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Stand der Technik
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Aus der Veröffentlichung
WO 2015/059060 einer internationalen Patentanmeldung ist ein Verfahren zur Überwachung eines Partikelfilters, insbesondere gegen dessen Ausbau, bekannt. Hierzu wird vor dem Partikelfilter eine erste Abgastemperatur und nach dem Partikelfilter eine zweite Abgastemperatur bestimmt. Aus einer Differenz zwischen der ersten und der zweiten Abgastemperatur oder aus einem unterschiedlichen zeitlichen Verlauf der ersten und der zweiten Abgastemperatur wird auf ein Vorhandensein und/oder eine korrekte Funktion des Partikelfilters geschlossen. Demgegenüber ist vorgesehen einen damit verbundenen Aufwand für die Applikation und eine Absicherung der Diagnose zu verringern.
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Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen ein Verbrennungsgas einer Brennkraftmaschine in eine Abgasanlage zu leiten und dabei für eine erste Position der Abgasanlage einen Temperaturwert des Abgases zu verwenden. Abwärts des Abgasstroms des Verbrennungsgases ist vorgesehen an einer zweiten Position der Abgasanlage einen Temperatursensor anzuordnen und dort eine zweite Temperatur des Abgases zu erfassen. Dann wird eine Diagnose vorgenommen, wobei eine Auswertung einer Energiebilanz der Energien des Abgases an den zwei Positionen vorgenommen wird. Durch diese auf dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik beruhenden Diagnose kann festgestellt werden, wie viel Energie nicht bis zur zweiten Position gelangt ist bzw. ob an der zweiten Position praktisch genauso viel Energie ankommt bzw. fast genauso viel Energie ankommt wie an der ersten Position im Abgas vorhanden war.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass an der ersten Position das Abgas eine erste Wärmemenge in ein Volumen zwischen die erste Position und die zweite Position bringt bzw. ein erster Abgaswärmestrom über eine bestimmte Zeitdauer die erste Position passiert und an der zweiten Position das Abgas eine zweite Wärmemenge das Volumen verlässt bzw. ein zweiter Abgaswärmestrom über eine bestimmte Zeitdauer die zweite Position passiert und eine Differenz der Wärmemengen ermittelt wird.
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Aus dieser Differenz wird nach einem weiteren Gesichtspunkt auf die Situation zwischen der ersten oder zweiten Position derart geschlossen, dass sich dort entweder eine Wärmesenke befindet oder eben nicht eine Wärmesenke befindet. Diese Wärmesenke kann beispielsweise ein so genannter Partikelfilter sein. Aus dieser Differenz kann somit geschlossen werden, ob sich die Wärmesenke noch am vorgesehenen Ort zwischen den beiden Positionen befindet, so irgendwann davor dort eine Wärmesenke platziert war.
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Für eine Festlegung eines Zeitraums, in dem die Diagnose ablaufen soll, werden physikalische Hilfsgrößen eingeführt. Dazu wird beispielsweise ein Taupunkt der Abgasanlage bestimmt, während keine Wärmesenke zwischen den beiden Positionen der Abgasanlage positioniert ist. Diese Bestimmung findet bei Extrembedingungen statt. Dies bedeutet, dass ein Kaltstart der Brennkraftmaschine ohne nachfolgenden Warmlauf mehrfach erfolgt. Die Umgebungsbedingungen bzw. die Umgebungstemperatur der Brennkraftmaschine bzw. eines Kraftfahrzeugs, in dem sich die Brennkraftmaschine befindet, liegt dabei unter dem Gefrierpunkt von Wasser. Dadurch wird in Abhängigkeit von einer Anzahl der Kaltstarts und der Umgebungstemperatur eine für das Auftauen der Abgasanlage ohne Partikelfilter bzw. Wärmesenke nötige Wärmeenergie bestimmt. Überschreitet die zugeführte Wärmeenergie die nötige Wärmeenergie zum Auftauen der Abgasanlage, so beginnt die Diagnose.
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Frage an Erfinder: was ist mit dem Auftauen der Abgasanlage gemeint?
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Mit dem Beginn der Diagnose wird die zwischen den beiden Positionen gegebenenfalls an die Wärmesenke abgegebene Wärmeenergie bestimmt.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand mehrerer Figuren näher erläutert.
- 1 zeigt in einem ersten Ausführungsbeispiel eine erste schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage,
- 2 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Ablauf des Verfahrens,
- 3 zeigt für einen Fall einen Anstieg einer von einer Wärmesenke aufgenommenen Wärmeenergie und für einen anderen Fall einen Anstieg einer von einem Ersatzkörper aufgenommenen Wärmeenergie über einen Verlauf der Zeit,
- 4 zeigt in einem zweiten Ausführungsbeispiel eine Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels,
- 5 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel und
- 6 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt eine erste schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine 10, die mehrere - hier vier - Brennräume 13 aufweist. Jeder Brennraum 13 ist mit einer Abgasanlage 16 verbunden. So wird Verbrennungsgas aus den Brennräumen 13 in die Abgasanlage 16 geleitet. Die Abgasanlage 16 weist beginnend an einem jeden Brennraum 13 hier nicht näher bezeichnete Abgaskrümmer auf, die in ein erstes Abgasrohr 19 übergehen. Diesem ersten Abgasrohr 19 folgt eine von dem Abgas bzw. Verbrennungsgas durchströmbare Wärmesenke 22, die hier beispielsweise als sogenannter Partikelfilter ausgeführt ist. Dieser Wärmesenke 22 folgt ein zweites Abgasrohr 25. Vor der Wärmesenke 22, d. h. zwischen der Wärmesenke 22 und der Brennkraftmaschine 10, befindet sich an einer ersten Position 28 ein erster Temperatursensor 31. Diese erste Position 28 ist nahe bzw. an einem Eingang in die Wärmesenke 22, damit durch den Temperatursensor 31 eine Temperatur des in die Wärmesenke 22 eintretenden Abgases erfasst wird. Nach der Wärmesenke 22 befindet sich an einer zweiten Position 34 ein zweiter Temperatursensor 37, damit durch den Temperatursensor 31 eine Temperatur des aus der Wärmesenke 22 austretenden Abgases erfasst wird. Die Wärmesenke 22 ist hier von einem gestrichelt gezeichneten Rahmen umgeben. Dieser Rahmen steht dafür, dass die Wärmesenke 22 in der Abgasanlage 16 eingebaut sein kann oder auch ausgebaut sein kann. Für den Gegenstand dieser Beschreibung ist diese prinzipielle Beschreibung einer Abgasanlage 16 ausreichend. In dieser Abgasanlage 16 könnten auch noch weitere Teile angeordnet sein, beispielsweise in Gestalt eines Dreiwegekatalysators oder eines oder mehrerer Schalldämpfer.
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Im Rahmen des hier vorgesehenen Verfahrens ist vorgesehen das Verbrennungsgas als Abgas der Brennkraftmaschine 10 in diese Abgasanlage 16 zu leiten. Der erste Temperatursensor 31 an der ersten Position 28 ermittelt eine Referenztemperatur Tref, die hier durch Messen mittels des Temperatursensors 31 ermittelt wird. Abgasstromabwärts wird an der zweiten Position 34 und damit am vorgesehenen Strömungsausgang der Wärmesenke 22 der Abgasanlage 16 mittels des Temperatursensors 37 eine weitere Temperatur Tab erfasst bzw. ermittelt. Mittels dieser beiden Temperaturen Tref, Tab wird eine Diagnose vorgenommen, wobei eine Auswertung einer Energiebilanz der Energien des Abgases an den zwei Positionen 28, 34 vorgenommen wird. Entsprechend der Darstellung des Verfahrens (2) wird somit zunächst in einem Schritt S1 eine Referenztemperatur Tref ermittelt. In einem Schritt S2 wird die Temperatur Tab am Strömungsausgang der Wärmesenke 22 ermittelt.
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Die Energiebilanz ist dabei eine Berechnung, die eine Differenz zwischen einer an der ersten Position 28 während eines Zeitraums tPF der Wärmesenke 22 zugeführten Energie Qzu und einer an der zweiten Position 34 aus der Wärmesenke 22 abgeführten Energie Qab ermittelt, man vergleiche mit den fünf Gleichungen 1, 2, 3, 4 und 5. Die Energie QPF ist die Differenz zwischen der zugeführten Energie Qzu und der abgeführten Energie Qab und entspricht damit der Energie, die die Wärmesenke 22 zwischen diesen beiden Positionen 28, 34 aufgenommen hat.
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Der Zeitraum tPF ist dabei durch einen ersten Zeitpunkt t1 und einen zweiten Zeitpunkt t2 begrenzt (Messzeitraum bzw. Berechnungszeitraum). Der Massenstrom ṁAbgas wirkt dabei mit seinem Energiegehalt über diesen Zeitraum auf den Abschnitt der Abgasanlage 16 zwischen den beiden Positionen 28, 34 ein. Cp ist die spezifische Wärmekapazität von Gasen bei konstantem Druck p. Der Massenstrom ṁAbgas ist ein Ergebnis der Verbrennung einer bekannten Kraftstoffmasse mittels einer Luftmasse, die über einen bestimmten Zeitraum in einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine 10 durch einen Luftmassenmesser ermittelt wird. Die Kraftstoffmasse wird typischerweise bestimmt um ein bestimmtes Fahrerwunschmoment durch die Brennkraftmaschine 10 erzeugen zu können. Der Massenstrom ṁAbgas wird im Schritt S3 ermittelt. Die Energie QPF wird im Schritt S4 ermittelt.
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So zwischen der ersten Position 28 und der zweiten Position 34 eine Wärmesenke 22, beispielsweise ein Partikelfilter, angeordnet ist, ist die Energie QPF die Energie, die die Wärmesenke 22 aufgenommen hat.
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Anhand der betragsmäßigen Größe der Energie QPF kann auf die Größe der Wärmesenke 22 geschlossen werden. Ist die Energiemenge QPF eher groß, so kann oder wird auf eine vorhandene Wärmesenke 22, beispielsweise den bereits erwähnten Partikelfilter, geschlossen. Ist die Energiemenge QPF eher klein, so kann oder wird auf eine in der Abgasanlage 16 zwischen den beiden Positionen 28, 34 nicht vorhandene Wärmesenke 22, beispielsweise den erwähnten Partikelfilter geschlossen (Schritt S5). In einem solchen Fall, ganz besonders wenn ein Fahrzeug mit einer derartigen Brennkraftmaschine 10 mit einer derartigen Abgasanlage 16, aufweisend auch eine Wärmesenke 22 in Gestalt eines Partikelfilters, entsprechend gesetzmäßiger Vorgaben hergestellt wurde, kann aufgrund der Berechnung auf eine nicht zulässige Entfernung der Wärmesenke 22, des Partikelfilters, aus der Abgasanlage 16 geschlossen werden. In einem solchen Fall kann dann beispielsweise verfahrensgemäß vorgesehen sein, dass nach dem Feststellen dieses technischen Zustands der Abgasanlage 16 ein Weiterbetrieb der Brennkraftmaschine 10 nicht mehr möglich ist. Dementsprechend kann vorgesehen sein, dass mit diesem Feststellen die Brennkraftmaschine 10 abgestellt wird.
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Für die nähere Bestimmung dieses Zeitfensters t2 - t1 bzw. Zeitraums tPF werden beispielsweise Hilfsgrößen ermittelt. Dazu wird beispielsweise ein sogenannter Taupunkt (Frage an Erfinder: was bedeutet dies in diesem konkreten Fall?) der Abgasanlage 16 bestimmt, wobei die Wärmesenke 22 (Partikelfilter) aus der Abgasanlage 16 entfernt und durch ein simples Rohrstück ersetzt ist. Dieser Taupunkt wird dabei unter Extrembedingungen bestimmt. Zu diesen Extrembedingungen gehört, dass die Brennkraftmaschine 10 bei einer Umgebungstemperatur Tumg, die unterhalb des Gefrierpunkts von Wasser liegt, mehrfach kalt gestartet wird. Dabei wird in Abhängigkeit von einer Anzahl der Kaltstarts der Brennkraftmaschine 10 die für das Auftauen der Abgasanlage 16 ohne Wärmesenke 22 zwischen den beiden Positionen 28, 34 der Abgasanlage 16 erforderliche Wärmeenergie Qstart („Auftauenergie“) bestimmt.
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Ist die zugeführte Wärmeenergie Qzu größer als die für das Auftauen erforderliche Wärmeenergie Qstart, beginnt die Diagnose zum Zeitpunkt t1, vgl. 3.
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Mit dem Beginn der Diagnose berechnet diese Funktion die durch die Wärmesenke 22 (Partikelfilter) aufgenommene Wärmeenergie QPF. Das Ende der Diagnosezeit zum Zeitpunkt t2 wird durch die maximale Wärmeenergie QPFmax bestimmt, die von der Wärmesenke 22 maximal aufgenommen werden kann. Diese maximale Wärmeenergie QPFmax ist von verschiedenen technischen Faktoren abhängig. Diese sind beispielsweise das Material der Wärmesenke 22, also beispielsweise das Material des Partikelfilters. Ein weiterer Einflussfaktor ist die Größe der Wärmesenke 22. Je größer die Wärmesenke 22, desto größer die Masse der Wärmesenke 22, desto größer ist die von der Wärmesenke 22 aufnehmbare Wärmeenergie QPF bzw. QPFmax.
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Für den Ablauf des Verfahrens wird bei der Berechnung diese maximal aufnehmbare Wärmeenergie durch die Addition einer individuell zu ermittelnden Offset-Wärmeenergie Qoffset, welche für den verwendeten Partikelfilter zuvor bestimmt wird, umgesetzt. Das Verfahren beendet die Berechnung, wenn die zugeführte Wärmeenergie Qzu größer als die Summe der erforderlichen Wärmeenergie zum Auftauen Qstart und der Offset-Wärmeenergie Qoffset ist. Dadurch ergibt sich der Zeitpunkt t2.
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Ab diesem Zeitpunkt t2 kann die Wärmesenke 22, der Partikelfilter, ohne Wärmeabgabe keine Wärmeenergie mehr aufnehmen. Sie befindet sich in einem Gleichgewicht von Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe. Wird eine zu applizierende Energieschwelle Qmin unterschritten bzw. gar nicht erreicht, erkennt das Verfahren bzw. die Funktion einen Fehler. Dieser Fehler kann bspw. als fehlende Wärmesenke 22 interpretiert werden bzw. wird im Sinne des hier vorgestellten Verfahren als fehlende Wärmesenke 22 interpretiert. In einem weiteren Schritt wird dann an ein Fahrzeugdiagnosesystem ein Fehlerspeichereintrag übergeben. Beispielsweise wird dann eine Motorkontrollleuchte aktiviert.
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In 3 sind mit Q1 ein Verlauf der durch eine Wärmesenke 22 (Partikelfilter) aufgenommenen Wärmeenergie und mit Q2 ein Verlauf der durch einen Ersatzkörper (Rohrstück) aufgenommenen Wärmeenergie dargestellt. Weil die durch das Rohrstück gegebene Wärmekapazität sehr gering ist, tritt das Gleichgewicht von Wärmeaufnahme und Wärmeabgabe unterhalb der Energieschwelle Qmin ein.
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In 4 ist eine leichte Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach 1 dargestellt. Der Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach 1 besteht darin, dass sich an der ersten Position 28 kein Temperatursensor 31 befindet. Vielmehr wird in diesem Ausführungsbeispiel für die Temperatur Tref an der ersten Position 28 ein Modell verwendet, welches die Temperatur Tref berechnet (Abgastemperaturmodell). Mit dieser Temperatur wird dann wie oben beschrieben verfahren.
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In 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Brennkraftmaschine 10 im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen nach 1 und 4 nicht nur eine Zylinderbank, sondern zwei Zylinderbänke. Das Ausführungsbeispiel nach 5 entspricht somit beispielsweise einem sogenannten V8-Motor. Das Vorgehen ist bei dieser Brennkraftmaschine wie bei dem Ausführungsbeispiel nach 1. Entsprechend dem Ausführungsbeispiel nach 4 könnte das Ausführungsbeispiel nach 5 an den ersten Positionen 28 ebenfalls keinen Temperatursensor 31 aufweisen. Es könnte hier genauso vorgegangen werden, wie dies oben geschrieben ist: es könnte für die Temperatur Tref an der ersten Position 28 ein Modell verwendet werden, welches die Temperatur Tref berechnet.
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In 6 ist abermals ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel geht von dem Ausführungsbeispiel nach 1 aus. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach 1 ist die Abgasanlage so genannt zweiflutig ausgeführt. Dies bedeutet in diesem Fall, dass von der einen Zylinderbank zunächst ein erstes Abgasrohr 19 ausgeht. Dieses erste Abgasrohr 19 geht in eine Verzweigung 40 über. Nach der Verzweigung 40 folgt jeweils eine Wärmesenke 22 und jeder Wärmesenke 22 folgt an einer zweiten Position 34 je ein zweiter Temperatursensor 37. Diesem Ausführungsbeispiel befindet sich vor der Verzweigung 40 an einer ersten Position 28 ein erster Temperatursensor 31. Das oben genannte Verfahren kann bei diesem Ausführungsbeispiel für jede einzelne Wärmesenke 22 getrennt durchgeführt werden. Dabei ist lediglich zu berücksichtigen, dass die Temperatur Tref an der ersten Position 28 für beide einzelne Wärmesenken 22 zu verwenden ist. Zudem ist zu berücksichtigen, dass sich im Idealfall der Abgasstrom stromabwärts der Verzweigung 40 halbiert hat. Wie bereits zuvor für Ausführungsbeispiele beschrieben, kann auch hier die Sache derartiges gewandelt werden, wonach für die Temperatur Tref an der ersten Position 28 ein Modell verwendet werden kann, welches die Temperatur Tref berechnet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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