DE102004053428A1

DE102004053428A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Überprüfung der in ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine eingebauten Abgasanlage

Info

Publication number: DE102004053428A1
Application number: DE102004053428A
Authority: DE
Inventors: Michael Schwenkert
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2004-11-05
Filing date: 2004-11-05
Publication date: 2006-05-24
Anticipated expiration: 2024-11-06
Also published as: DE102004053428B4

Abstract

Bei einem Verfahren und bei einer Vorrichtung zur Überprüfung der in ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Brennkraftmaschine 2 eingebauten Abgasanlage 3, wird vorgeschlagen, dass in der Abgasanlage 3 des Kraftfahrzeuges 2 die Konzentration C von wenigstens einem Abgasbestandteil (NO¶x¶, HC, CO und/oder CO¶2¶) erfasst wird, aus dem Steuergerät 7 des Kraftfahrezeuges 1 die Betriebsparameter P¶B¶ der Brennkraftmaschine 2 in Echtzeit ausgelesen werden und die Konzentration C des wenigstens einen Abgasbestandteils in Abhängigkeit von den Betriebsparametern P¶B¶ der Brennkraftmaschine 2 einer Plausibilitätskontrolle unterzogen wird. Vorschlagsgemäß wird erreicht, dass die in einem Kraftfahrzeug 1 eingebaute Abgasanlage 3 schnell und zuverlässig einer Qualitätskontrolle unterzogen werden kann, was insbesondere bei der Fertigung von Kraftfahrzeugen 1 von Bedeutung ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Überprüfung der in ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine eingebauten Abgasanlage.

Aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise der Druckschrift EP 0 456 244 B1 sind Prüfstände für Motoren und Abgasanlagen bekannt, wobei diese Prüfstände einzelne Motoren und/oder Abgasanlagen aufnehmen und unter verschiedenen Bedingungen hinsichtlich ihrer Charakteristika überprüfen. Derartige Prüfstände arbeiten jedoch meist im Kaltlauf und benötigen einen Schleppantrieb, so dass sie für die Qualitätsbeurteilung von fertig montierten Kraftfahrzeugen ungeeignet sind.

Zudem ist unter anderem aus der Druckschrift DE 20 2004 008 U1 ein Rollenprüfstand bekannt, der komplett montierte Kraftfahrzeuge aufnimmt, verschiedene Lastzustände simuliert und die Abgaszusammensetzung bestimmt. Solche Prüfstände werden beispielsweise für die gesetzlich vorgeschriebene Abgassonderuntersuchung verwendet.

Darüber hinaus ist es zum Beispiel aus der Druckschrift DE 100 49 685 A1 bekannt, dass die Kraftfahrzeuge über eigene OBD (On-Bord-Diagnosis) – Systeme verfügen, welche in Abhängigkeit von den Betriebsparametern des Kraftfahrzeuges, verschiedene Funktionen überprüfen. Dies setzt aber voraus, dass die Brennkraftmaschine bestimmten Prüfbedingungen bzw. Prüf zyklen ausgesetzt wird und dass zahlreiche Einzeldiagnosen durchgeführt werden.

Speziell bei der Qualitätssicherung in der Fertigung von Kraftfahrzeugen, sind die oben genannten Verfahren und Vorrichtungen jedoch nicht zufriedenstellend, weil sie nicht für komplett montierte Kraftfahrzeuge geeignet sind, weil sie zu ungenau arbeiten oder weil sie für die Kontrolle jedes einzelnen Kraftfahrzeugs zu viel Zeit in Anspruch nehmen und daher sehr kostenintensiv sind.

Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Überprüfung der in ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine eingebauten Abgasanlage zu konzipieren, welche die oben genannten Nachteile überwindet und insbesondere bei der Fertigung von Kraftfahrzeugen vorteilhaft zum Einsatz kommen kann, um die Qualität der gefertigten Kraftfahrzeuge sicherzustellen.

Verfahrensgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem in der Abgasanlage des Kraftfahrzeuges die Konzentration von wenigstens einem Abgasbestandteil erfasst wird, aus dem Steuergerät des Kraftfahrzeuges die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine in Echtzeit ausgelesen werden und die Konzentration des wenigstens einen Abgasbestandteils in Abhängigkeit von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine einer Plausibilitätskontrolle unterzogen wird. Denn anhand der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine und unter Berücksichtigung der Charakteristika der verbauten Abgasanlage lässt sich ableiten, welche Konzentration des wenigstens einen Abgasbestandteils zu erwarten ist, so dass dann, wenn die tatsächlich erfasste Konzentration des wenigstens einen Abgasbestandteils wesentlich davon abweicht, das Ergebnis der Plausibilitätskontrolle negativ ausfällt.

Zweckmäßigerweise werden als Abgasbestandteile Stickoxide (NOx), Kohlenwasserstoff (HC), Kohlenmonoxid (CO) und/oder Kohlendioxid erfasst.

Denn die Konzentration dieser Abgasbestandteile wird durch den in der Abgasanlage befindlichen Katalysator konvertiert bzw. beeinflusst, wobei die erfasste Konzentration des wenigstens einen Abgasbestandteils die Konvertierungsrate angibt und somit ein höchst geeignetes Überprüfungskriterium darstellt.

Die Erfassung der Konzentration des wenigstens einen Abgasbestandteils sollte insbesondere mittels optischer Methoden erfolgen. Als geeignete optische Methoden kommen insbesondere die Laserspektroskopie oder die Infrarotspektroskopie, die Fourierspektroskopie, die Gitterspektroskopie und die Verlauffilterspektroskopie zum Einsatz, da diese Verfahren schnell und genau arbeiten.

Die Erfassung der Konzentration des wenigstens einen Abgasbestandteils sollte optimalerweise beim Vorliegen bestimmter Größen der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine erfolgen. Denn durch die Auswahl von aussagekräftigen Größen der Betriebsparameter lässt sich der Aufwand für die Überprüfung der in dem Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine eingebauten Abgasanlage reduzieren.

Vorteilhaft werden als Betriebsparameter der Brennkraftmaschine Drehzahl, Last, Einspritzmenge, Luftmenge, Motortemperatur und/oder berechnete Katalysatortemperatur ausgelesen. Diese Betriebsparameter stehen systemtechnisch mit der Konzentration der Abgasbestandteile in Verbindung, so dass sich die bei der Verbrennung zu erwartende Konzentration der verschiedenen Abgasbestandteile hinreichend genau angeben lässt.

Besonders vorteilhaft erfolgt die Angabe der stromab des Katalysators in der Abgasanlage zu erwartenden Konzentration des wenigstens einen Abgasbestandteils anhand von Kennlinien, welche den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine und den Charakteristika der Abgasanlage zugeordnet sind. Für die bei der Fertigung in großen Stückzahlen zu überprüfenden Kraftfahrzeuge bzw. Brennkraftmaschinen und Abgasanlagen werden diese Kennlinien zuvor ermittelt und zusammengestellt.

Die Konzentration des wenigstens einen Abgasbestandteils und die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine sollten einander mit einer bestimmten Zeitverzögerung zugeordnet werden. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die erfasste Konzentration des wenigstens einen Abgasbestandteils und die in Echtzeit ausgelesenen Betriebparameter der Brennkraftmaschine auch genau miteinander korrelieren.

Erfindungsgemäß ist die Zeitverzögerung zwischen der erfassten Konzentration des wenigstens einen Abgasbestandteils und den zugeordneten Betriebsparametern der Brennkraftmaschine von eben diesen Betriebsparametern abhängig. Denn beispielsweise bei einer geringen Drehzahl der Brennkraftmaschine dauert die Aufbereitung sowie die Verbrennung des Luft/Kraftstoffgemisches und der Durchsatz des Abgases durch die Abgasanlage natürlich länger als wie dies bei einer hohen Drehzahl der Brennkraftmaschine der Fall ist.

Bevorzugt ist die für die Plausibilität noch zulässige Differenz zwischen der gemessenen Konzentration des wenigstens einen Abgasbestandteils und der aus der Kennlinie entnommenen zu erwartenden Konzentration des wenigstens einen Abgasbestandteils von der Art des jeweils gewählten Abgasbestandteils abhängig. Denn die verschiedenen Abgasbestandteile werden durch die zu prüfende Brennkraftmaschine und Abgasanlage unterschiedlich stark beeinflusst bzw. konvertiert, so dass auch eine unterschiedliche Gewichtung der Differenzen erfolgen muss.

Besonders bevorzugt ist die für die Plausibilität noch zulässige Differenz zwischen der gemessenen Konzentration des wenigstens einen Abgasbestandteils und der aus der Kennlinie entnommenen zu erwartenden Konzentration des wenigstens einen Abgasbestandteils auch von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine abhängig. Denn die verschiedenen Abgasbestandteile werden durch die Betriebsparameter unterschiedlich stark beeinflusst, so dass deshalb auch eine entsprechende Bewertung der Differenzen erfolgen sollte.

Vorrichtungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem eine Rechnereinheit, eine mobile Messeinheit und eine externe Schnittstelle vorgesehen sind, wobei die Messeinheit in die Abgasanlage des Kraftfahrzeugs einbringbar ist, so dass durch die Rechnereinheit die Konzentration von wenigstens einem Abgasbestandteil erfassbar ist, wobei die Schnittstelle mit dem Steuergerät des Kraftfahrzeuges in Verbindung steht, so dass durch die Rechnereinheit die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine in Echtzeit auslesbar sind und wobei die Rechnereinheit die erfasste Konzentration des wenigstens einen Abgasbestandteils in Abhängigkeit von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine einer Plausibilitätskontrolle unterzieht.

Weiterbildungsgemäß weist die Messeinheit ein optisches System, nämlich insbesondere ein Laserspektrometer, ein Infrarotspektrometer, ein Fourierspektrometer, ein Gitterspektrometer oder ein Verlauffilter auf. Diese optischen Systeme erlauben eine ausreichend schnelle In-Situ-Bestimmung der verschiedenen Abgasbestandteile und arbeiten zudem auch hinreichend genau.

Die vorliegende Erfindung wird unter Bezugnahme auf die beiden nachfolgenden Zeichnungsfiguren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Vorrichtung zur Durchführung des ertindungsgemäßen Verfahrens in vereinfachter Darstellung; und
2 das Verfahren zur Überprüfung der in ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine eingebauten Abgasanlage gemäß Blockschaltbild.
Zur Überprüfung der in ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Brennkraftmaschine 2 eingebauten Abgasanlage 3 ist die in 1 gezeigte erfindungsgemäße Vorrichtung vorgesehen. Diese Vorrichtung weist im wesentlichen eine Rechnereinheit 4, eine mobile Messeinheit 5 und eine externe Schnittstelle 6 auf.
Die Rechnereinheit 4 ist als ein leistungsfähiger Computer ausgeführt, der die mobile Messeinheit 5 und die externe Schnittstelle 6 miteinander verbindet.
Die Messeinheit 5 weist ein Laserspektrometer auf, das zur Erfassung der Konzentration von wenigstens einem Abgasbestandteil stromab eines nicht dargestellten Katalysators in das Endrohr der Abgasanlage 3 des Kraftfahrzeugs 1 eingebracht wird. Je nach Ausführung ist die Messeinheit 5 dabei zur Bestimmung der Konzentration der verschiedenen Abgasbestandteile wie Stickoxide, Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid und/oder Kohlendioxid ausgebildet, wobei deren Bestimmung gleichzeitig oder nacheinander erfolgen kann.
Die Schnittstelle 6 wird an das Bussystem des Kraftfahrzeuges 1 angekoppelt und ermöglicht somit das Auslesen der im Steuergerät 7 des Kraftfahrzeuges 1 anfallenden Betriebsparameter P_B der Brennkraftmaschine 2 in Echtzeit. Als Betriebsparameter P_B werden dabei insbesondere, Drehzahl, Last, Einspritzmenge, Luftmenge, Motortemperatur und/oder berechnete Katalysatortemperatur ausgelesen, wobei diese Betriebsparameter P_B beispielsweise anhand einer Kennlinienschar eine Aussage über die Konzentration C der zu erwartenden Abgasbestandteile ermöglichen.
Die von der Messeinheit 5 und simultan von der Schnittstelle 6 gelieferten Daten werden gemäß dem nachstehend beschriebenen Verfahren von der Rechnereinheit 4 verarbeitet, um die Plausibilitätskontrolle durchzuführen. Basierend auf der Plausibilitätskontrolle gibt die Rechnereinheit 4 schließlich ein Prüfungsergebnis aus, welches die Abgasanlage 3 mit "in Ordnung" oder "nicht in Ordnung" charakterisiert.
Das in 2 gezeigte Verfahren zur Überprüfung der in dem Kraftfahrzeug 1 mit der Brennkraftmaschine 2 eingebauten Abgasanlage 3 arbeitet auf folgende Weise:
In einem ersten Schritt I wird die Konzentration C von wenigstens einem, der im Abgas verbleibenden Abgasbestandteile erfasst. Stellvertretend wird im vorliegenden Ausführungsbeispiel lediglich die Konzentration C_NOx der Stickoxide (NO_x) erfasst. Alternativ oder ergänzend wäre natürlich auch die Erfassung der Konzentration C_HC, C_CO und/oder C_CO2 denkbar.
Gleichzeitig mit der Erfassung der Konzentration C_NOx werden aus dem Steuergerät 7 des Kraftfahrzeuges 1 die Betriebsparameter P_B der Brennkraftmaschine 2 in Echtzeit ausgelesen.
Die Konzentration C_NOx der Stickoxide und die Betriebsparameter P_B der Brennkraftmaschine 2 werden dann in einem zweiten Schritt II einander zugeordnet, wobei die Zuordnung in Abhängigkeit von wenigstens einem der Betriebsparameter P_B der Brennkraftmaschine 2 stattfindet, um eine betriebsabhängige zeitliche Verzögerung ΔT zwischen der Gemischaufbereitung, der Gemischverbrennung und der Abgaskonvertierung zu berücksichtigen.
Der dritte Schritt III des Verfahrens sieht daraufhin vor, dass anhand der aus dem Steuergerät 7 ausgelesenen Betriebsparameter P_B der Brennkraftmaschine 2 die endseitig in der Abgasanlage 3 zu erwartende nicht konvertierte (Rest-)Konzentration C_NOx* an Stickoxiden bestimmt wird.
Anschließend wird in einem weiteren Schritt IV zwischen der erfassten Konzentration C_NOx an Stickoxiden und der aus den Betriebsparametern P_B be stimmten zu erwartenden Konzentration C_NOx* an Stickoxiden (NO_x) die Differenz ΔC gebildet.
Diese Differenz der Konzentrationen ΔC gibt an, wie gut die in dem Kraftfahrzeug eingebaute Abgasanlage 3 dem Sollzustand entspricht. Deshalb wird in Abhängigkeit von der Differenz ΔC im Schritt V eine Plausibilitätskontrolle durchgeführt. Sinnvollerweise wird dabei berücksichtigt, welcher oder welche der Abgasbestandteile NOx, HC, CO und/oder CO₂ von der Messeinheit 5 erfasst wurden, da den verschiedenen Abgasbestandteilen unterschiedliche Gewichtungen zukommen. Darüber hinaus wird natürlich auch berücksichtigt, welche zugeordneten Werte der Betriebsparameter P_B der Brennkraftmaschine 2 vorliegen, da eine für die Plausibilität noch zulässige Differenz der Konzentrationen ΔC bei einer hohen Drehzahl der Brennkraftmaschine 2 natürlich entsprechend höher sein darf als bei einer geringen Drehzahl der Brennkraftmaschine 2.
Im letzten Schritt VI des erfindungsgemäßen Verfahrens wird schließlich das Ergebnis der Plausibilitätskontrolle an der Rechnereinheit 4 ausgegeben. Bei einer negativen Bewertung der Abgasanlage 3 mit "nicht in Ordnung" erfolgen dann entweder Dichtigkeitsuntersuchungen, weitere Tests der einzelnen Module der Abgasanlage 3 oder wird ein Austausch der kompletten Abgasanlage 3 durchgeführt.

1: Kraftfahrzeug
2: Brennkraftmaschine
3: Abgasanlage
4: Rechnereinheit
5: Messeinheit
6: Schnittstelle
7: Steuergerät

Claims

Verfahren zur Überprüfung der in ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine eingebauten Abgasanlage, dadurch gekennzeichnet, dass in der Abgasanlage (3) des Kraftfahrzeuges (1) die Konzentration (C) von wenigstens einem Abgasbestandteil erfasst wird, aus dem Steuergerät (7) des Kraftfahrzeuges (1) die Betriebsparameter (P_B) der Brennkraftmaschine (2) in Echtzeit ausgelesen werden, und die Konzentration (C) des wenigstens einen Abgasbestandteils in Abhängigkeit von den Betriebsparametern (P_B) der Brennkraftmaschine (2) einer Plausibilitätskontrolle unterzogen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Abgasbestandteil Stickoxide (NO_x), Kohlenwasserstoff (HC), Kohlenmonoxid (CO) und/oder Kohlendioxid (CO₂) erfasst werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Konzentration (C) des wenigstens einen Abgasbestandteils mittels optischer Methoden erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassung der Konzentration (C) des wenigstens einen Abgasbestandteils beim Vorliegen bestimmter Größen der Betriebsparameter (P_B) der Brennkraftmaschine (2) erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsparameter (P_B) der Brennkraftmaschine Drehzahl, Last, Einspritzmenge, Luftmenge, Motortemperatur und/oder berechnete Katalysatortemperatur ausgelesen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Konzentration (C) des wenigstens einen Abgasbestandteils und die Betriebsparameter (P_B) der Brennkraftmaschine (2) einander mit einer bestimmten Zeitverzögerung (ΔT) zugeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Zeitverzögerung (ΔT) von den Betriebsparametern (P_B) der Brennkraftmaschine (2) abhängig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass den Betriebsparametern (P_B) der Brennkraftmaschine (2) Kennlinien zugeordnet sind, welche eine zu erwartende Konzentration (C) des wenigstens einen Abgasbestandteils angeben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Plausibilität noch zulässige Differenz (ΔC) zwischen der gemessenen Konzentration (C) des wenigstens einen Abgasbestand teils und der aus der Kennlinie entnommenen zu erwartenden Konzentration (C*) des wenigstens einen Abgasbestandteils von dem jeweiligen Abgasbestandteil abhängig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Plausibilität noch zulässige Differenz (ΔC) zwischen der gemessenen Konzentration (C) des wenigstens einen Abgasbestandteils und der aus der Kennlinie entnommenen zu erwartenden Konzentration (C*) des wenigstens einen Abgasbestandteils von wenigstens einem der Betriebsparameter (P_B) der Brennkraftmaschine (2) abhängig ist.
Vorrichtung zur Überprüfung der in ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine eingebauten Abgasanlage, gekennzeichnet durch eine Rechnereinheit (4), eine mobile Messeinheit (5) und eine externe Schnittstelle (6), wobei die Messeinheit (5) in die Abgasanlage (3) des Kraftfahrzeugs (1) einbringbar ist, so dass durch die Rechnereinheit (4) die Konzentration (C) des wenigstens einen Abgasbestandteils erfassbar ist, die Schnittstelle (6) mit dem Steuergerät (7) des Kraftfahrzeuges (1) in Verbindung bringbar ist, so dass durch die Rechnereinheit (4) die Betriebsparameter (P_B) der Brennkraftmaschine (2) in Echtzeit auslesbar sind, und die Rechnereinheit (4) die erfasste Konzentration (C) des wenigstens einen Abgasbestandteils den ausgelesenen Betriebsparametern (P_B) der Brennkraftmaschine (2) zuordnet, so dass eine Plausibilitätskontrolle durchführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (5) ein optisches System aufweist.