DE102005039393B4

DE102005039393B4 - Verfahren zur Überprüfung der Funktionalität des Aufheizens eines in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine angeordneten Katalysators

Info

Publication number: DE102005039393B4
Application number: DE102005039393.4A
Authority: DE
Inventors: Dr. Krämer Gerd; Stefan Uhl; Wolf Kiefer; Gerhard Schulz
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-08-20
Filing date: 2005-08-20
Publication date: 2015-01-08
Anticipated expiration: 2025-08-21
Also published as: US7997066B2; WO2007022894A1; US20080134668A1; DE102005039393A1

Abstract

Verfahren zur Überprüfung der Funktionalität des Aufheizens eines in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine angeordneten Katalysators, wobei ein aktueller Zündwinkel über eine bestimmte Zeit erfasst und in ein für eine Katalysatoraufheizung genutztes Momentenmodell überführt wird, mittels dem ein Erfüllungsgrad von durchgeführten Katalysator-Heizmaßnahmen erhalten wird, über welchen mittels eines Grenzwert-Vergleichs ein Fehlersignal erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überführung des aktuellen Zündwinkels in das Momentenmodell aus einem aktuellen Zündwinkel eine IST-Momentenreserve bestimmt wird, indem eine angesaugte Luftmasse und ein Zündwinkelwirkungsgrad verrechnet werden, wobei der Zündwinkelwirkungsgrad erhalten wird, indem der aktuelle Zündwinkel mit einem für den aktuellen Betriebspunkt optimalen Zündwinkel verglichen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionalität des Aufheizens eines in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine angeordneten Katalysators.
Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der DE 195 36 038 A1 bekannt. Zum weiteren technischen Hintergrund wird auf folgende Gesetzesvorschrift hingewiesen: Kapitel „Cold Start Emission Reduction Strategy Monitoring” aus „Technical Status and Revisions to Malfunctions and Diagnosic System Requirements ... (OBDII)”, 2002, Air Resources Board of California (S. 23–25).
Für die Abgasnachbehandlung gibt es Funktionen zur Katalysatorbeheizung in der Motorsteuerung, insbesondere zum schnellen Anspringen des Katalysators oder zum schnellen Erreichen der Light-Off-Temperatur. Eine dieser Funktionen ist die Veränderung des Zündwinkels in Richtung spät und damit die Verschiebung der Verbrennungstemperatur in den Abgastrakt. Damit einher geht auch die Absenkung der Rohemission. Eine weitere Nebenbedingung ist, dass durch die Verschiebung der Wirkungsgrad sinkt, weswegen eine Lasterhöhung erfolgen muss. Diese Lasterhöhung ist eine Erhöhung des Massendurchsatzes, der zum Katalysator kommt. Eine solche Kombination der Zündwinkelspätverstellung und der Erhöhung des Massendurchsatzes bewirkt eine Temperaturerhöhung und eine Abgasnachbehandlung. Die Zündwinkelverschiebung wird bei einer modernen Motorsteuerung (die momentengeführt ist) anhand eines Momentenmodells durchgeführt, wie es zum Beispiel in der DE 101 49 477 A1 beschrieben ist.
Es sind verschiedene Verfahren bekannt, solche Katalysator-Heizmaßnahmen zu überwachen und zu steuern. Zusätzlich fordert die kalifornische Behörde für Luftqualität (California Air Ressources Board – CARB) im Rahmen des Themas ”Cold Start Monitoring” die Diagnose des Zündwinkeleingriffes, welcher für die Aufheizung des Katalysators mit verantwortlich ist. Ohne diese Funktion wird eine Zulassung erheblich erschwert. Bisher erfolgt keine Überwachung des eigentlichen Zündwinkeleingriffes zur schnellen Aufheizung des Katalysators. Überwacht werden zur Zeit lediglich die mittelbaren Größen, die zur Einstellung des Zündwinkels im Modus Katalysator-Heizen führen, wie die Drosselklappe, die Leerlaufdrehzahl, der Luftmassenmesser und das Zündsystem.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionalität des Aufheizens eines in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine angeordneten Katalysators anzugeben, das auf der Überwachung des Zündwinkeleingriffes basiert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionalität des Aufheizens eines in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine angeordneten Katalysators, bei dem ein aktueller Zündwinkel über eine bestimmte Zeit erfasst und in ein für eine Katalysatoraufheizung genutztes Momentenmodell überführt wird, mittels dem ein Erfüllungsgrad von durchgeführten Katalysator-Heizmaßnahmen erhalten wird, über welchen mittels eines Grenzwert-Vergleichs ein Fehlersignal erzeugt wird.
Ein derartiges Verfahren verbindet die Behördenforderung der Zündwinkelüberwachung mit dem für die Katalysatoraufheizung genutzten Momentenmodell. Die Funktion ist damit fehlerresistenter, als eine reine Zündwinkelüberwachung. Da es sich um ein reines Diagnoseverfahren handelt, ist keine Änderung im Fahrverhalten zu erwarten und damit keine Neuapplikation/Überprüfung nötig, wie bei einer Zündwinkeldeckelung.
Die Unteransprüche beinhalten vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen des Gegenstands des Anspruchs 1.
Vorteilhafterweise wird zur Überführung des aktuellen Zündwinkels in das Momentenmodell aus einem aktuellen Zündwinkel die IST-Momentenreserve bestimmt, indem eine angesaugte Luftmasse und ein Zündwinkelwirkungsgrad verrechnet werden, wobei der Zündwinkelwirkungsgrad erhalten wird, indem der aktuelle Zündwinkel mit einem für den aktuellen Betriebspunkt optimalen Zündwinkel verglichen wird. Hierbei ergibt sich ein Referenzmoment aus der angesaugten Luftmasse.
Vorzugsweise wird der Erfüllungsgrad von durchgeführten Katalysator-Heizmaßnahmen erhalten, indem eine aus einem aktuellen Zündwinkel bestimmte IST-Momentenreserve mit einer dazu korrespondierenden für die Katalysator-Heizmaßnahmen angeforderten SOLL-Momentenreserve verglichen wird.
In diesem Fall wird der Erfüllungsgrad von durchgeführten Katalysator-Heizmaßnahmen weiter vorzugsweise erhalten, indem Differenzen von über die bestimmte Zeit aus einem aktuellen Zündwinkel bestimmten IST-Momentenreserven mit dazu korrespondierenden SOLL-Momentenreserven aufsummiert werden und die aufsummierten Differenzen mit den entsprechend aufsummierten SOLL-Momentenreserven verglichen werden. Die Summation der Differenzen von über die bestimmte Zeit aus einem aktuellen Zündwinkel bestimmten IST-Momentenreserven mit dazu korrespondierenden SOLL-Momentenreserven und die Summation der SOLL-Momentenreserven erfolgen vorzugsweise jeweils über eine Integration.
Weiter vorzugsweise erfolgt der Vergleich der aufsummierten Differenzen mit den entsprechend aufsummierten SOLL-Momentenreserven über eine Quotientenbildung. In diesem Fall kann besonders leicht eine prozentuale Abweichung der IST-Momentenreserven von den für die Katalysator-Heizmaßnahmen angeforderten SOLL-Momentenreserven erfasst werden.
Erfindungsgemäß wird vorzugsweise durch das Fehlersignal ein Fehler angezeigt, wenn der Erfüllungsgrad von durchgeführten Katalysator-Heizmaßnahmen unterhalb eines vorbestimmten Grenzwerts liegt. Das erzeugte Fehlersignal kann z. B. einen Eintrag des Fehlers ”Katalysatoraufheizung fehlerhaft” in einen Fehlerspeicher des Fahrzeugs bewirken.
Nach der Erfindung wird vorzugsweise die bestimmte Zeit über eine vorbestimmte Summe von aufsummierten für die Katalysator-Heizmaßnahmen angeforderten SOLL-Momentenreserven definiert. Hierdurch wird berücksichtigt, dass die Detektion eines Fehlers nach einer minimalen Zeitspanne zuverlässiger ist, weswegen ein Fehler erst ausgegeben wird, wenn eine gewisse aufsummierte SOLL-Kat-Heiz-Momentenreserve, d. h. eine gesamte SOLL-Momentenreserve, erreicht ist.
Vorteilhafterweise erfolgt erfindungsgemäß eine Entprellung eines durch das Fehlersignal angezeigten Fehlers in einer Fehlerspeicherverwaltung. Auf diese Weise kann der Fehler in besonders einfacher Weise digital entprellt werden, ohne dass das eigentlich überwachte Signal des Zündwinkeleingriffs entprellt werden muss.
Vorzugsweise wird die erfindungsgemäße Überprüfung der Funktionalität des Aufheizens eines in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine angeordneten Katalysators durchgeführt, wenn die Brennkraftmaschine in einem Leerlauf-Zustand ist. Damit ansonsten keine solche Funktionalitätsprüfung stattfindet, werden innerhalb der Diagnoseeinheit an die Integratoren zur Aufsummierung der Differenzen von über die bestimmte Zeit aus einem aktuellen Zündwinkel bestimmten IST-Momentenreserven mit dazu korrespondierenden SOLL-Momentenreserven und den SOLL-Momentenreserven vorzugsweise Nullwerte angelegt.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild für die Erzeugung eines Fehlersignals nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung, und
2 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ausgabe eines Fehlersignals gemäß der in 1 gezeigten bevorzugten Ausführungsform.
Die in 1 gezeigte Diagnoseeinheit umfasst einen ersten Eingang 8 für die aktuelle IST-Momentenreserve, einen zweiten Eingang 9 für die aktuelle SOLL-Momentenreserve und einen Ausgang 10 für das erzeugte Fehlersignal. Das von dem ersten Eingang 8 kommende Signal der aktuellen IST-Momentenreserve wird an einen Subtrahierer 1 geführt, in welchem das ebenfalls an diesen geführte von dem zweiten Eingang 9 kommende Signal der aktuellen SOLL-Momentenreserve, die für das Heizen des Katalysators angefordert ist, von der aktuellen IST-Momentenreserve subtrahiert wird. Die angelegte IST-Momentenreserve wird mittels einer dem Eingang 8 vorgeschalteten Recheneinheit 11, die ebenfalls der Diagnoseeinheit angehört, aus dem aktuellen IST-Zündwinkel und der angesaugten Luftmasse bestimmt.
Die von dem Subtrahierer 1 ausgegebene Differenz der Momentenreserve, die aufgrund von Momenten- bzw. Zündwinkeleingriffen bestimmt ist, wird an einen ersten Integrator 2 geführt, der während der Zeit der Auswertung eine Gesamtdifferenz zwischen der geforderten SOLL-Momentenreserve und der IST-Momentenreserve bildet, die einer Zündwinkeldifferenz entspricht. Die aktuelle SOLL-Momentenreserve wird von dem zweiten Eingang 2 auch zu einem zweiten Integrator 3 geführt, welcher während der Zeit der Auswertung die gesamte SOLL-Momentenreserve bildet, die für das Heizen des Katalysators gefordert ist. Die Ausgangswerte des ersten Integrators und des zweiten Integrators 3 werden an einen Dividierer 4 geführt, der den Quotienten dieser Werte bildet, um die prozentuale Abweichung der gesamten IST-Momentenreserve zu der gesamten SOLL-Momentenreserve, d. h., einen Erfüllungsgrad der durchgeführten Katalysator-Heizmaßnahmen, zu bestimmen. Der von dem Dividierer 4 ausgegebene Erfüllungsgrad wird an einen ersten Vergleicher 5 geführt, von dem er mit einem ebenfalls daran angelegten ersten Grenzwert, der einen Emissionsgrenzwert reflektiert, verglichen wird. Liegt der Erfüllungsgrad oberhalb des ersten Grenzwerts, so wird der erweitere Emissionsgrenzwert erreicht und das System wird als in Ordnung erkannt. Liegt der Erfüllungsgrad unterhalb des ersten Grenzwertes, so wird der Emissionsgrenzwert überschritten, wodurch von dem ersten Vergleicher 5 ein Fehlersignal ausgegeben wird, das an ein UND-Element 7 angelegt wird. Das UND-Element 7 empfängt ebenfalls ein von einem zweiten Vergleicher 6 ausgegebenes Signal, das anzeigt, ob eine gewisse aufsummierte SOLL-Kat-Heiz-Momentenreserve erreicht ist. Ist dies der Fall, so wird durch das UND-Element 7 das von dem ersten Vergleicher 5 ausgegebene Fehlersignal ausgegeben, was nicht geschieht, wenn der zweite Vergleicher 6 anzeigt, dass die gewisse aufsummierte SOLL-Kat-Heiz-Momentenreserve noch nicht erreicht ist.
Die Bestimmung des zweiten Vergleichers 6, ob die gewisse aufsummierte SOLL-Kat-Heiz-Momentenreserve erreicht ist, erfolgt über einen Vergleich des von dem zweiten Integrator 3 ausgegebenen Werts der gesamten SOLL-Momentenreserve, die für das Heizen des Katalysators gefordert wurde, mit einem zweiten Grenzwert.
2 zeigt ein Flussdiagramm des in der in 1 gezeigten Diagnoseeinrichtung gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ausgeführten Verfahrens. Nach dem Start wird in einem ersten Schritt S1 der Zündwinkelwirkungsgrad aus dem aktuellen Zündwinkel und dem für den aktuellen Betriebspunkt optimalen Zündwinkel berechnet. Danach wird in einem folgenden Schritt S2 die aktuelle IST-Momentenreserve aus dem berechneten Zündwinkelwirkungsgrad und der angesaugten Luftmasse bestimmt. Darauf folgend wird in einem dritten Schritt S3 eine Integration der Differenzen von IST-Momentenreserve und der angeforderten SOLL-Momentenreserve sowie die Integration der angeforderten SOLL-Momentenreserve. In einem folgenden vierten Schritt S4 wird der Erfüllungsgrad der durchgeführten Katalysator-Heizmaßnahmen aus dem Quotienten der integrierten Differenzen zu den integrierten angeforderten SOLL-Momentenreserven, d. h. die gesamte SOLL-Momentenreserve, bestimmt.
In einem folgenden Schritt S5 wird bestimmt, ob das Integral der angeforderten SOLL-Momentenreserven, d. h. die gesamte SOLL-Momentenreserve, größer ist, als der zweite Grenzwert. Ist dies nicht der Fall, so kehrt der Ablauf in den Schritt S1 zurück, wodurch weitere Werte der dann aktuellen IST-Momentenreserve und der dann aktuellen SOLL-Momentenreserve bestimmt bzw. erfasst und integriert werden. Wird im fünften Schritt S5 jedoch bestimmt, dass das Integral der angeforderten SOLL-Momentenreserven größer ist, als der zweite Grenzwert, so wird in einem folgenden sechsten Schritt S6 geprüft, ob der im vierten Schritt S4 bestimmte Erfüllungsgrad größer ist, als der erste Grenzwert. Ist dies der Fall, so wird das Verfahren in einem folgenden siebten Schritt S7 damit beendet, dass kein. Fehler vorliegt. Wird im sechsten Schritt S6 jedoch bestimmt, dass der im vierten Schritt S4 bestimmte Erfüllungsgrad nicht größer ist, als der erste Grenzwert, so erfolgt in einem achten Schritt S8 eine Fehlerentprellung in einer Fehlerspeicherverwaltung, wonach das Verfahren in einem folgenden neuen Schritt S9 mit einem Fehlerspeichereintrag beendet wird.
Nach der Erfindung wird demzufolge die IST-Momentenreserve aus dem Vergleich des aktuellen Zündwinkels mit dem für den aktuellen Betriebspunkt optimalen Zündwinkel berechnet. Aus dem sich so ergebenden Zündwinkelwirkungsgrad kann mit der angesaugten Luftmasse, woraus sich das Referenzmoment ergibt, die aktuelle IST-Momentenreserve bestimmt werden. Diese IST-Momentenreserve wird mit der SOLL-Momentenreserve verglichen und die Differenzen werden aufsummiert. Ein Vergleich dieser Differenzmomentenreserve und der gesamten SOLL-Momentenreserve ergibt den Erfüllungsgrad der durchgeführten Katalysator-Heizmaßnahmen. Liegt der Erfüllungsgrad oberhalb des ersten Grenzwerts, so wird der erweiterte Emissionsgrenzwert erreicht und das System wird als in Ordnung erkannt.
Liegt der Erfüllungsgrad unterhalb des ersten Grenzwerts, so wird der Emissionsgrenzwert überschritten und ein Fehler eingetragen; das System wird als nicht wirkungsvoll erkannt. Die Funktion detektiert einen Fehler nach einer minimalen Zeit zuverlässiger, weswegen der Fehler erst dann ausgegeben wird, wenn eine gewisse aufsummierte SOLL-Kat-Heiz-Momentenreserve, d. h. eine gewisse gesamte SOLL-Momentenreserve, erreicht ist. Anschließend erfolgt noch eine Entprellung des Fehlers in der Fehlerspeicherverwaltung.
Bezugszeichenliste

1: Subtrahierer
2: Integrator
3: Integrator
4: Dividierer
5: Vergleicher
6: Vergleicher
7: UND-Element
8: Erster Eingang
9: Zweiter Eingang
10: Ausgang
11: Recheneinheit

Claims

Verfahren zur Überprüfung der Funktionalität des Aufheizens eines in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine angeordneten Katalysators, wobei ein aktueller Zündwinkel über eine bestimmte Zeit erfasst und in ein für eine Katalysatoraufheizung genutztes Momentenmodell überführt wird, mittels dem ein Erfüllungsgrad von durchgeführten Katalysator-Heizmaßnahmen erhalten wird, über welchen mittels eines Grenzwert-Vergleichs ein Fehlersignal erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass zur Überführung des aktuellen Zündwinkels in das Momentenmodell aus einem aktuellen Zündwinkel eine IST-Momentenreserve bestimmt wird, indem eine angesaugte Luftmasse und ein Zündwinkelwirkungsgrad verrechnet werden, wobei der Zündwinkelwirkungsgrad erhalten wird, indem der aktuelle Zündwinkel mit einem für den aktuellen Betriebspunkt optimalen Zündwinkel verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfüllungsgrad von durchgeführten Katalysator-Heizmaßnahmen erhalten wird, indem eine aus einem aktuellen Zündwinkel bestimmte IST-Momentenreserve mit einer dazu korrespondierenden für die Katalysator-Heizmaßnahmen angeforderten SOLL-Momentenreserve verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Erfüllungsgrad von durchgeführten Katalysator-Heizmaßnahmen erhalten wird, indem Differenzen von über die bestimmte Zeit aus einem aktuellen Zündwinkel bestimmten IST-Momentenreserven mit dazu korrespondierenden SOLL-Momentenreserven aufsummiert werden und die aufsummierten Differenzen mit den entsprechend aufsummierten SOLL-Momentenreserven verglichen werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich der aufsummierten Differenzen mit den entsprechend aufsummierten SOLL-Momentenreserven über eine Quotientenbildung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Fehlersignal ein Fehler angezeigt wird, wenn der Erfüllungsgrad von durchgeführten Katalysator-Heizmaßnahmen unterhalb eines vorbestimmten Grenzwerts liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Zeit über eine vorbestimmte Summe von aufsummierten für die Katalysator-Heizmaßnahmen angeforderten SOLL-Momentenreserven definiert ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Entprellung eines durch das Fehlersignal angezeigten Fehlers in einer Fehlerspeicherverwaltung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überprüfung der Funktionalität des Aufheizens des in der Abgasanlage der Brennkraftmaschine angeordneten Katalysators während eines Leerlaufzustands der Brennkraftmaschine erfolgt.