AT502911B1 - Verfahren zur erkennung von reaktiven gasanteilen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein 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.

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 A1 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 A1 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 Winkeldrehungen der Kurbelwelle erfassenden Messeinrichtungen verhindert werden können.

Die OE 42 28 677 C2 beschreibt eine Vorrichtung zur Ermittlung des Auftretens eines Zündaussetzers in einer eine Kurbelwelle aufweisenden Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, 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 3 AT 502 911 B1

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 A1 oder der DE 195 02 402 A1 Zündaussetzer-Erkennungsvorrichtungen bekannt, welche aus der Anwesenheit oder Abwesenheit eines lonenstromes im Bereich der Zündkerze Zündaussetzer erfassen können. Dazu ist allerdings ein relativ hoher sensorischer und diagnostischer Aufwand erforderlich.

Die DE 102 60 294 A1 offenbart eine Brennkraftmaschine, die mit einer Abgasnachbehandlungsanlage ausgestattet ist und die zumindest einen Vorkatalysator aufweist. Dabei werden für jeden Zylinder Laufunruhewerte der Brennkraftmaschine, die proportional zur Änderung der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine sind, ermittelt. Die Laufunruhewerte werden mit einem Schwellenwert verglichen und in Abhängigkeit des Ergebnisses des Vergleiches die Brennkraftmaschine hinsichtlich auftretender Verbrennungsaussetzer beurteilt, wobei zusätzlich als Kriterium für die Beurteilung die im Betrieb der Brennkraftmaschine auftretenden Temperaturwerte des Vorkatalysators und die sich aufgrund des durchströmenden Abgases ergebende exotherme Energieumsetzung im Vorkatalysator berücksichtigt werden. Es wird dabei lediglich festgesetzt, dass Aussetzer aufgetreten sind, ein kausaler Zusammenhang mit einzelnen definierten Aussetzern wird nicht hergestellt. Zur einfachen Aussetzerkennung reichen dabei konventionelle, langsame Temperatursensoren aus, deren Eigenschaften in der DE 102 60 294 A1 nicht näher spezifiziert sind.

Die DE 39 33 826 A1 beschreibt eine Motorregeleinrichtung für Brennkraftmaschinen, welche eine Fehlzündungs-Erfassungseinrichtung aufweist, die die Anzahl der nicht zündenden Zylinder anhand der Abgastemperatur des Motors erfasst. Nach dem Feststellen von Fehlzündungen wird dabei in einem Testalgorithmus bestimmt, welche Zylinder nicht zünden. Dabei schaltet ein Mikrorechner vorübergehend die Kraftstoffzufuhr nacheinander zu jedem Zylinder ab und überwacht das Ausgangssignal der Erfassungseinrichtung auf Veränderungen. Verändert sich das Ausgangssignal der Fehlzündungs-Erfassungseinrichtung bei vorübergehender Abschaltung der Kraftstoffzufuhr zu einem Zylinder nicht, so steht fest, dass bei dem betreffenden Zylinder eine Fehlzündung vorliegt, worauf der Mikrorechner die Kraftstoffzufuhr zu diesem Zylinder mit Fehlzündung abschaltet.

Aus der US 4,040,294 A ist eine Einrichtung zur Detektierung von Fehlzündungen in einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine bekannt geworden, wobei ein "Pick-Up"-Schallaufnehmer im Auslassstrang angeordnet ist. Das elektrische Ausgangssignal des Schallaufnehmers wird synchron mit der Motordrehzahl erfasst und mit einem Vergleichswert verglichen. Aufgrund des Vergleichswertes wird eine entsprechende Anzeige oder ein Alarm ausgelöst.

Die WO 2004/013474 A1 offenbart ein Verfahren zur Anpassung einer Motorsteuerung, wobei in einem stationären und/oder instationären Betrieb einer Brennkraftmaschine eine Katalysatortemperatur ermittelt und bei Vorliegen einer erhöhten thermischen Belastung des Katalysators mindestens eine applikative Maßnahme in der Motorsteuerung derart erfolgt, dass unter gleichartigem Betrieb der Brennkraftmaschine diese erhöhte thermische Belastung vermieden wird. Dabei ist vorgesehen, dass die Katalysatortemperatur bei einem Temperatursprung in einem Bereich von 20K bis 150K bei einer Ausgangstemperatur in einem Bereich von 500°C bis 950°C mit einer hohen Zeitauflösung mittels einer Infrarot-Kamera erfasst wird. Dadurch können sehr schnelle und sehr kurz anhaltende Temperaturereignisse, insbesondere Temperaturspitzen im Katalysator detektiert werden. Mittels der Detektion der Temperaturspitzen soll die thermische Alterung des Katalysators vermindert werden.

Aufgabe der Erfindung ist es, auf möglichst einfache Weise erhöhte Anteile reaktiver Gase im Abgas festzustellen. 4 AT 502 911 B1

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, 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.

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 A1 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 schwankenden 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 Auswerteeinheit 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 Drehungleichförmig-keits-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, beson-

Claims (15)

1. 5 AT 502 911 B1 ders 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 Ät 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. Patentansprüche: 1. 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. 6 AT 502 911 B1
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erfassung des zeitlichen Verlaufes des zyklisch schwankenden charakteristischen Motorbetriebsparameters die Drehungleichförmigkeit der Brennkraftmaschine ermittelt wird.
3. 3. 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. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallmessung im Abgas- io sträng, vorzugsweise im Bereich der Abgasnachbehandlungseinrichtung, durchgeführt wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallmessung an einem Gehäuseteil der Brennkraftmaschine durchgeführt wird. 15
6. 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. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotmessung über einen vorzugsweise im Bereich der Ausgangsseite der Abgasnachbehandlungseinrichtung angeordneten Infrarotsensors durchgeführt wird.
8. 8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Infrarotmessung 25 durch eine Infrarotkamera mit hoher zeitlicher Auflösung durchgeführt wird.
9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schallmessung und die Temperaturmessung an der selben Stelle durchgeführt werden.
10. 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 35 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 40 zumindest einer durch reaktive Abgase verursachten Temperaturspitze zu einem Zylinder (1,2, 3, 4).
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel durch eine Drehungleichförmigkeits-Messeinrichtung (7) gebildet ist. 45
12. 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. 50
13. 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, be- 55 sonders vorzugsweise einen infrarotempfindlichen optischen Sensor, gebildet ist. 7 AT 502 911 B1
14. 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. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Mittel und das zweite Mittel in einem Kombinationssensor integriert sind. Hiezu 1 Blatt Zeichnungen