AT525781A1 - Verfahren zur überwachung von abgaswerten - Google Patents

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AT525781A1
AT525781A1 ATA51020/2021A AT510202021A AT525781A1 AT 525781 A1 AT525781 A1 AT 525781A1 AT 510202021 A AT510202021 A AT 510202021A AT 525781 A1 AT525781 A1 AT 525781A1
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gas sensor
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Wendland M -Eng Markus
Carrillo-Ramirez Dr Nicolás
Herrmuth Dipl -Ing Holger
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Abgaswerten und/oder Schadstoffmengen im Abgas eines mit einer Brennkraftmaschine (1) ausgerüsteten Antriebssystems (A) eines Kraftfahrzeuges (2), wobei zumindest ein Abgasbestandteil mit zumindest einem Abgassensor (10) im Wesentlichen unabhängig von einer elektronischen Steuereinheit (ECU) des Kraftfahrzeuges (2) gemessen wird. Um bei einem verbrennungsmotorisch betriebenen Kraftfahrzeug (2) eine laufende, sichere und zuverlässige Überwachung von Abgasen zu ermöglichen ist vorgesehen, dass der Abgassensor (10) von einer in einem vom Antriebssystem (A) des Kraftfahrzeuges (2) unabhängigen Steuergerät (7) angeordneten Software (8) gesteuert wird, welche Sensorsignale ausliest, zumindest eine Emissionskonzentration berechnet oder vom Abgassensor (10) abruft, und die Emissionskonzentration mit einem vordefinierten Grenzwert vergleicht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung von Abgaswerten und/oder Schadstoffmengen im Abgas eines mit einer Brennkraftmaschine ausgerüsteten Kraftfahrzeuges, wobei zumindest ein Abgasbestandteil mit zumindest einem Abgassensor im Wesentlichen unabhängig von einer elektronischen Steuereinheit des Fahrzeuges gemessen wird. Weiters betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Einrichtung zur Überwachung von Abgaswerten und/oder Schadstoffmengen im Abgas einer Brennkraftmaschine eines Antriebssystems zum Antrieb des Kraftfahrzeuges, mit zumindest einem Abgassensor zum Messen zumindest eines Abgasbestandteils, wobei die Einrichtung getrennt von einer elektronischen Steuereinheit des Kraftfahrzeuges und vorzugsweise als Stand-Alone-Einrichtung ausgebildet ist. Weiters betrifft die Erfindung eine Einrichtung zur Überwachung von Abgaswerten und/oder Schadstoffmengen im Abgas eines mit einer Brennkraftmaschine ausgerüsteten Kraftfahrzeuges, mit zumindest einem Abgassensor zum Messen zumindest eines Abgasbestandteils, wobei die Einrichtung als Stand-Alone-Einrichtung ausgebildet ist.
Die DE 3409948 A1 beschreibt eine Einrichtung zur Messung und Anzeige von Abgaswerten und/oder Schadstoffmengen im Abgas eines mit einer Brennkraftmaschine ausgerüsteten Kraftfahrzeuges, welche aus einer an einer Abgasleitung befestigten Messsonde und einem am Armaturenbrett des Kraftfahrzeuges angeordneten Anzeigegerät besteht. Die Mess- und Anzeigevorrichtung gestattet es, dass der Fahrer des Kraftfahrzeuges schnell und wirksam von Veränderungen der Abgaswerte oder der Schadstoffemissionen
unterrichtet wird und entsprechende Maßnahmen ergreifen kann.
Die US 2017/0114697 A1 offenbart ein System und ein Verfahren für einen OnBord NOx- Monitor-Reset-Tests für einen Katalysator. Eine NOx- Monitor-ResetSchaltung ist dabei mit einer Motorsteuerung verbunden, um Motorbetriebsdaten zu empfangen.
Sogenannte „On-Board-Diagnose“ (OBD) - Systeme werden bei Kraftfahrzeugen eingesetzt, um während des Fahrbetriebes alle abgasbeeinflussenden Systeme zu überwachen. Auftretende Fehler werden dem Fahrer über eine Kontrollleuchte angezeigt und im jeweiligen Steuergerät dauerhaft gespeichert. Fehlermeldungen
können dann später über genormte Schnittstellen abgefragt werden.
Sogenannte „On-Board-Monitoring“ (OBM) - Systeme stellen eine Weiterentwicklung von OBD- Systeme dar und dienen zur laufenden Überwachung beispielsweise von Schadstoffen in Abgasen.
Während sich OBD-Systeme auf die Diagnose von (emissionsrelevanten) Systemen und/oder Komponenten des Antriebsstrangs konzentrieren und dabei Sensoren verwendet, die mit der elektronischen Steuereinheit des Kraftfahrzeuges (ECU) oder einer anderen Steuereinheit in der Antriebsstrangarchitektur verbunden sind, dienen OBM-Systeme dazu um Abgasemissionen des gesamten Fahrzeugs auf Überschreiten von definierten Grenzwerten zu überwachen und diese Daten für die externe Weiterverarbeitung bereitzustellen. Beispielsweise können Abgasemissionswerte an Behörden gesendet werden, damit diese prüfen können, ob die bei der Zertifizierung angemeldeten Emissionsangaben korrekt sind.
Unter „Stand Alone“-Einrichtungen werden Einrichtungen verstanden, welche
eigenständig, ohne weitere Zusatzeinrichtungen, ihre Funktion erfüllen können.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einem verbrennungsmotorisch betriebenen Kraftfahrzeug eine laufende, sichere und zuverlässige Überwachung von Abgasen
zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Abgassensor von einer in einem vom Antriebssystem unabhängigen Steuergerät angeordneten Software gesteuert wird, welche Sensorsignale ausliest, zumindest eine Emissionskonzentration berechnet oder vom Abgassensor abruft, und die Emissionskonzentration mit einem vordefinierten
Grenzwert vergleicht.
Vorzugsweise wird durch die Software auch der Abgasmassenstrom aus Lambdasignal oder O2-Konzentration und dem Kraftstoffmassenstrom berechnet, welche vorzugsweise durch die elektronische Steuereinheit zur Verfügung gestellt
werden.
Vorteilhafter Weise wird mit zumindest einem Abgassensor zumindest eine Größe aus der Gruppe CO, NOx, NH3z, Partikelmasse, Partikelanzahl, Lambdasignal, O2
gemessen.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass bei Überschreiten des Grenzwertes eine im Steuergerät implizierte Programmlogik zumindest eine Maßnahme veranlasst und/oder zumindest ein Fehlercode an einen Fehlerspeicher innerhalb oder außerhalb des Kraftfahrzeuges sendet, wobei günstiger Weise die Maßnahme in einer Drehmomentreduktion der Brennkraftmaschine besteht. Die Maßnahme kann aber auch beispielsweise in einer Aktivierung eines sogenannten „Driver Inducement Systems“ bestehen. Dabei wird dem Fahrer beispielsweise eine definierte Restreichweite zur Verfügung gestellt. Innerhalb dieser definierten Restreichweite hat der Fahrer die Möglichkeit den Mangel durch die Werkstatt beheben zu lassen. Danach erfolgt eine Startverriegelung. Abhängig vom Ausmaß des Überschreitens des Grenzwertes kann auch zuerst eine Bewertung und/oder Einschätzung durch die Programmlogik durchgeführt werden und danach auf Grund dieser eine geeignete Maßnahme aus einer Gruppe von vordefinierten Maßnahmen
ausgewählt werden.
Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass das Steuergerät über zumindest einen Datenübertragungsweg von der elektronischen Steuereinheit des Fahrzeuges zumindest einen Betriebsparameter aus der Gruppe Kraftstoffmassenstrom, Fahrstrecke, Fahrzeuggeschwindigkeit, Zündungsstatus, Motorbetriebsstatus empfängt und/oder zumindest einen Fehlercode an die
elektronische Steuereinheit sendet.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß auch mit einem Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art dadurch, dass die Einrichtung ein Steuergerät mit einer Software aufweist, welche den zumindest einen Abgassensor steuert, dessen Sensorsignale ausliest, zumindest eine Emissionskonzentration und zumindest einen Abgasmassenstrom berechnet oder abruft, und die Emissionskonzentration mit einem vordefinierten Grenzwert vergleicht, wobei das Steuergerät hinsichtlich seiner Überwachung der Abgaswerte und/oder Schadstoffwerte vom Antriebssystem
unabhängig ausgebildet ist.
Vorzugsweise weist das Steuergerät weiters eine Programmlogik zum Durchführen zumindest einer Maßnahmen bei Überschreiten des Grenzwertes und/oder zum Senden zumindest eines Fehlercodes an einen Fehlerspeicher innerhalb oder außerhalb des Fahrzeuges auf. Diese Maßnahme kann beispielsweise in einer
Drehmomentreduktion der Brennkraftmaschine bestehen.
Eine Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass das Steuergerät über zumindest ein Datenübertragungsweg mit der elektronischen Steuereinheit des Fahrzeuges verbunden und ausgebildet ist, um zumindest einen Betriebsparameter aus der Gruppe Kraftstoffmassenstrom, Fahrstrecke, Fahrzeuggeschwindigkeit, Zündungsstatus, Motorbetriebsstatus zu empfangen und/oder um zumindest einen
Fehlercode an die elektronische Steuereinheit zu senden.
Zumindest ein Abgassensor ist vorteilhafter Weise ausgebildet, um zumindest eine Größe aus der Gruppe CO, HC, CO2, NOx, NH3z, Partikelmasse, Partikelanzahl,
Lambdasignal, O2 zu messen.
Die vorliegende Erfindung besteht somit aus einer eigenständigen Einrichtung (OBM-System), die von den Sensoren und Funktionen der ECU unabhängig ist. Dadurch ist die Einrichtung vor Manipulationen an der ECU weitgehend sicher. Lediglich Kraftstoffmassenstrom und Fahrstrecke (oder Fahrzeuggeschwindigkeit) sowie andere Signale, die für den Betrieb des Systems erforderlich sind, aber nicht Teil seiner eigentlichen Monitoring-Funktion sind (zum Beispiel Zündungsstatus: Zündung ein/aus, Motorbetriebsstatus: Motor läuft/steht), müssen von der ECU bereitgestellt werden. Das eigenständige OBM-System besteht aus den erforderlichen Abgassensoren (zum Beispiel für CO2, NOx, NH3z, Partikelmasse, Partikelanzahl, Lambdasignal) und einem vom Antriebssystem unabhängigen Steuergerät. Die im Steuergerät der Einrichtung laufende Software steuert die Sensoren, liest die Sensorsignale aus, berechnet die Emissionskonzentration (sofern dies nicht durch eine "intelligente" Sonde erfolgt) und den Abgasmassenstrom (wobei der Abgasmassenstrom aus dem Lambda-Signal/O2-Konzentration und dem von der ECU bereitgestellten Kraftstoffmassenstrom berechnet werden kann) und vergleicht die jede Emission mit dem vordefinierten Grenzwert, der auf gesetzlichen Vorgaben basiert. Die gesamte Programmlogik für die gesetzlich vorgeschriebenen Maßnahmen bei Überschreitung des Grenzwertes (zum Beispiel Aktivierung einer Drehmomentsteuerung zur Reduzierung des Drehmomentes) ist ebenfalls im Steuergerät der Einrichtung enthalten. Der definierte Fehlercode und andere Daten werden dann an die ECU oder ein anderes Fahrzeugsteuergerät gesendet, das den Fehlerspeicher verwaltet (gemäß den gesetzlichen Anforderungen und/oder anderen anwendbaren Normen) und auch an vorgesehene Anzeigen am Armaturenbrett des
Kraftfahrzeugs. Der Fehlercode kann auch an ein fahrzeugexternes
Speichermedium - beispielsweise unter Verwendung von Cloud Computing -
gesendet werden.
Darüber hinaus können die Abgassensoren und das Steuergerät der Einrichtung optional separat (zum Beispiel während der Produktion und/oder bei der regelmäßigen Fahrzeuginspektion) von einer anderen Partei als dem Erstausstatter (OEM=O Original Equipment Manufacturer) kalibriert werden. Eine mögliche Kalibrierungsmethode könnte die Verwendung von Kalibrierungsgas und definierten Testroutinen in speziellen Prüfgeräten sein. Auch diese Prüfgeräte können von anderen Parteien als dem OEM unabhängig entwickelt werden.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der nicht einschränkenden schematischen
Figur näher erläutert.
Die Fig. zeigt ein durch eine Brennkraftmaschine 1 angetriebenes Kraftfahrzeug 2. Mit Bezugszeichen 3 ist eine Abgasleitung des Brennkraftmaschine 1 bezeichnet, wobei mit 4 eine Abgasnachbehandlungseinrichtung angedeutet ist. Eine fahrzeugeigene elektronische Steuereinheit ECU ist mit der Brennkraftmaschine 1 und diversen Sensoren 5 verbunden. Die elektronische Steuereinheit ECU, die Brennkraftmaschine 1 und diverse Sensoren 5 sind Teil des Antriebssystems A des Kraftfahrzeuges 2.
Die erfindungsgemäße Einrichtung 6 zur Überwachung von Abgaswerten und/oder Schadstoffmengen im Abgas des Abgasstranges 3 des mit der Brennkraftmaschine 1 ausgerüsteten Kraftfahrzeuges 2 weist einen oder mehrere Abgassensoren 10 zum Messen zumindest eines Abgasbestandteils, wie beispielsweise CO, CO», HC, NOx, NO3, O2, Partikelmasse, Partikelanzahl oder dergleichen auf.
Die Einrichtung 6 ist getrennt von der elektronischen Steuereinheit ECU des Kraftfahrzeuges 2 und als Stand-Alone-Einrichtung ausgebildet. Die Einrichtung 6 weist ein Steuergerät 7 mit einer Software 8 auf, welche den zumindest einen Abgassensor 10 steuert, dessen Sensorsignale ausliest, eine Emissionskonzentration und einen Abgasmassenstrom berechnet und die Emissionskonzentration mit einem vordefinierten Grenzwert vergleicht. Das Steuergerät 7 ist hinsichtlich seiner Überwachung der Abgaswerte und/oder
Schadstoffwerte von der elektronischen Steuereinheit ECU unabhängig ausgebildet.
Das Steuergerät 7 weiters eine Programmlogik 9 zum Durchführen zumindest einer Maßnahme bei Überschreiten des Grenzwertes und/oder zum Senden zumindest eines Fehlercodes an einen beispielsweise externen Fehlerspeicher 11 auf.
Das Steuergerät 7 ist über zumindest einen Datenübertragungsweg 12 mit der elektronischen Steuereinheit ECU des Kraftfahrzeuges 2 verbunden und ausgebildet, um den Kraftstoffmassenstrom, die Fahrstrecke, die Fahrzeuggeschwindigkeit, den Zündungsstatus und/oder den Motorbetriebsstatus zu empfangen und/oder um zumindest einen Fehlercode an die elektronische
Steuereinheit ECU zu senden.
Im Rahmen der Erfindung kann eine Ausbauerkennung vorgesehen sein, welche prüft und erkennt, ob notwendige Komponenten im Fahrzeug verbaut sind, um das Verfahren ordnungsgemäß durchführen zu können. Die Ausbauerkennung kann zum Beispiel in einem Betriebspunkt erfolgen, in welchem definitiv weniger als 21% Sauerstoff im Abgas erwartet wird. Misst die Einrichtung 6 in einem TeillastBetriebspunk 21% Sauerstoff, so kann davon ausgegangen werden, dass Frischluft gemessen wird und der Einrichtung 6 kein Abgas zugeführt wird.
Weiters kann in die Einrichtung 6 eine Selbstdiagnosefunktion integriert sein, welche prüft, ob die Einrichtung 6 ordnungsgemäß funktioniert. Zumindest eine Prüfung kann dabei beispielsweise im Schubbetrieb des Fahrzeuges durchgeführt werden, in welchem der Einrichtung 6 Frischluft zugeführt wird. Dabei kann ein Lernen der Offsets stattfinden. Weiters kann diagnostiziert werden, ob eine
ordnungsgemäße Spülung der Abgassensoren 10 mit Frischluft gewährleistet ist.
Die Kommunikation zwischen der Einrichtung 6 und der Steuereinheit 7 erfolgt vorteilhafterweise verschlüsselt, um Manipulationen zu erschweren bzw. zu
verhindern.

Claims (1)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    Verfahren zur Überwachung von Abgaswerten und/oder Schadstoffmengen im Abgas eines mit einer Brennkraftmaschine (1) ausgerüsteten Antriebssystems (A) eines Kraftfahrzeuges (2), wobei zumindest ein Abgasbestandteil mit zumindest einem Abgassensor (10) im Wesentlichen unabhängig von einer elektronischen Steuereinheit (ECU) des Kraftfahrzeuges (2) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Abgassensor (10) von einer in einem vom Antriebssystem (A) des Kraftfahrzeuges (2) unabhängigen Steuergerät (7) angeordneten Software (8) gesteuert wird, welche Sensorsignale ausliest, zumindest eine Emissionskonzentration berechnet oder vom Abgassensor (10) abruft, und die Emissionskonzentration mit einem vordefinierten Grenzwert
    vergleicht.
    Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Software auch der Abgasmassenstrom aus einem Lambdasignal oder einer O2Konzentration und einem Kraftstoffmassenstrom berechnet wird, welche vorzugsweise durch die elektronische Steuereinheit (ECU) zur Verfügung
    gestellt werden.
    Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten des Grenzwertes eine im Steuergerät (7) implizierte Programmlogik (9) zumindest eine Maßnahme veranlasst und/oder zumindest ein Fehlercode an einen Fehlerspeicher (11) innerhalb oder außerhalb des
    Kraftfahrzeuges (2) sendet.
    Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahme
    in einer Drehmomentreduktion der Brennkraftmaschine (2) besteht.
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (7) über zumindest einen Datenübertragungsweg (12) von der elektronischen Steuereinheit (ECU) des Kraftfahrzeuges (2) zumindest einen Betriebsparameter aus der Gruppe Kraftstoffmassenstrom, Fahrstrecke, Fahrzeuggeschwindigkeit, Zündungsstatus, Motorbetriebsstatus empfängt und/oder zumindest einen Fehlercode an die elektronische Steuereinheit (ECU)
    sendet.
    8
    Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mit zumindest einem Abgassensor (10) zumindest eine Größe aus der Gruppe CO, HC, CO», NOx, NH3z, Partikelmasse, Partikelanzahl, Lambdasignal,
    O2 gemessen wird.
    Kraftfahrzeug (2) mit einer Einrichtung (6) zur Überwachung von Abgaswerten und/oder Schadstoffmengen im Abgas eines mit einer Brennkraftmaschine (2) ausgerüsteten Antriebssystems (A) zum Antrieb des Kraftfahrzeuges (2), mit zumindest einem Abgassensor (10) zum Messen zumindest eines Abgasbestandteils, wobei die Einrichtung (6) getrennt von einer elektronischen Steuereinheit (ECU) des Kraftfahrzeuges (2) und vorzugsweise als StandAlone-Einrichtung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (6) ein Steuergerät (7) mit einer Software (8) aufweist, welche den zumindest einen Abgassensor (10) steuert, dessen Sensorsignale ausliest, zumindest eine Emissionskonzentration oder vom Abgassensor (10) abruft, und die Emissionskonzentration mit einem vordefinierten Grenzwert vergleicht, wobei das Steuergerät (7) hinsichtlich seiner Überwachung der Abgaswerte und/oder Schadstoffwerte vom Antriebssystem (A) des Kraftfahrzeuges (2) unabhängig ausgebildet ist.
    Kraftfahrzeug (2) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (7) weiters eine Programmlogik (9) zum Durchführen zumindest einer Maßnahmen bei Überschreiten des Grenzwertes und/oder zum Senden zumindest eines Fehlercodes an einen Fehlerspeicher (11) innerhalb oder außerhalb des Kraftfahrzeuges (2) aufweist.
    Kraftfahrzeug (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahme in einer Drehmomentreduktion der Brennkraftmaschine (1) besteht.
    Kraftfahrzeug (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (7) über zumindest einen Datenübertragungsweg (12) mit der elektronischen Steuereinheit (ECU) des Kraftfahrzeuges (2) verbunden und ausgebildet ist, um zumindest einen Betriebsparameter aus der Gruppe Kraftstoffmassenstrom, Fahrstrecke, Fahrzeuggeschwindigkeit, Zündungsstatus, Motorbetriebsstatus zu empfangen
    und/oder um zumindest einen Fehlercode an die elektronische Steuereinheit (ECU) zu senden.
    11. Kraftfahrzeug (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abgassensor (10) ausgebildet ist, um zumindest eine Größe aus der Gruppe CO, HC, CO», NOx, NHz3z, Partikelmasse,
    Partikelanzahl, Lambdasignal, O2 zu messen.
    12. Einrichtung (6) zur Überwachung von Abgaswerten und/oder Schadstoffmengen im Abgas eines mit einer Brennkraftmaschine (2) ausgerüsteten Kraftfahrzeuges (2) nach einem der Ansprüche 7 bis 11, mit zumindest einem Abgassensor (10) zum Messen zumindest eines Abgasbestandteils, wobei die Einrichtung (6) als Stand-Alone-Einrichtung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (6) ein Steuergerät (7) mit einer Software (8) aufweist, welche den zumindest einen Abgassensor (10) steuert, dessen Sensorsignale ausliest, zumindest eine Emissionskonzentration berechnet oder vom Abgassensor (10) abruft, und die
    Emissionskonzentration mit einem vordefinierten Grenzwert vergleicht.
    13. Einrichtung (6) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (7) weiters eine Programmlogik (9) zum Durchführen zumindest einer Maßnahmen bei Überschreiten des Grenzwertes und/oder zum Senden zumindest eines Fehlercodes an einen Fehlerspeicher (11) innerhalb oder außerhalb des Kraftfahrzeuges (2) aufweist.
    14. Einrichtung (6) nach einem der Ansprüche 11 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Abgassensor (10) ausgebildet ist, um zumindest eine Größe aus der Gruppe CO, HC, CO», NOx, NHz3z, Partikelmasse, Partikelanzahl, Lambdasignal, O2 zu messen.
    20.12.2021 FÜ
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