DE102004053428B4

DE102004053428B4 - Vorrichtung zur Überprüfung der in ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine eingebauten Abgasanlage

Info

Publication number: DE102004053428B4
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: 2007-03-22
Anticipated expiration: 2024-11-06
Also published as: DE102004053428A1

Abstract

Vorrichtung zur Überprüfung der in ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine eingebauten Abgasanlage, mit einer Rechnereinheit (4), einer Messeinheit (5) und einer Schnittstelle (6),
dadurch gekennzeichnet, dass
die Messeinheit (5) mobil und in die Abgasanlage (3) des Kraftfahrzeugs (1) einbringbar ist, so dass durch die Rechnereinheit (4) die Konzentration (C) wenigstens eines Abgasbestandteils erfassbar ist,
die Schnittstelle (6) extern und 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) so arbeitet, dass die erfasste Konzentration (C) des wenigstens einen Abgasbestandteils den ausgelesenen Betriebsparametern (P_B) der Brennkraftmaschine (2) mit einer vorbestimmten Zeitverzögerung (ΔT) zuordenbar ist, so dass basierend auf dieser Zuordnung eine Plausibilitätskontrolle durchführbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft 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 008 647 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. Prüfzyklen ausgesetzt wird und dass zahlreiche Einzeldiagnosen durchgeführt werden.

In der Druckschrift DE 101 60 704 A1 ist ein Verfahren zum Betrieb von Abgasreinigungsvorrichtungen beschrieben, welches auch eine On-Board-Diagnose vorsieht. Dazu werden mittels einer dauerhaft in der Abgasanlage verbauten – stets auch toleranzbehafteten – Sonde stromab der Katalysatoreinrichtung die Emissionswerte verschiedener Abgaskomponenten gemessen und mit vorgegebenen Sollwerten verglichen, wobei die Sollwerte von der Katalysatortemperatur abhängig sind. Aus dem erhaltenen Vergleichswert können Rückschlüsse auf die Konvertierungsfähigkeit bzw. eine eventuelle Schädigung des Katalysators gezogen werden.

Schließlich ist aus der Druckschrift DE 199 10 336 A1 ein Verfahren zur Überprüfung der Funktion von Katalysatoren in Brennkraftmaschinen bekannt. Dieses Verfahren sieht vor, dass anhand erfasster Betriebsparameter der Brennkraftmaschine gleichartige Betriebszustände ermittelt werden und dass aus einer definierten Anzahl von Abgaswerten, die während gleichartiger Betriebszustände gemessen wurden, ein Abgasmittelwert berechnet wird. Dieser Abgasmittelwert wird mit einem gespeicherten zulässigen Abgaswert verglichen, so dass bei einer unzulässigen Abweichung des Abgasmittelwertes ein defekter Katalysator erkannt wird.

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 eine Vorrichtung zur Überprüfung der in einem Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine eingebauten Abgasanlage zu konzipieren, welche die oben genannten Nachteile überwindet und insbesondere bei der Fertigung von Kraftfahr zeugen vorteilhaft zum Einsatz kommen kann, um die Qualität der gefertigten Kraftfahrzeuge sicherzustellen.

Die Aufgabe wird 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 bringbar ist, so dass durch die Rechnereinheit die Betriebsparameter der Brennkraftmaschine in Echtzeit auslesbar sind und wobei die Rechnereinheit so arbeitet, dass die erfasste Konzentration des wenigstens einen Abgasbestandteils den ausgelesenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine mit einer vorbestimmten Zeitverzögerung zuordenbar ist, so dass basierend auf dieser Zuordnung eine Plausibilitätskontrolle durchführbar ist. 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.

Vorteilhaft wird die Zeitverzögerung zwischen der erfassten Konzentration des wenigstens einen Abgasbestsandteils und den ausgelesenen Betriebsparametern der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von den Betriebsparametern, nämlich Drehzahl, Last, Einspritzmenge, Luftmenge, Motortemperatur und/oder berechneter Katalysatortemperatur ermittelt. 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 erheblich länger als bei einer hohen Drehzahl der Brennkraftmaschine. Wird dies jedoch entsprechend berücksichtigt, so lässt sich die bei der Verbrennung zu erwartende Konzentration der verschiedenen Abgasbestandteile hinreichend genau angeben.

Zweckmäßig bildet die Rechnereinheit die für die Plausibilität noch zulässige Differenz zwischen der erfassten Konzentration des wenigstens einen Abgasbestandteils und einer aufgrund der Betriebsparameter der Brennkraftmaschine zu erwartenden Konzentration des wenigstens einen Abgasbestandteils.

Gemäß einer ersten Weiterbildung wird die für die Plausibilität noch zulässige Differenz in Abhängigkeit von dem jeweiligen Abgasbestandteil, nämlich Stickoxide, Kohlenwasserstoff, Kohlenmonoxid und/oder Kohlendioxid ermittelt. Denn die Konvertierungsrate des Katalysators ist für die verschiedenen Abgasbestandteile sehr unterschiedlich, so dass auch eine individuelle Gewichtung der erhaltenen Differenzen erfolgen muss.

Gemäß einer anderen Weiterbildung wird die für die Plausibilität noch zulässige Differenz in Abhängigkeit von den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ermittelt. Denn die Konvertierungsdynamik des Katalysators wird durch die verschiedenen Betriebsparameter individuell beeinflusst, so dass deshalb auch eine entsprechende Bewertung der Differenzen erfolgen sollte.

Ebenfalls zweckmäßig sind innerhalb der Rechnereinheit Kennlinien abgelegt, welche den Betriebsparametern der Brennkraftmaschine eine zu erwartende Konzentration des wenigstens einen Abgasbestandteils zuordnen. Für die bei der Fertigung in großen Stückzahlen zu überprüfenden Kraftfahrzeuge bzw. Brennkraftmaschinen und Abgasanlagen werden diese Kennlinien zuvor ermittelt und zusammengestellt.

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 die erfindungsgemäße Vorrichtung in vereinfachter Darstellung; und
2 ein Blockschaltbild eines Verfahrens zur Überprüfung der in ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine eingebauten Abgasanlage unter Verwendung der Vorrichtung aus 1.
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 unabhängiger 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 Gemischaufberei tung, 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 bestimmten 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

Vorrichtung zur Überprüfung der in ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine eingebauten Abgasanlage, mit einer Rechnereinheit (4), einer Messeinheit (5) und einer Schnittstelle (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (5) mobil und in die Abgasanlage (3) des Kraftfahrzeugs (1) einbringbar ist, so dass durch die Rechnereinheit (4) die Konzentration (C) wenigstens eines Abgasbestandteils erfassbar ist, die Schnittstelle (6) extern und 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) so arbeitet, dass die erfasste Konzentration (C) des wenigstens einen Abgasbestandteils den ausgelesenen Betriebsparametern (P_B) der Brennkraftmaschine (2) mit einer vorbestimmten Zeitverzögerung (ΔT) zuordenbar ist, so dass basierend auf dieser Zuordnung eine Plausibilitätskontrolle durchführbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitverzögerung (ΔT) zwischen der erfassten Konzentration (C) des wenigstens einen Abgasbestandteils und den ausgelesenen Betriebspa rametern (P_B) der Brennkraftmaschine (2) in Abhängigkeit von den Betriebsparametern (P_B) ermittelt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter (P_B) die Drehzahl, die Last, die Einspritzmenge, die Luftmenge, die Motortemperatur und/oder die Katalysatortemperatur sein können.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechnereinheit (4) die für die Plausibilität noch zulässige Differenz (ΔC) zwischen der erfassten Konzentration (C) des wenigstens einen Abgasbestandteils und einer aufgrund der Betriebsparameter (P_B) der Brennkraftmaschine (2) zu erwartenden Konzentration (C*) des wenigstens einen Abgasbestandteils bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Plausibilität noch zulässige Differenz (ΔC) in Abhängigkeit von dem jeweiligen Abgasbestandteil ermittelt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass als Abgasbestandteile Stickoxide (NO_x), Kohlenwasserstoff (HC), Kohlenmonoxid (CO) und/oder Kohlendioxid (CO₂) erfasst werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die für die Plausibilität noch zulässige Differenz (ΔC) in Abhängigkeit von den Betriebsparametern (P_B) der Brennkraftmaschine (2) ermittelt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Rechnereinheit Kennlinien abgelegt sind, welche den Betriebsparametern (P_B) der Brennkraftmaschine (2) eine zu erwartende Konzentration (C) des wenigstens einen Abgasbestandteils zuordnen.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Messeinheit (5) ein optisches System zur Erfassung der Konzentration (C) des wenigstens einen Abgasbestandteils aufweist.