahren zur Erkennung von reaktiven Gasanteilen im Abgas einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern mit folgenden Schritten:

Erfassen des zeitlichen Verlaufes zumindest eines zyklisch entsprechend der Zündfolge der Zylinder schwankenden charakteristischen Motorbetriebsparameters während zumindest eines ersten Zeitfensters;

Differenzieren des Verlaufes des charakteristischen Motorbetriebsparameters entsprechend den beteiligten Zylindern;

Erfassen des zeitlichen Verlaufens der Temperatur oder der thermischen Strahlung an zumindest einer, vorzugsweise durch einen Katalysator gebildeten, Abgasnachbehandlungseinrichtung während zumindest eines mit dem ersten Zeitfenster korrelierenden zweiten Zeitfensters;

Feststellen, ob der zeitliche Verlauf der Temperatur zumindest eine Temperaturspitze aufweist;

dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitpunkt des Auftretens der Temperaturspitze zu einem Verursachungszeitpunkt im zeitlichen Verlauf des charakteristischen Motorparameters zugeordnet wird und dass der Verursachungszeitpunkt der Temperaturspitze zu zumindest einem verursachenden Zylinder zugeordnet wird.

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung des zeitlichen Verlaufes des zyklisch schwankenden charakteristischen Motorbetriebsparameters die Drehungleichförmigkeit der Brennkraftmaschine ermittelt wird.

Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung des zeitlichen Verlaufes des charakteristischen Motorbetriebsparameters eine Schallmessung, vorzugsweise eine Ultraschallmessung, durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallmessung im Abgasstrang, vorzugsweise im Bereich der Abgasnachbehandlungseinrichtung, durchgeführt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallmessung an einem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung des zeitlichen Verlaufes der Temperatur an der Abgasnachbehandlungseinrichtung eine Infrarotmessung im Bereich der Abgasnachbehandlungseinrichtung durchgeführt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotmessung über einen vorzugsweise im Bereich der Ausgangsseite der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordneten Infrarotsensors durchgeführt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotmessung durch eine Infrarotkamera mit hoher zeitlicher Auflösung durchgeführt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallmessung und die Temperaturmessung an der selben Stelle durchgeführt werden.

10. Vorrichtung zur Erkennung von reaktiven Gasanteilen im Abgas einer Brennkraftmaschine (10) mit mehreren Zylindern (1, 2, 3, 4) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch zumindest ein erstes Mittel zum Erfassen des zeitlichen Verlaufes zumindest eines zyklisch schwankenden charakteristischen Motorparameters während zumindest eines ersten Zeitfensters, zumindest ein zweites Mittel zum Erfassen des zeitlichen Verlaufes der Temperatur an zumindest einer vorzugsweise durch einen Katalysator gebildeten Abgasnachbehandlungseinrichtung innerhalb eines mit dem ersten Zeitfenster korrelierenden zweiten Zeitfensters und eine Auswerteeinheit zum Vergleichen der zeitlichen Verläufe des charakteristischen Motorparameters und der Temperatur oder Wärmestrahlung an der Abgasnachbehandlungseinrichtung,

sowie zum Zuordnen zumindest einer durch reaktive Abgase verursachten Temperaturspitze zu einem Zylinder (1, 2, 3, 4).

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel durch eine Drehungleichförmigkeits-Messeinrichtung (7) gebildet ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel durch zumindest eine Schallmesseinrichtung, vorzugsweise durch eine Ultraschallmesseinrichtung im Bereich des Abgasstranges oder im Bereich eines Gehäuses der Brennkraftmaschine gebildet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mittel durch einen vorzugsweise im Bereich der Ausgangsseite der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordneten hochauflösenden Temperatursensor (9), vorzugsweise einen die thermische Strahlung der Oberfläche integral erfassenden optischen Sensor, besonders vorzugsweise einen infrarotempfindlichen optischen Sensor, gebildet ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Mittel durch eine im Bereich der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordnete Infrarotkamera mit hoher Zeitauflösung gebildet ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel und das zweite Mittel in einem Kombinationssensor integriert sind.