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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Diagnose eines Stickoxid-Sensors, im folgenden NOx-Sensor genannt, der im Abgastrakt eines von einem Motorsteuergerät gesteuerten Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs angeordnet ist und ein die Stickoxidkonzentration im Abgas kennzeichnendes Messsignal generiert.
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Bei einem bekannten Verfahren zur Diagnose eines NOx-Sensors (
DE 10 2008 024 177 B3 ) für einen Verbrennungsmotor mit mindestens einem einen Brennraum aufweisenden Verbrennungszylinder und einem Abgastrakt, in dem der NOx-Sensor zum Erfassen der Stickoxidkonzentration des Abgases und eine Lambda-Sonde zum Erfassen des Sauerstoffgehalts des Abgases angeordnet sind, wird in einem Diagnosezeitraum einerseits ein Basisdiagnosewert des NOx-Sensors abhängig von einem im Neuzustand des NOx-Sensors ermittelten Referenzwert des Messsignals des NOx-Sensors und einem aktuellen Wert des Messsignals des NOx-Sensors und andererseits mittels der Lambda-Sonde eine zeitabhängige Messwertfolge des Sauerstoffgehalts im Abgastrakt ermittelt. Abhängig von der Messwertfolge des Sauerstoffgehalts des Abgases und dem Basisdiagnosewert des NOx-Sensors wird ein korrigierter Diagnosewert des NOx-Sensors bestimmt.
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Bei einem bekannten Verfahren zur Abgasuntersuchung an Kraftfahrzeugen mit bordeigenem Motorsteuerungs- und Diagnosesystem und Diagnoseschnittstelle (
EP 1 309 844 B1 ) wird das Abgas über eine Entnahmeleitung einem Abgastester zugeführt und von diesem analysiert. Im Abgastester werden durch Programmablauf Steuerkommandos erzeugt und über die Diagnoseschnittstelle an das Motorsteuerungs- und Diagnosesystem übertragen. Letzteres stellt in Abhängigkeit von den Steuerkommandos für die Abgasuntersuchung vorgegebene Betriebszustände des Kraftfahrzeugs ein.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, einen einfachen und schnellen Werkstatttest am Kraftfahrzeug durchführen zu können, um die Funktion des hochkomplexen NOx-Sensors zu testen. Durch Nutzung nur jeweils einer der im Kraftfahrzeug vorhandenen Motorkomponenten zum Auslösen des Tests, die zudem im einfachsten Fall manuell aktivierbar ist, kann das Verfahren besonders einfach und reproduzierbar durchgeführt werden. Mit dem Verfahren ist wahlweise eine einfache binäre Prüfung des NOx-Sensors auf Funktion, also eine Ja/Nein-Funktionsprüfung, aber auch eine lineare Prüfung möglich, bei der auch die Größe eines Messwertfehlers bestimmt werden kann.
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Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der aktuelle Wert des Messsignals mit einem für den definierten Eingriff im Neuzustand des NOx-Sensors abgespeicherten Referenzwert des Messsignals verglichen. Damit kann festgestellt werden, in welcher Größenordnung die Funktionstüchtigkeit des NOx-Sensors beeinträchtigt ist.
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Der Eingriff in den Betriebszustand kann gemäß vorteilhafter Ausführungsformen der Erfindung durch Aktivieren bestimmter Motorkomponenten vorgenommen werden, und zwar solcher Motorkomponenten, deren Aktivierung unmittelbaren Einfluss auf die Zusammensetzung des Abgases nimmt. So kann der Eingriff durch Schließen oder Öffnen eines im Abgastrakt angeordneten Abgasrückführventils einer Abgasrückführung, durch Aktivieren eines Abgasturboladers, durch Aktivieren einer Sekundärlufteinblasung oder durch Auslösen einer Kraftstoff-Nacheinspritzung in der Kraftstoffeinspritzanlage des Verbrennungsmotors vorgenommen werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung erfolgt der Eingriff über ein Werkstattdiagnose-Testgerät, das an einer Diagnoseschnittstelle des Motorsteuergeräts angeschlossen ist. Die Aktivierung des Abgasturboladers kann aber auch durch Betätigung eines Fahrpedals des Kraftfahrzeugs vorgenommen werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Das erfindungsgemäße Verfahren ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels eines Verbrennungsmotors für ein Kraftfahrzeug in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt die Zeichnung eine schematisierte Darstellung eines von einem Motorsteuergerät gesteuerten Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs.
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Der in 1 schematisiert dargestellte, von einem elektronischen Motorsteuergerät 11 gesteuerten Verbrennungsmotor ist beispielhaft ein Vierzylinder-Einspritzmotor. Der Verbrennungsmotor weist einen vierzylindrigen Motorblock 12, von dem der Zylinderkopf schematisiert dargestellt ist, und daran angeschlossen einen Ansaugtrakt 13 und einen Abgastrakt 14 auf. Der Verbrennungsmotor ist mit einer Kraftstoffdirekteinspritzung 15, einer Abgasrückführung 16, einem Abgasturbolader 17 und einer Sekundärluftblasung 18 ausgestattet.
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Für die vom Motorsteuergerät 11 gesteuerte Kraftstoffeinspritzung 15 ist jedem Verbrennungszylinder des Verbrennungsmotors mindestens ein Einspritzventil 19 zugeordnet, das Kraftstoff in den Brennraum des Verbrennungszylinders einspritzt. Dabei wird mittels des Motorsteuergeräts 11 abhängig von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors eine Haupteinspritzung, eine Voreinspritzung und eine Nacheinspritzung innerhalb des Arbeitszykluses generiert. Bei der Nacheinspritzung wird zur Reduktion der Stickoxidemissionen zumindest einem Verbrennungszylinder nach Abschluss der Verbrennung im Brennraum nochmals Kraftstoff zugeführt, der dann zusammen mit den im Brennraum befindlichen Verbrennungsgasen in den Abgastrakt 14 gelangt und dort umgesetzt wird.
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Der Ansaugtrakt 13 weist einen Ansaugkanal 21 mit einem vorgeordneten Luftfilter 20 und einer dem Luftfilter 20 nachgeordneten Drosselklappe 31 auf, an dem jeder Verbrennungszylinder zur Zuführung von Verbrennungsluft mittels eines Ansaugrohrs 211 angechlossen ist. Der Abgastrakt 14 weist einen Abgasstrang 22 auf, an dem jeder Verbrennungszylinder über ein Abgasrohr 23 eines sog. Abgaskrümmers angeschlossen ist. Im Abgasstrang 22 ist eine Antriebsturbine 24 des Abgasturboladers 17, ein Oxidationskatalysator 25 und ein sog. Denox-Kataysator 26 angeordnet, in dem die Stickoxide konvertiert werden. Vor und hinter dem Oxidationskatalysator 25 ist jeweils eine Lambda-Sonde 27, 28 und hinter dem Denox-Kataysator 26 ein NOx-Sensor 29 angeordnet, der ein die Stickoxidkonzentration im Abgas kennzeichnendes Messsignal generiert. Die Antriebsturbine 24 des Abgasturboladers 17 nutzt die im Abgas enthaltene Energie zum Antrieb eines im Ansaugkanal 21 angeordneten Verdichters 30, der die über den Luftfilter 20 und die im Ansaugkanal 21 angeordnete Drosselklappe 31 zur Verbrennung angesaugte Frischluft in die Verbrennungszylinder des Verbrennungsmotors drückt.
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Die Abgasrückführung 16 weist eine vom Abgasstrang 22 zum Ansaugkanal 21 führendes Abzweigrohr 32 auf, in dem ein vom Motorsteuergerät 11 gesteuertes Abgasrückführventil 33 angeordnet ist. Die Mündungen des Abzweigrohrs 32 liegen im Ansaugrohr 21 stromabwärts des Verdichters 30 des Abgasturboladers 17 und im Abgasstrang 22 stromaufwärts der Antriebsturbine 24 des Abgasturboladers 17. Oxidationskatalysator 25 und Denox-Katalysator 26 sind in der genannten Reihenfolge stromabwärts der Antriebsturbine 24 des Abgasturboladers 17 platziert.
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Die Sekundärlufteinblasung 18 weist eine eingangsseitig an dem Luftfilter 20 und auslassseitig über eine Ausgangsleitung 35 an dem Abgasstrang 22 stromaufwärts des Oxidationskatalysators 26 angeschlossene Sekundärluftpumpe 34 auf. In der Ausgangsleitung 35 sind ein pneumatisch gesteuertes Sekundärluftventil 36 und ein Rückschlagventil 37 angeordnet. Der pneumatische Steuereingang des Sekundärluftventils 36 ist über ein elektrisch gesteuertes Umschaltventil 38 am Ansaugkanal 21 angeschlossen. Sekundärluftpumpe 34 und Umschaltventil 38 werden vom Motorsteuergerät 11 gesteuert.
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In der Zeichnung sind der Vollständigkeit halber noch ein Fahrpedal 39 des Kraftfahrzeugs, das bei seiner Betätigung elektrisches Ausgangssignal an das Motorsteuergerät 11 legt, sowie ein Werkstatt-Diagnosetestgerät 40, das an einer Diagnoseschnittstelle des Motorsteuergeräts 11 angeschlossen ist, skizziert.
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Zur Diagnose des im Abgastrakt 14 angeordneten NOx-Sensors 29 wird werkstattseitig ein definierter Eingriff in den Betriebszustand des laufenden Verbrennungsmotors so vorgenommen, dass eine sprunghafte Änderung der Stickoxidkonzentration im Abgas herbeigeführt wird. Der Eingriff erfolgt über das Werkstattdiagnose-Testgerät 40. Der vom NOx-Sensor 29 bei diesem Stickoxid-Konzentrationssprung ausgegebene aktuelle Wert des Messsignals wird daraufhin geprüft, ob sich eine Änderung des Messsignals ergeben hat, das Messsignal also eine Sprungantwort zeigt. Zusätzlich wird der aktuelle Wert des Messsignals mit einem Referenzwert des Messsignals verglichen, der im Neuzustand des NOx-Sensors 29 bei einem solch definierten Eingriff gemessen und im Testgerät 40 abgespeichert worden ist.
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Die sprunghafte Änderung der Stickoxidkonzentration im Abgas wird durch Eingriff in die Abgasrückführung 16 oder in den Abgasturbolader 17 oder in die Sekundärlufteinblasung 18 oder in die Kraftstoffdirekteinspritzung 15 mit Wirkung auf die Nacheinspritzung herbeigeführt. Dabei wird immer nur in eine dieser Motorkomponenten eingegriffen.
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Wird die Abgasrückführung 16 herangezogen, so wird, ausgelöst vom Testgerät 40, durch das Motorsteuergerät 11 das Abgasrückführventil 33 geöffnet oder geschlossen. Bei Schließen des Abgasrückführventils 33 tritt im Abgastrakt 14 eine höhere Stickoxidkonzentration auf als bei offenem Abgasrückführventil 33, da bei geöffnetem Abgasrückführventil 33 das rückgeführte Abgas das Volumen des Brennraums der Verbrennungszylinder bis zu 50% füllt und durch diese gegenüber 100% Frischgas geänderte Gaszusammensetzung im Brennraum der Stickoxidanteil im Abgas sinkt.
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Wird in den Abgasturbolader 17 eingegriffen, so wird, ausgelöst vom Testgerät 40, durch das elektronische Motorsteuergerät 11 der Abgasturbolader 17 aktiviert. Bei aktivem Abgasturbolader 17 entsteht durch den erhöhten Anteil an Frischluft wiederum eine Änderung der Gaszusammensetzung im Brennraum der Verbrennungszylinder, was zu einem Stickoxid-Konzentratiossprung im Abgas hin zu höherer Stickoxidkonzentration führt. Das Aktivieren des Turboladers 17 kann alternativ durch Betätigen des Fahrpedals 39 erfolgen.
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Wird der Eingriff über die Sekundärlufteinblasung 18 vorgenommen, so schaltet, ausgelöst vom Testgerät 40, das Motorsteuergerät 11 die Sekundärluftpumpe 34 ein und das Umschaltventil 38 um. Das Sekundärluftventil 36 wird pneumatisch geöffnet und verbindet den Pumpenausgang mit dem Abgasrohr 23 stromabwärts des Turboladers 17. Damit wird Frischluft in den Abgastrakt 14 eingeleitet, wodurch sich die Zusammensetzung des Abgases schlagartig ändert und die Stickoxidkonzentration schlagartig absinkt.
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Erfolgt der Eingriff über die Kraftstoffdirekteinspritzung 15, so wird, ausgelöst vom Testgerät 40, durch das elektronische Motorsteuergerät 11 eine Nacheinspritzung in mindestens einem der Verbrennungszylinder ausgelöst. Der durch die Nacheinspritzung eingespritzte Kraftstoff gelangt zusammen mit den im Brennraum befindlichen Restgasen in den Abgastrakt 14, und führt hier zu einem Konzentrationsabfall der Stickoxide.
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Bei funktionstüchtigem NOx-Sensor 29 führt der Stickoxid-Konzentrationssprung zu einer Sprungantwort des Messsignals des NOx-Sensors 29, d. h. zu einer sprunghaften Änderung des aktuellen Wert des Messsignals. Bleibt eine solche Sprungantwort des Messsignals aus, ist der NOx-Sensors 29 defekt.
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Der aktuelle Messwert des NOx-Sensors 29 wird über die Diagnoseschnittstelle des Motorsteuergeräts 11 in das Werkstattdiagnose-Testgerät 40 eingegeben und angezeigt. Zusätzlich sind im Testgerät 40 Referenzwerte für das Messsignal des NOx-Sensors 29, die bei dem jeweilig vorgenommenen Eingriff in den Betriebszustand des Verbrennungsmotors im Neuzustand des NOx-Sensors 29 gemessen worden sind, abgespeichert. Ein vom Testgerät 40 durchgeführter Vergleich des aktuellen Messwerts mit dem jeweiligen Referenzwert zeigt die Größenordnung eines evtl. Messwertfehlers des NOx-Sensors 29, so dass entschieden werden kann, in wieweit die zulässigen Messtoleranzen des NOx-Sensors 29 eingehalten werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008024177 B3 [0002]
- EP 1309844 B1 [0003]
