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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie ein Computerprogramm und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach den nebengeordneten Patentansprüchen.
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Vom Markt her sind Brennkraftmaschinen mit Abgassystemen bekannt, in denen beispielsweise Lambda-Sonden zur Analyse des Abgases eingesetzt werden. Um eine erforderliche Genauigkeit einer Lambda-Sonde oder auch einer NOx-Sonde sicherzustellen, ist es erforderlich, von Zeit zu Zeit einen Abgleich der Abgassonden durchzuführen. Dies wird dadurch erreicht, dass der Umgebung der Abgassonde Abgas zugeführt wird, welches in etwa einen Sauerstoffanteil aufweist, wie er in der Umgebungsluft zu finden ist. Dies kann beispielsweise dann erreicht werden, wenn ein mit der Brennkraftmaschine angetriebenes Fahrzeug sich für eine bestimmte Mindestdauer in einem Schubbetrieb befindet. Ein solcher Schubbetrieb kommt beispielsweise bei einer Bergabfahrt vor, währenddessen ein genügender Sauerstoffanteil des Abgases erwartet werden kann. In einem solchen Zustand der Abgasanlage kann nun ein Abgleich der Abgassonde, beispielsweise der Lambda-Sonde oder der NOx-Sonde durchgeführt werden. Wird dagegen ein Fahrzeug unter anderen Bedingungen betrieben, beispielsweise im Stadtverkehr, so sind für den besagten Abgleich erforderliche längere Schubphasen der Brennkraftmaschine vergleichsweise selten oder treten gar nicht auf.
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Offenbarung der Erfindung
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Das der Erfindung zugrunde liegende Problem wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 sowie durch ein Computerprogramm und eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung nach den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in Unteransprüchen angegeben. Für die Erfindung wichtige Merkmale finden sich ferner in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
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Die Erfindung weist den Vorteil auf, eine Abgassonde in einem Abgaskanal einer Brennkraftmaschine auch in solchen Fällen vergleichsweise oft kalibrieren zu können, bei denen nicht oder nur selten mit ausreichend langen Schubphasen der Brennkraftmaschine gerechnet werden kann.
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Die Erfindung geht von der Überlegung aus, dass zum beziehungsweise vor dem Abgleich (der auch als ”Kalibrierung” bezeichnet werden kann) einer Abgassonde, insbesondere einer Lambda-Sonde, die Umgebung der Abgassonde genügend lange mit Frischluft gespült werden muss. Dazu ist es erforderlich, dass während einer längeren, vorgegebenen Zeit kein Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt und somit kein Verbrennungsabgas erzeugt wird. Nur dann kann jene Spülgüte sichergestellt werden, welche es gestattet, den Abgleich der Abgassonde mit genügender Genauigkeit durchzuführen. Im Betrieb der Brennkraftmaschine, beispielsweise in einem Kraftfahrzeug, können so genannte Schubphasen auftreten, in denen kein Kraftstoff eingespritzt wird und die eine genügende Zeit dauern, um einen Abgleich der Abgassonde durchführen zu können. Andererseits kann es Betriebsfälle oder Anwendungsfälle von Brennkraftmaschinen geben, in denen nicht mit solchen Schubphasen gerechnet werden kann oder in denen die Schubphasen nicht ausreichend lange andauern. Außerdem kann auch bei stationär betriebenen Brennkraftmaschinen ein Bedarf bestehen, eine eventuell vorhandene Abgassonde abzugleichen.
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Die Erfindung macht es sich insbesondere zunutze, dass Brennkraftmaschinen häufig nicht ununterbrochen laufen, sondern Betriebspausen aufweisen, während derer sie abgeschaltet werden oder wenigstens keine Leistung erbringen müssen. Dadurch können Betriebszustände definiert werden, die sich zum Abgleich der Abgassonde eignen. Eine Starteinrichtung schleppt erfindungsgemäß die Brennkraftmaschine, wobei kein Kraftstoff eingespritzt wird, so dass keine Verbrennung stattfindet. Die angesaugte Frischluft wird daher weder durch eingespritzten Kraftstoff noch durch Verbrennungsabgase ”verunreinigt”, sie gelangt also als reine Frischluft in den Abgaskanal und gestattet folglich die Spülung der Umgebung der Abgassonde mit Frischluft, deren Sauerstoffanteil relativ genau bekannt ist. Damit wiederum wird ein definierter Ausgangszustand für die Kalibrierung (bzw. den Abgleich) der Abgassonde erzeugt.
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In Ergänzung hierzu schlägt die Erfindung vor, dass ein Abgleich der Abgassonde freigegeben wird, wenn eine Betriebsgröße einen Wert erreicht, aus dem geschlossen werden kann, dass ein Sauerstoffanteil des Abgases in einer Umgebung der mindestens einen Abgassonde in etwa einem Sauerstoffanteil einer Umgebungsluft entspricht. Dabei können eine oder mehrere Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine oder des Abgaskanals beispielsweise gegen Schwellwerte verglichen werden, bei deren Über- oder Unterschreitung mit der Kalibrierung der Abgassonde begonnen werden kann. Der Vorteil dieser Weiterbildung liegt vor allem darin, dass die Zuverlässigkeit des Abgleichs verbessert wird.
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Ergänzend ist vorgesehen, dass die Betriebsgröße empirisch ermittelt wird und/oder vom vorhergehenden Betriebszustand abhängt. Mittels einer empirischen Ermittlung können Erfahrungswerte vorteilhaft berücksichtigt werden, und durch eine Bezugnahme auf einen jeweils vorhergehenden Betriebszustand kann die Betriebsgröße genauer bewertet werden. Die Zuverlässigkeit wird also nochmals verbessert.
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Ferner sieht die Erfindung vor, dass die Betriebsgröße eine Zeitdauer seit Beginn des Schleppbetriebs und/oder ein Gradient des Messsignals der Abgassonde ist. Somit kann – beispielsweise mittels einer empirischen Ermittlung – eine Zeitdauer bestimmt werden, nach deren Ablauf ein genügender Sauerstoffanteil in einer Umgebung der Abgassonde zu erwarten ist. Alternativ oder ergänzend kann ein Gradient des Messsignals der Abgassonde ausgewertet werden. Beispielsweise kann, wenn sich das Messsignal der Abgassonde nicht mehr ändert, also der Gradient in etwa Null ist, geschlossen werden, dass der Sauerstoffanteil im Abgas eine in etwa der Umgebungsluft entsprechende Konzentration aufweist. Beide vorgeschlagenen Parameter können vergleichsweise einfach bestimmt werden, was Rechenressourcen schont, und liefern dennoch zuverlässige Ergebnisse.
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Eine wichtige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Verfahren durchgeführt wird, wenn mindestens eine der folgenden Bedingungen vorliegt:
- – Betriebsphase vor und/oder während eines Starts der Brennkraftmaschine;
- – Betriebsphase während und/oder nach einem Stopp der Brennkraftmaschine;
- – Anforderung zur Durchführung des Verfahrens durch einen automatischen oder manuellen Eingriff.
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Damit werden drei Betriebsfälle der Brennkraftmaschine definiert, in welchen eine Einspritzung von Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine nicht erfolgt, und somit ein Abgleich der Abgassonde möglich ist. Insbesondere kann der Startvorgang der Brennkraftmaschine, bei dem die Brennkraftmaschine mittels der Starteinrichtung, beispielsweise unter Verwendung eines elektrischen Anlassers, geschleppt wird, ohne dass Kraftstoff eingespritzt wird, so lange ausgedehnt werden, dass der Abgaskanal ausreichend gespült und die Kalibrierung der Abgassonde so ermöglicht wird. Ebenso ist es möglich, während und/oder nach einem Stopp der Brennkraftmaschine die Starteinrichtung eine Weile in Betrieb zu setzen, so dass die Brennkraftmaschine geschleppt wird, wobei ebenfalls kein Kraftstoff eingespritzt wird. Ein weiterer geeigneter Betriebsfall kann während einer Werkstattdiagnose durch einen automatischen oder manuellen Eingriff herbeigeführt werden.
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Erfindungsgemäß ist es ebenfalls möglich, das Verfahren anzuwenden, ohne dass die Brennkraftmaschine unmittelbar danach betrieben wird. Es genügt, die Brennkraftmaschine zu schleppen, um den Abgaskanal zu spülen und die Abgassonde zu kalibrieren. Insbesondere bietet sich diese Möglichkeit während einer Werkstattdiagnose der Brennkraftmaschine an. Denkbar ist im Falle eines Fahrzeugs auch eine automatische Durchführung beispielsweise des nachts, während das Fahrzeug abgestellt ist.
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Insbesondere ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Abgassonde eine Lambda-Sonde ist. Lambda-Sonden sind für einen ordnungsgemäßen Betrieb einer Brennkraftmaschine besonders wichtig. Daher ist es erforderlich, dass die Lambda-Sonde gut kalibriert ist. Dies ist mit dem präzise bekannten Anteil des Sauerstoffs in frischer Umgebungsluft besonders gut möglich. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft auf Lambda-Sonden angewendet werden.
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Nachfolgend werden beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 ein vereinfachtes Schema einer Brennkraftmaschine und eines Abgaskanals; und
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2 ein Flussdiagramm zum Ablauf eines Computerprogramms auf einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung der Brennkraftmaschine.
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Es werden für funktionsäquivalente Elemente und Größen in allen Figuren auch bei unterschiedlichen Ausführungsformen die gleichen Bezugszeichen verwendet.
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1 zeigt ein stark vereinfachtes Schema einer Brennkraftmaschine 1 zusammen mit einem Abgaskanal 10 eines Kraftfahrzeugs. Die Brennkraftmaschine 1 ist im oberen Bereich der Zeichnung dargestellt und umfasst vorliegend vier Zylinder (ohne Bezugszeichen). Rechts davon ist ein Luftsystem 2 der Brennkraftmaschine 1 angedeutet. Oberhalb der Brennkraftmaschine 1 ist eine Starteinrichtung 3 gezeichnet, beispielsweise ein elektrischer Anlasser, welche mittels einer Welle 4 die Brennkraftmaschine 1 starten kann. Eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung 5 mit einem darauf ablaufenden Computerprogramm 6 steuert unter anderem die Starteinrichtung 3. Ein Bündel von abgehenden Steuerleitungen 7 und ein Bündel von ankommenden Steuerleitungen 8 stellt symbolisch die Verbindung der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 5 zu verschiedenen Komponenten der Brennkraftmaschine 1 und des Abgaskanals 10 dar.
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Im unteren Teil der 1 befindet sich der Abgaskanal 10, in welchem das Abgas im Wesentlichen von links nach rechts durchgeleitet und aufbereitet wird. Vorliegend handelt es sich um den Abgaskanal 10 eines Dieselkraftfahrzeugs, der über eine Rohrverbindung 12 an die Brennkraftmaschine 1 angeschlossen ist. Der Abgaskanal 10 weist dazu in Flussrichtung des Abgases einen Diesel-Oxidationskatalysator 14, einen Dieselpartikelfilter 16, und einen SCR-Katalysator 18 auf (SCR bedeutet ”selective catalytic reduction”). Stromaufwärts des Diesel-Oxidationskatalysators 14 ist ein Brenner 20 und ein Ventil 22 zur Kraftstoffeinspritzung angeordnet. Stromabwärts des Dieselpartikelfilters 16 ist ein Ventil 24 angeordnet, mit dem harnstoffbasierte Zusätze (”Additive”) in den Abgasstrom eingebracht werden können, welche für die selektive katalytische Reduktion im SCR-Katalysator 18 benötigt werden. Weiterhin weist der Abgaskanal 10 vier Temperatursensoren 26, eine Lambda-Sonde 30, und zwei NOx-Sensoren 32 auf. Die Elemente mit den Bezugszeichen 20, 22, 24 und 26 betreffen die Erfindung nur mittelbar und sind lediglich zur besseren Veranschaulichung in der Zeichnung aufgeführt.
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Die Temperatursensoren 26, die Lambda-Sonde 30 und die NOx-Sensoren 32 sind mit der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 5 elektrisch verbunden. Dies ist in der Zeichnung der 1 durch die besagten Steuerleitungen 7 und 8 nur angedeutet, jedoch nicht einzeln dargestellt. Die Lambdasonde 30 erfasst im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine die Sauerstoffkonzentration im Abgas. Über die Laufzeit verstimmt sich diese Lambdasonde 30, das heißt, dass das von ihr abgegebene Signal die tatsächliche Sauerstoffkonzentration nicht mehr mit der gewünschten Genauigkeit wiedergibt. Es ist daher notwendig, die Lambda-Sonde 30 von Zeit zu Zeit abzugleichen bzw. zu kalibrieren. Hierzu wird am besten ein Gas mit bekannter Sauerstoffkonzentration an der Lambda-Sonde 30 vorbeigeführt und dann das gemessene Signal dieser Sauerstoffkonzentration zugeordnet.
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Ein Abgleich der Lambda-Sonde 30 wird – beispielsweise bei einem Start der Brennkraftmaschine 1 – wie folgt durchgeführt:
- (a) Die Starteinrichtung 3 wird aktiviert und schleppt die Brennkraftmaschine 1 mittels der Welle 4, wobei über das Luftsystem 2 Umgebungsluft zugeführt wird, jedoch gleichzeitig kein Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine 1 eingespritzt und somit auch nicht in den Zylindern verbrannt wird;
- (b) es wird eine Zeitdauer 34 seit Beginn des Schleppbetriebs erfasst;
- (c) es wird ein Gradient 36 eines Messsignals der Lambda-Sonde 30 ermittelt,
- (d) nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitdauer 34 und/oder wenn der Gradient 36 des Messsignals einen vorgegebenen Schwellwert erreicht oder über- bzw. unterschreitet, wird die Kalibrierung der Lambda-Sonde 30 mittels der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 5 freigegeben und durchgeführt; und
- (e) nach Beenden der Kalibrierung wird das Einspritzen von Kraftstoff in die Brennkraftmaschine 1 freigegeben und die Brennkraftmaschine 1 beispielsweise gestartet.
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Die Erfassung der Zeitdauer 34 und die Ermittlung des Gradienten 36 sowie deren Bewertung erfolgen in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 5. Wird das Verfahren wie beschrieben auf einen Startvorgang der Brennkraftmaschine 1 angewendet, so kann sich der Startvorgang um eine Zeitspanne verlängern. Wird umgekehrt das Verfahren bei einem Stopp der Brennkraftmaschine 1 angewendet, so kann sich entsprechend der Stopp um eine Zeitspanne verlängern, wenn beispielsweise nach dem Ende der Kraftstoffeinspritzung die Starteinrichtung 3 betätigt wird.
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Es versteht sich, dass die 1 nur beispielhaft ist und dass das erfindungsgemäße Verfahren nicht auf Dieselmotoren beschränkt ist, sondern ebenso auf Ottomotoren und sonstige vergleichbare Brennkraftmaschinen 1 bzw. auf deren Abgaskanäle 10 anwendbar ist. Ebenso versteht es sich, dass das Verfahren nicht nur in Bezug auf eine Kalibrierung (Abgleich) der Lambda-Sonde 30, sondern in einer vergleichbaren Weise auch für eine Kalibrierung der NOx-Sensoren 32 oder sonstiger in dem Abgaskanal 10 eventuell angeordneter Sonden anwendbar sein kann.
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2 zeigt ein Flussdiagramm, wie es zur Abarbeitung des Verfahrens mittels des Computerprogramms 6 in der Steuer- und/oder Regeleinrichtung 5 geeignet ist. In einem Start-Block 50 wird das Verfahren begonnen. In einem nachfolgenden Block 52 werden Bedingungen hergestellt, um die Brennkraftmaschine 1 mittels der Starteinrichtung 3 zu schleppen, ohne dass Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine 1 eingespritzt wird. Dies kann beispielsweise beim Start der Brennkraftmaschine 1 erfolgen, indem der Startvorgang im Vergleich zu einem normalen Startvorgang etwas verlängert wird, wobei die Brennkraftmaschine 1 mittels der Starteinrichtung 3 geschleppt wird. Ebenso kann bei einem Stopp der Brennkraftmaschine 1 ein Zustand herbeigeführt werden, in welchem die Brennkraftmaschine 1 sich noch dreht, beziehungsweise durch die Starteinrichtung 3 geschleppt wird, ohne dass Kraftstoff in die Zylinder der Brennkraftmaschine 1 eingespritzt wird.
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In einem Block 54 wird ein Zeitgeber zur Erfassung der Zeitdauer 34 gestartet, und gleichzeitig der Gradient 36 des Messsignals der zu kalibrierenden Lambda-Sonde 30 ausgewertet. In einem nachfolgenden Abfrageblock 56 wird entschieden, ob die vorgegebene Zeitdauer 34 seit Beginn des Schleppbetriebs erreicht oder überschritten wurde, und/oder ob der Gradient 36 des Messsignals einen Wert erreicht oder über- bzw. unterschritten hat, aus dem geschlossen werden kann, dass der Sauerstoffanteil des Abgases in der Umgebung der Lambda-Sonde 30 in etwa dem Sauerstoffanteil der Umgebungsluft entspricht. Im allgemeinen wird dies der Fall sein, wenn der Gradient eine Schwelle unterschreitet, der Messwert also im Wesentlichen konstant ist. Sofern mindestens eine der beiden Bedingungen zutrifft, wird in einen nachfolgenden Block 58 verzweigt. Andernfalls wird die Prozedur am Eingang des Abfrageblocks 56 so lange wiederholt, bis mindestens eine der Bedingungen vorliegt.
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Im Block 58 wird die eigentliche Kalibrierung der Lambda-Sonde 30 durchgeführt, wobei durch die voran gegangenen Verfahrensschritte sichergestellt ist, dass der Sauerstoffanteil des Abgases in der Umgebung der Lambda-Sonde 30 in etwa dem Sauerstoffgehalt der Umgebungsluft entspricht. Nach einer erfolgten Kalibrierung der Lambda-Sonde 30 wird verfahrensgemäß in einen Ende-Block 60 verzweigt. Dort endet die in der 2 beschriebene Prozedur, und die Brennkraftmaschine 1 kann entweder durch Einspritzen von Kraftstoff gestartet werden, oder es kann der Schleppbetrieb mittels der Starteinrichtung 3 beendet und die Brennkraftmaschine abgeschaltet werden.
