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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer Abgasreinigungskomponente eines Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer On-Board-Diagnosevorrichtung.
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Verfahren zur Diagnose einer Abgasreinigungskomponente eines Kraftfahrzeuges sind bekannt. Diese können dazu dienen, während des Fahrbetriebs des Kraftfahrzeuges die Funktion der Abgasreinigungskomponente zu überwachen.
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Im Dokument
DE 103 12 440 A1 ist ein Abgasreinigungsverfahren für eine Magerbrennkraftmaschine mit modellbasierten Regenerationsbetriebsphasen eines NOx-Speicherkatalysators beschrieben. Eine alterungsbedingte Veränderung der Einspeicherungsfähigkeit des NOx-Speicherkatalysators wird auf der Grundlage einer Differenzmessung zwischen NOx-Messwerten und NOx-Modellwerten berücksichtigt.
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Im Dokument
WO 2006/055992 A2 wird ein Verfahren zum Ermitteln der Partikelemissionen im Abgasstrom einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die tatsächliche Partikelemission wird gemessen und mit einer aus einem kennfeldbasierten Emissionsmodell ermittelten idealen Partikelemission verglichen. Ein die Differenz zwischen der tatsächlichen und der idealen Partikelemission beschreibender Korrekturfaktor wird im Emissionsmodell berücksichtigt. Des Weiteren werden eine theoretische Partikelmasse und eine Stickoxidmasse basiert auf einem Emissionsmodell bestimmt. Im Modell wird sodann eine negative Partikelmasse aufgrund der Oxidation der Rußpartikel durch Stickoxide bestimmt. Die Differenz aus der theoretischen und der negativen Partikelmasse wird akkumuliert.
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Das Dokument
US 6 192 324 B1 betrifft die On-Board-Diagnose von Emissionen aus einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine mit katalytischer Abgasnachbehandlung. Die Emission von Kohlenwasserstoffen (HC) wird während eines Zeitintervalls nach einem Kaltstart überwacht: Ein kumulierter Endrohremissionswert wird für das Zeitintervall die Menge an Kohlenwasserstoffen gesammelt und gemessen. Ausgehend von der Messung wird ein in einem Standardtestverfahren erwarteter Wert ermittelt, der unterhalb eines Standardnormwertes liegen muss, wobei Kenndaten des Verbrennungsmotors berücksichtigt werden.
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Im Dokument
EP 1 538 426 A1 wird ein Verfahren zur Bestimmung der Abgasemissionen von Kraftfahrzeugen auf einem Rollenprüfstand beschrieben. Die aktuelle Emission wird über eine vorgegebene Sollfahrkurve ermittelt. Mit den erhaltenen Daten wird ein neuronales Netz trainiert, das auf Basis von Eingangsgrößen eine Ausgangsgröße simuliert, wenn eine normierte Fahrkurve vorgegeben wird. Auf diese Weise kann eine simulierte Ausgangsgröße erhalten werden, als ob ein reales Fahrzeug der Fahrkurve exakt gefolgt wäre.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Diagnose einer Abgasreinigungskomponente eines Kraftfahrzeuges bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Die Aufgabe ist demnach mit einem Verfahren zur Diagnose einer Abgasreinigungskomponente eines Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor mit folgenden Schritten gelöst: Messen eines ersten kumulierten Endrohremissionswertes für ein Zeitintervall t, Betriebsintervall oder Streckenintervall in einer beliebigen Betriebsweise des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeuges, Ermitteln eines Erwartungswertes einer Endrohremissions bei angenommenem Betrieb des Verbrennungsmotors in einem standardisierten Testverfahren durch Verrechnen des gemessenen ersten kumulierten Endrohremissionswertes mit Kenndaten des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeuges, wobei die Kenndaten eine normierte, streckenbezogene und/oder kumulierte Rohemission des standardisierten Testverfahrens aufweisen.
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Die Endrohremission kann also vorteilhaft lediglich aus Kenndaten, die beispielsweise in einem entsprechenden Steuergerät des Kraftfahrzeuges abgelegt sein können, und dem Messwert ermittelt werden. Vorteilhaft kann der Erwartungswert der Endrohremission einen Prognosewert für eine in einem tatsächlich durchgeführten standardisierten Testverfahren zu erwartende Endrohremission liefern. Bei der Endrohremission kann es sich um eine nach der Abgasreinigungskomponente auftretende Emission kennzeichnende Größe handeln. Diese Größe kann abhängig von der weiteren Verwendung, zum Beispiel zu Zwecken einer On-Board-Diagnose, absolut, abgeleitet und/oder normiert vorliegen, beispielsweise streckenbezogen sein. Bei den Emissionen kann es sich beispielsweise um den Ausstoß von Rußpartikeln nach einem Dieselpartikelfilter handeln. Es ist jedoch auch denkbar, das vorliegende Verfahren für andere Abgasreinigungskomponenten und/oder Emissionen, beispielsweise HC, CO, NOX, etc. nach einer Abgasbehandlung durch einen Katalysator anzuwenden. Außerdem kann die Abgasreinigungskomponente mehrere, beispielsweise in Reihe und/oder parallel geschaltete Einzelvorrichtungen zur Abgasreinigung aufweisen.
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Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Kenndaten ein Motordrehmoment-Einspritzmengen-Drehzahl-Kennfeld des Verbrennungsmotors und/oder ein Rohemissionskennfeld des Verbrennungsmotors aufweisen. Bei dem standardisierten Testverfahren kann es sich beispielsweise um einen genormten Fahrzyklus zur Ermittlung von Verbrauchs- und/oder Emissionswerten handeln, beispielsweise bekannt unter den Bezeichnungen „NEFZ” (Neuer Europäischer Fahrzyklus), „US75”, ”Unified” oder „US06”. Es ist denkbar, Rohemissionen für mehrere Testverfahren abzulegen. Die Rohemission kann als kumulierter Rohemissionswert, beispielsweise einen Teil oder den gesamten Zyklus des Testverfahrens entsprechend, oder als streckenbezogene normierte Größe, zum Beispiel in g/km, abgelegt sein.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens zeichnet sich durch folgenden Schritt aus: Berechnen einer ersten Kennzahl als Quotient des ersten kumulierten Endrohremissionswertes durch einen ersten kumulierten Energieaufwand. Bei dem Energieaufwand kann es sich um die zum Vortrieb des Kraftfahrzeuges aufgewendete Energie handeln. Mithin ergibt sich eine auf den Energieaufwand normierte Kennzahl. Da es sich um einen Quotient kumulierter Werte handelt, ist die Kennzahl weitestgehend unabhängig von einem tatsächlichen momentanen Betriebszustand des Verbrennungsmotors und von der Dauer der Kumulierung.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist durch folgenden Schritt gekennzeichnet: Berechnen des ersten kumulierten Energieaufwandes aus dem Motordrehmoment-Einspritzmengen-Drehzahl-Kennfeld des Verbrennungsmotors. Der kumulierte Energieaufwand kann also ohne weiteres mittels eines dem Verbrennungsmotor zugeordneten Steuergerätes, in dem auch das Kennfeld abgelegt ist, berechnet werden. Die Berechnung kann beispielsweise gemäß der Formel E = P × t erfolgen, wobei die vom Verbrennungsmotor geleistete Energie zeitlich diskret über das Fahrprofil kumuliert beziehungsweise integriert werden kann. Dabei ist P = die effektive Leistung des Verbrennungsmotors und t = die Zeit. Zur Bestimmung der effektiven Motorleistung kann die Formel P = 2π × n × M herangezogen werden, mit n = aktuelle mittlere Motordrehzahl und M = aktuelles mittleres Motordrehmoment (jeweils als Funktion der Zeit t). Vorteilhaft kann das mittlere Motordrehmoment M aus dem Motordrehmoment-Einspritzmengen-Drehzahl-Kennfeld, das in dem Steuergerät abgelegt sein kann, ermittelt werden.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist durch folgenden Schritt gekennzeichnet: Berechnen einer zweiten Kennzahl als Quotient eines kumulierten Rohabgasemissionswertes durch einen zweiten kumulierten Energieaufwand. Bei dem Rohabgasemissionswert kann es sich um einen Emissionswert handeln, wie er vor der Abgasreinigungskomponente, also vor. der Abgasreinigung anzutreffen ist Vorteilhaft kann die Zeitspanne während der Kumulation des Rohabgasemissionswertes und des ersten kumulierten Endrohremissionswertes gleich gewählt werden, so dass der zweite kumulierte Energieaufwand dem ersten kumulierten Energieaufwand entspricht. Mithin ist es möglich, die erste Kennzahl und die zweite Kennzahl über denselben Zeitraum und/oder kumulierten Energieaufwand zu normieren. Vorteilhaft ist dies jedoch nicht zwangsläufig notwendig, da die erste sowie zweite Kennzahl durch die Normierung auf den kumulierten Energieaufwand unabhängig von dem eigentlichen Betriebszustand des Verbrennungsmotors sind. Dennoch kann es vorteilhaft sein, beispielsweise um Seiteneffekte bei der Normierung auszuschließen, die erste und zweite Kennzahl für ein gemeinsames Intervall, beispielsweise Zeitintervall t zu ermitteln.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist durch folgenden Schritt gekennzeichnet: Berechnen des kumulierten Rohabgasemissionswertes aus dem Rohemissionskennfeld. Vorteilhaft können in dem Rohemissionskennfeld für bestimmte Fahrzustände beziehungsweise Betriebszustände des Verbrennungsmotors, also bekannte Motordrehmomente, Einspritzmengen, Drehzahlen, Betriebstemperatur und/oder andere Parameter zu erwartende Rohemissionen abgelegt sein. Aus diesen lässt sich der kumulierten Rohabgasemissionswerte bestimmen. Bei den Emissionen kann es sich beispielsweise um Rußpartikel handeln, wobei der kumulierte Emissionswert der kumulierten Masse der anfallenden Rußpartikel entspricht. Mithin lässt sich die Einheit der ersten und zweiten Kennzahl beispielsweise in mg/kWs angeben.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist durch folgenden Schritt gekennzeichnet: Berechnen eines Wirkungsgrades der Abgasreinigungskomponente aus der ersten Kennzahl und der zweiten Kennzahl. Die erste Kennzahl kennzeichnet die Qualität der Abgasreinigung durch die Abgasreinigungskomponente des Kraftfahrzeuges. Im Vergleich dazu kennzeichnet die zweite Kennzahl das ungereinigte Abgas. Mithin kann der Wirkungsgrad als ETA = 1 – erste Kennzahl/zweite Kennzahl definieret werden. Ein Wirkungsgrad von 90% liegt also beispielsweise dann vor, wenn die erste Kennzahl einem 1/10 der zweiten Kennzahl entspricht.
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Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist durch folgenden Schritt gekennzeichnet: Berechnen des Erwartungswertes der Endrohremission aus dem Wirkungsgrad. Da die erste Kennzahl und die zweite Kennzahl fahrzustandsunabhängig sind, ist auch der ermittelte Wirkungsgrad fahrzustandsunabhängig. Vorteilhaft kann der ermittelte Wirkungsgrad auf die streckenbezogene Rohemission des standardisierten Testverfahrens angewendet werden. Da der Wirkungsgrad in % vorliegt, kann also durch eine einfache Multiplikation des ermittelten Wirkungsgrades mit der abgelegten streckenbezogenen Rohemission des standardisierten Testverfahrens die Endrohremission, wie sie sich bei einer Durchführung des Testverfahrens ergeben würde, prognostiziert werden. Die prognostizierte Endrohremission kannbeispielsweise streckenbezogen in der Einheit g/km angegeben beziehungsweise berechnet werden. Prognostizierte Endrohremissionen mit anderer Dimension und/oder Normierung sind gegebenenfalls auch denkbar.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist durch folgenden Schrittgekennzeichnet: Vergleichen der Endrohremission mit einem Schwellwert. Es können also vorteilhaft Rückschlüsse auf die Qualität der aktuellen Abgasreinigungsqualität der Abgasreinigungskomponente gezogen werden. Außerdem ist es möglich, einen Faktor festzulegen, um den der Erwartungswert der Endrohremission die abgelegte Endrohremission des normierten Testverfahrens überschreiten darf. Vorteilhaft kann bei einem Überschreiten eines solchen Grenzwertes eine Fehlermeldung in dem Steuergerät des Kraftfahrzeuges abgelegt werden. Der Faktor kann je nach gewünschter Auslöseschwelle kleiner oder größer 1 gewählt werden.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist durch folgenden Schritt gekennzeichnet: Messen des ersten kumulierten Endrohremissionswertes mit einem der Abgasreinigungskomponente nachgeschalteten Sensor. Vorteilhaft ist für das vorliegende Verfahren lediglich ein nachgeschalteter Sensor notwendig, da sämtliche zur Berechnung des Erwartungswertes notwendigen Daten beziehungsweise Zustände des Abgases vor der Abgasreinigungskomponente aus dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors sowie entsprechende Kennfelder ermittelt werden können.
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Ein weiteres vorteilhaftes Ausführungsbeispiel des Verfahrens ist durch folgenden Schritt gekennzeichnet: Messen des ersten kumulierten Endrohremissionswertes beim Fahrbetrieb des Kraftfahrzeuges. Vorteilhaft kann also während des ganz normalen Fahrbetriebes beziehungsweise Kundenfahrbetriebes des Kraftfahrzeuges in Echtzeit die Funktion der Abgasreinigungskomponente überwacht werden. Es ist also möglich, falls der Erwartungswert einen bestimmten Grenzwert überschreitet, bzw. entsprechend einer zeitlich gleitenden Wirkungsgradüberwachung eine entsprechende Warnung an den Fahrer des Kraftfahrzeuges auszugeben oder zumindest einen entsprechenden Fehlercode in dem Steuergerät des Kraftfahrzeuges abzulegen.
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Die Aufgabe ist außerdem mit einem Kraftfahrzeug mit einer On-Board-Diagnose-Vorrichtung ausgelegt und/oder programmiert zum Ausführen des zuvor beschriebenen Verfahrens gelöst.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezug auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Es zeigen:
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1 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Diagnose einer Abgasreinigungskomponente eines Kraftfahrzeuges; und
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2 ein Schaubild verschiedener Messreihen verschiedener standardisierter Testverfahren, wobei jeweils die Wirkungsgrade der Abgasreinigungskomponente ermittelt aus einer direkten Rußmessung den mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelten Wirkungsgraden gegenübergestellt sind.
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1 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Diagnose einer Abgasreinigungskomponente eines Kraftfahrzeuges mit einem Verbrennungsmotor.
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Bei einem ersten Schritt 1 des Verfahrens wird ein erster kumulierter Endrohremissionswert 3 gemessen. Dabei kann es sich beispielsweise um eine kumulierende Messung von aus einer Abgasanlage des Kraftfahrzeuges austretenden Rußpartikel handeln. Es handelt sich dabei also um Rußpartikel, die die Abgasreinigungskomponente ungehindert passieren konnten. Diese kumulierende Messung gemäß dem Schritt 1 kann für ein bestimmtes Zeitintervall t, ein beliebiges Betriebsintervall und/oder ein Streckenintervall in einer beliebigen Betriebsweise des Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeuges erfolgen.
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In einem Schritt 5 des Verfahrens wird eine erste Kennzahl 7 ermittelt. Die erste Kennzahl 7 ergibt sich als Quotient des ersten kumulierten Emissionswertes 3 durch einen ersten kumulierten Energieaufwand 9. Der erste kumulierte Energieaufwand 9 kann aus in einem nicht dargestellten Steuergerät des Kraftfahrzeuges abgelegten Kenndaten errechnet werden. Genauer kann der erste kumulierte Energieaufwand 9 aus einer beispielsweise über ein Motorsteuergerät des Verbrennungsmotor erhältlichen Einspritzmenge und einem Motordrehmoment-Einspritzmengen-Drehzahl-Kennfeld 11 des Verbrennungsmotors sowie den dazugehörigen Zustandsdaten des Verbrennungsmotors errechnet werden, beispielsweise gemäß der Formel P = 2π × n × M und einer entsprechenden Kumulation beziehungsweise Integration über die Zeit t.
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Ferner wird in einem Schritt 13 eine zweite Kennzahl 15 als Quotient eines kumulierten Rohabgasemissionswertes 17 durch einen zweiten kumulierten Energieaufwand 19 berechnet. Der kumulierte Rohabgasemissionswert 17 kann aus den bekannten Zustandsdaten des Verbrennungsmotors und einem Rohemissionskennfeld 21 errechnet werden und dem Schritt 13 des Verfahrens zur Verfügung gestellt werden.
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In einem Schritt 23 wird aus der ersten Kennzahl 7 und der zweiten Kennzahl 15 ein Wirkungsgrad ETA 25, der die Abgasreinigungskomponente kennzeichnet, errechnet. Der Wirkungsgrad ETA 25 kann in % angegeben werden, wobei ein Wirkungsgrad 25 von ETA = 0% einem gänzlich unbehandelten Abgas und ein Wirkungsgrad 25 von ETA = 100% einem vollständig von den Schadstoffen, also beispielsweise von dem mitgeführten Ruß, befreiten Abgas entspricht. Der Wirkungsgrad ETA 25 kann nach folgender Formel angegeben werden: ETA = 1 – erste Kennzahl/zweite Kennzahl.
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In einem Schritt 27 wird aus dem fahrzustandsunabhängigen Wirkungsgrad 25 ein Erwartungswert einer Endrohremission 29 berechnet. In die Berechnung des Schrittes 27 kann außerdem ein Kennfeld einer normierten Rohemission 31 des zu Grunde zu legenden standardisierten Testverfahrens einfließen. Bei der Endrohremission handelt es sich um einen streckenbezogenen Kennwert, der in g/km angegeben werden kann. Es kann also aus dem ermittelten Wirkungsgrad 25 und der bei dem standardisierten Testverfahren zu erwartenden Rohemission der Endrohremissionswert 29, wie er bei einem tatsächlich durchgeführten standardisierten Testverfahren zu erwarten wäre, prognostiziert werden. Dieser Prognose liegt neben den Kenndaten, also dem Motordrehmoment-Einspritzmengen-Drehzahl-Kennfeld 11, dem Rohemissionskennfeld 21 sowie der normierten Rohemission 31 lediglich der Schritt 1 der kumulierten Messung des ersten Endrohremissionswertes 3 sowie weitere rein rechnerische Schritte 5, 13, 23 und 27 zu Grunde.
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Es ist also möglich, lediglich durch eine Messung mittels nur eines der Abgasreinigungskomponente des Kraftfahrzeuges nachgeschalteten Sensors einen Erwartungswert der Endrohremission 29 beispielsweise in g/km, wie er bei der Durchführung eines standardisierten Testverfahrens zu erwarten wäre, zu prognostizieren. Bei dem Sensor kann es sich um einen bekannten Rußsensor handeln, beispielsweise um einen Sensor, der nach dem Prinzip eines Trübungsmessgerätes beziehungsweise Opazimeters, Electrical Low Pressure Impactor (ELPI) und/oder Photoacoustic Soot-Sensor(PASS)-Prinzips arbeitet. Es ist auch denkbar, ein gravimetrisches oder ein einem gravimetrischen Verfahren ähnliches Messverfahren zu verwenden.
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In einer Abfrage 33 des Verfahrens kann die ermittelte Endrohremission mit einem Schwellwert verglichen werden. Falls dieser Schwellwert überschritten ist, kann das Verfahren ein Fehlersignal 35 und damit beispielsweise eine Warnmeldung an den Fahrer des Kraftfahrzeuges auslösen. Falls sich die Endrohremission 29 in einem gültigen Bereich befindet, kann der Schritt 33 einen Speicherwert 37 an eine interne Ablage 39 zur Dokumentation des Verhaltens der Abgasreinigungskomponente übergeben.
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Das in 1 dargestellte Verfahren kann von einer nicht näher dargestellten On-Board-Diagnosevorrichtung des Kraftfahrzeuges durchgeführt werden. Dazu weist die On-Board-Diagnosevorrichtung ein entsprechendes, zur Durchführung des Verfahrens ausgelegtes Steuergerät, insbesondere ein Steuergerät mit einem entsprechenden Speicher zur Ablage der Kenndaten, und den Sensor auf.
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2 zeigt ein Schaubild 41, das eine Wirkungsgradermittlung durch eine Rußmessung vor und nach der Abgasreinigungskomponente mit der Wirkungsgradbestimmung gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren gegenüberstellt. Das Schaubild 41 weist eine 0%-Linie 43 und eine 100%-Linie 45 auf. Auf der x-Achse sind die Kürzel für verschiedene standardisierte Testverfahren angegeben, wobei insgesamt für vier verschiedene Testverfahren jeweils zwei Durchlaufe dokumentiert sind. Für jeden Testdurchlauf zeigt ein erster Balken 47, die jeweils linksseitig dargestellt sind, den jeweils durch eine Rußmessung vor und nach der Abgasreinigungskomponente ermittelten Wirkungsgrad der Abgasreinigungskomponente an. Jeweils ein zweiter Balken 49, jeweils rechtsseitig dargestellt, gibt einen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Wirkungsgrad an. Insgesamt zeigt das Schaubild 41 zwei mal acht Messungen auf, wobei ersichtlich ist, dass die beispielsweise unter Laborbedingungen durchgeführte Rußmessung mit zwei Sensoren jeweils nahezu exakt dasselbe Ergebnis liefert wie die Wirkungsgradbestimmung der Abgasreinigungskomponente mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens on-board und in Echtzeit ermittelt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schritt
- 3
- kumulierter Endrohremissionswert
- 5
- Schritt
- 7
- erste Kennzahl
- 9
- erster kumulierter Energieaufwand
- 11
- Motordrehmoment-Einspritzmengen-Drehzahl-Kennfeld
- 13
- Schritt
- 15
- zweite Kennzahl
- 17
- kumulierter Rohabgasemissionswert
- 19
- zweiter kumulierter Energieaufwand
- 21
- Rohemissionskennfeld
- 23
- Schritt
- 25
- Wirkungsgrad
- 27
- Schritt
- 29
- Endrohremission
- 31
- normierte Rohemission
- 33
- Abfrage
- 35
- Fehlersignal
- 37
- Speicherwert
- 39
- interne Ablage
- 41
- Schaubild
- 43
- 0%-Linie
- 45
- 100%-Linie
- 47
- erster Balken
- 49
- zweiter Balken