DE4319282C1 - Verfahren zur Erfassung und Auswertung von Abgasen - Google Patents

Verfahren zur Erfassung und Auswertung von Abgasen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erfassung und Auswer­ tung der Abgase von Brennkraftmaschinen, wobei das Abgas analy­ siert und die Absolutmengen der darin enthaltenen Schadstoffe ermittelt und mit Grenzwerten verglichen werden.
Aus der DE-OS 40 05 803 ist ein solches Verfahren bekannt, bei dem die im Abgas enthaltenen Schadstoffmengen selektiv ermittelt und angezeigt werden. Die Schadstoffmengen werden entsprechend vom Fahrer einzustellenden Belastungszonen gewichtet und zur Steuerermittlung gespeichert. Somit wird der Fahrer eines Kraft­ fahrzeuges bei Verursachung hoher Schadstoffmengen zwar finan­ ziell belastet, eine Einhaltung bestimmter Grenzwerte kann durch dieses Verfahren jedoch nicht gewährleistet werden.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mit dem die Einhaltung vorgegebener Grenzwerte für die erzeugten Schadstoffmengen pro Fahrstrecke gewährleistet wird.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patent­ anspruchs 1 gelöst. Weitere Vorteile und Ausgestaltungen gehen aus den Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.
Im Zusammenhang mit der in der Diskussion stehenden CO2-Steuer und der weiteren Reduzierung von schädlichen Abgasbestandteilen wird für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge mit Brenn­ kraftmaschinen, ein Verfahren zur Erfassung und Auswertung der Abgase vorgeschlagen, mit dem es neben der Erfassung und Spei­ cherung der Abgaswerte während der Fahrt auch ermöglicht wird, die Einhaltung von Grenzwerten für die verschiedenen Schadstoffe zu erzwingen. Hierzu wird jedem Fahrzeug pro vorgegebener Fahr­ strecke für die einzelnen Schadstoffkomponenten des Abgases eine bestimmte Absolutmenge zugebilligt. Hieraus werden dann Grenz- Mittelwerte für die einzelnen Schadstoffmengen berechnet. Bei einem Vergleich der gemessenen Schadstoffmengen mit diesen Grenz-Mittelwerten kann dann festgestellt werden, ob die Schad­ stoffmengen die Grenzwerte überschreiten. Ist dies der Fall, so wird die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit solange auf einen vor­ gegebenen Grenzwert beschränkt, bis die gemessenen Schadstoff- Mittelwerte wieder die Grenz-Mittelwerte unterschreiten. Durch die Beschränkung der Fahrgeschwindigkeit wird auch die Menge des produzierten Abgases beschränkt, so daß eine Einhaltung der Grenzwerte tatsächlich erzwungen werden kann.
In einer Ausgestaltung des Verfahrens kann vorgesehen werden, daß aus den Betriebsparametern des Fahrzeugs die Ursache für die Grenzwertüberschreitung ermittelt wird. Hierbei wird unter­ schieden zwischen Grenzwertüberschreitungen, die aufgrund der individuellen Fahrweise und solcher, die aufgrund einer Funk­ tionsstörung einer Fahrzeugkomponente auftreten. Beim Vorliegen einer Funktionsstörung, beispielsweise bei einem Defekt des Ka­ talysators, wird die Fahrgeschwindigkeit soweit begrenzt, daß das Fahrzeug nur noch im Notbetrieb gefahren werden kann. Die Aufhebung dieser Fahrgeschwindigkeitsbegrenzung kann nur nach dem Beheben der Funktionsstörung durch eine Werkstatt erfolgen. Dadurch wird der Fahrer gezwungen, beim Auftreten einer Funk­ tionsstörung möglichst umgehend eine Werkstatt aufzusuchen.
Tritt eine Grenzwertüberschreitung aufgrund der individuellen Fahrweise des Fahrers auf, so wird dieser durch die Begrenzung der Fahrgeschwindigkeit dazu gezwungen, solange weniger Abgase zu erzeugen, bis der Grenzwert wieder unterschritten wird. Die­ ser erzieherische Effekt kann noch dadurch gesteigert werden, daß dem Fahrer sowohl die aktuellen Schadstoffwerte als auch die Grenzwerte angezeigt werden. Dadurch ist er in der Lage, durch rechtzeitige Anpassung seiner Fahrweise eine Begrenzung der Fahrzeuggeschwindigkeit zu vermeiden.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, daß sowohl auf Testzyklen zur Ermittlung der Abgaswerte als auch auf Abgasuntersuchungen zur Ermittlung von defekten Fahrzeugkomponenten verzichtet werden kann. Durch die Erfassung und Speicherung der absoluten Schadstoffmengen können die Abgas­ werte im Realbetrieb erfaßt und anschließend ausgelesen und aus­ gewertet werden. Die Abgasuntersuchung kann entfallen, da der Fahrer beim Vorliegen einer Funktionsstörung durch Umschalten auf Notbetrieb zur umgehenden Behebung der Störung gezwungen wird. Außerdem können die gespeicherten Schadstoffwerte zur direkten und schadstoffmengenbezogenen Steuer- oder Abgabener­ mittlung herangezogen werden.
Das Vorsehen einer Möglichkeit zum Unterbrechen des Verfahrens kann notwendig sein, um Gefahrensituationen zu vermeiden. Zum Beispiel kann eine Unterbrechung des Verfahrens notwendig wer­ den, wenn während eines Überholvorgangs die Fahrgeschwindigkeit begrenzt wird. Um einen Mißbrauch dieser Möglichkeit einzu­ schränken könnte in diesem Fall die anfallende Schadstoffmenge separat erfaßt und mit einer um ein vielfaches höheren Abgabe belegt werden. Außerdem kann eine zeitliche Begrenzung für die Unterbrechung des Verfahrens vorgesehen werden.
Die Möglichkeit, in bestimmten Zeitabständen die Qualität der Umgebungsluft zu analysieren und die Vorgabe der Grenzwerte und Fahrstrecken in Abhängigkeit von der Qualität der Umgebungsluft vorzunehmen, hat den Vorteil, daß in einer stärker belasteten Umgebung, beispielsweise in Ballungsräumen, der Schadstoffaus­ stoß stärker eingeschränkt wird, als in weniger belasteten Ge­ bieten.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nachstehend anhand einer Zeichnung, die einen Ablaufplan zeigt, näher beschrieben. Mach dem Start des Verfahrens in Block 1 wird im Block 2 das Abgas analysiert und die darin enthaltenen Schadstoffmengen Mist(i) selektiv erfaßt und anschließend im Block 3 abgespeichert. Aus den gespeicherten Schadstoffmengen Mist(i) werden dann in Block 4 die Schadstoff-Mittelwerte ist(i) über eine vorgegebene Fahr­ strecke s berechnet und anschließend in Block 5 mit entsprech­ enden Schwellwerten schwell(i) verglichen. Übersteigt keiner der Schadstoff-Mittelwerte ist(i) den entsprechenden Schwellwert schwell(i), so wird zum Block 7 gesprungen. Übersteigt dagegen einer der Schadstoff-Mittelwerte ist(i) den entsprechenden Schwellwert schwell(i), so wird zum Block 6 verzweigt und ein Warnsignal für den Fahrer ausgegeben. Anschließend wird das Verfahren in Block 7 fortgesetzt, wo die Schadstoff-Mittelwerte ist(i) mit entsprechen­ den Grenz-Mittelwerten max(i) verglichen werden. Übersteigt kei­ ner der Schadstoff-Mittelwerte ist(i) den entsprechenden Grenz- Mittelwert max(i), so wird zum Block 8 verzweigt. Nachdem im Block 8 eine eventuell vorgegebene Maximalgeschwindigkeit Vgrenz für das Fahrzeug zurückgenommen beziehungsweise auf den Maximalwert Vmax zurückgesetzt ist, wird an den Beginn von Block 2 zurückgesprungen.
Übersteigt dagegen in Block 7 zumindest einer der Schadstoff- Mittelwerte ist(i) den entsprechenden Grenz-Mittelwert max(i), so wird in Block 9 überprüft, ob die Grenzwertüberschreitung auf­ grund einer Funktionsstörung der Brennkraftmaschine oder einer anderen Fahrzeugkomponente erfolgt ist. Wird hierbei keine Funktionsstörung erkannt, so kann davon ausgegangen werden, daß die Grenzwertüberschreitung durch die individuelle Fahrweise des Fahrzeuglenkers verursacht wurde. In diesem Fall wird zum Block 10 gesprungen, wo die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit Vgrenz auf einen ersten Wert V1 begrenzt wird. Anschließend wird das Verfahren in Block 2 fortgesetzt.
Wird in Block 9 dagegen eine Funktionsstörung erkannt, so wird zum Block 11 gesprungen, wo die maximale Fahrzeuggeschwindigkeit Vgrenz auf einen zweiten Wert V2 begrenzt wird. Diese Geschwin­ digkeitsbegrenzung V2 bleibt solange wirksam, bis die Funk­ tionsstörung in einer Werkstatt behoben wird. Erst bei diesem Werkstattbesuch 12 kann das Verfahren nach der Reparatur durch autorisiertes Fachpersonal zurückgesetzt und in Block 1 erneut gestartet werden. Die Geschwindigkeitsbegrenzung V2 wird zweck­ mäßigerweise so gewählt, daß nur noch ein Notbetrieb des Fahr­ zeugs möglich ist. Durch die eingeschränkten Fahreigenschaften wird der Fahrer einerseits dazu angehalten, die Werkstatt umge­ hend aufzusuchen. Andererseits sind die Fahreigenschaften aber nur soweit eingeschränkt, daß die Werkstatt noch aus eigener Kraft erreicht werden kann.
Die Erfassung der einzelnen Schadstoffmengen Mist(i) erfolgt in einem dazu geeigneten Analysator, dem vorzugsweise ein definier­ ter Teilabgasstrom, beispielsweise über ein Entnahmeventil, zu­ geführt wird. Die Analyse kann in vorgegebenen Zeitabständen oder nach vorgegebenen Fahrstrecken oder in Motorbetriebspunk­ ten, die kennfeldabhängig vorbestimmt sind, durchgeführt werden. Ebenso denkbar ist aber auch eine permanente Abgasentnahme. Das Abgas wird dabei selektiv nach einzelnen Schadstoffkomponenten i, beispielsweise NOx, CO, HC oder Rußpartikel, untersucht. Für jede Schadstoffkomponente i wird ein separater Grenz-Mittelwert max(i) vorgegeben. Ein Überschreiten der zulässigen Grenz-Mittel­ werte max(i) kann in Block 7 dann erkannt werden, wenn ein oder mehrere der Grenz-Mittelwerte max(i), beziehungsweise bestimmte Kombinationen von Grenz-Mittelwerten max(i) überschritten werden.
Zur Beurteilung des Schadstoffausstoßes werden die Schadstoff­ komponenten i über eine vorgegebene Fahrstrecke s gemittelt. Da­ durch werden umgebungsbedingte oder von einzelnen Fahrsituatio­ nen abhängige Schwankungen ausgeglichen. Außerdem kann der Fahr­ zeuglenker durch eine vorausschauende Fahrweise während normalen Verkehrsbedingungen seine Abgaswerte soweit reduzieren, daß in kurzzeitigen Extremsituationen, beispielsweise während eines Überholvorgangs oder einer Bergfahrt, die Grenzwerte nicht so­ fort überschritten werden. Überschreitet er dennoch den Grenz- Mittelwert max(i), so wird durch Begrenzung der Maximalge­ schwindigkeit Vgrenz der Schadstoffausstoß begrenzt und somit das Einhalten der Grenz-Mittelwerte max(i) erzwungen. Paßt der Fahrzeuglenker seine Fahrweise trotz Überschreiten des Grenz- Mittelwertes max(i) nicht an, so wird er über einen längeren Zeitraum in seinen Fahreigenschaften eingeschränkt. Reduziert er dagegen den Schadstoffausstoß durch angepaßte Fahrweise, so wird die Geschwindigkeitseinschränkung Vgrenz relativ schnell wieder zurückgenommen. Die Geschwindigkeitsbegrenzung kann dabei bei­ spielsweise über eine Drehzahl- oder eine Lastbegrenzung reali­ siert werden. Durch dieses System wird außerdem die Anschaffung schadstoffarmer Fahrzeuge attraktiver, während bei Fahrzeugen mit erhöhtem Schadstoffausstoß mit einer stärkeren Einschränkung der Freiheiten der individuellen Fahrweise gerechnet werden muß.
Die Schwellwerte schwell(i) dienen dazu, den Fahrer vor dem Errei­ chen der Grenz-Mittelwerte max(i) zu warnen. Hierzu werden die Schwellwerte schwell(i) jeweils kleiner als die entsprechenden Grenz-Mittelwerte max(i) gewählt. Die Schwellwerte schwell(i) bilden somit eine Art Toleranzband unterhalb der Grenz-Mittelwerte max(i). Innerhalb des Toleranzbandes wird der Fahrer durch ein optisches und/oder akustisches Warnsignal vorgewarnt. Eine Begrenzung der Fahrgeschwindigkeit erfolgt nur dann, wenn trotz der Warnung die Schadstoff-Mittelwerte (ist(i)) weiter steigen. Nehmen die Schadstoff-Mittelwerte (ist(i)) nach einer Überschreitung der Grenzwerte max(i) wieder ab, so bleiben die Warnsignale solange aktiviert, bis auch die Schwellwerte schwell(i) unterschritten werden und somit mit einer Beschränkung der Fahrgeschwindigkeit nicht mehr gerechnet werden muß. In diesem Zusammenhang ist es aber auch denkbar, daß die Beschränkung der Fahrgeschwindigkeit erst dann wieder zurückgenommen wird, wenn die Schadstoff-Mittelwerte (ist(i)) nicht nur unter die Grenz- Mittelwerte max(i), sondern auch wieder unter die Schwellwerte schwell(i) gefallen sind.
Die Freiheit, die dem Fahrzeuglenker zugebilligt wird, ist ab­ hängig von der vorgegebenen Fahrstrecke s. Bei einer Mittel­ wertbildung über eine kurze Fahrstrecke s können nur geringe Schwankungen im schadstoffausstoß ausgeglichen werden. Bei einer Mittelwertbildung über lange Fahrstrecken s kann der Fahrzeug­ lenker Schadstoffmengen einsparen, die er dann bei späteren Fahrten aufbrauchen kann. Hierzu ist es sinnvoll dem Fahrer die aktuellen Schadstoffmengen Mist(i) und die dazugehörigen Grenz- Mittelwerte max(i) anzuzeigen.
Neben einer festen Vorgabe können die Grenz-Mittelwerte max(i), die Schwellwerte schwell(i), die Fahrstrecke s oder der Gewichtungsfaktor für eine automatische Abgabenerhebung auch an lokale Gegebenheiten angepaßt werden. Hierzu kann der Analysator in bestimmten Abständen dazu benutzt werden, die Qualität der Umgebungsluft zu bestimmen. Abhängig von diesen Meßwerten können dann die Vorgaben verändert werden. Damit kann der zulässige Schadstoffausstoß in besonders belasteten Gebieten, beispiels­ weise in Ballungsräumen, stärker begrenzt werden. Weiterhin kann bei den Vorgaben auch die Topographie berücksichtigt werden. So können beispielsweise in einer bergigen Umgebung höhere Grenzwerte zugelassen werden, als im Flachland. Auch berücksich­ tigt werden kann dabei die Beladung beziehungsweise die Zahl der Insassen im Fahrzeug. In diesem Zusammenhang wäre es sinnvoll, die Vorgeschichte der Abgaserzeugung, beispielsweise eine Staufahrt, bei der Ermittlung der Vorgaben zu beachten. Hierzu werden die Vorgabewerte über einen funktionalen Zusammen­ hang zwischen den Betriebszuständen, in denen sich das Fahrzeug während der vorgegeben Fahrstrecke befunden hat, und den Vor­ gabewerten berechnet. Dies kann beispielsweise dadurch reali­ siert werden, daß die Kennfeldbereiche, die während eines Meßintervalls durchlaufen werden, markiert werden und anschlie­ ßend bei der Ermittlung der Vorgabewerte mit unterschiedlicher Gewichtung beitragen.
Um den Mißbrauch solcher Einrichtungen zu verhindern kann zu­ sätzlich ein Täuschungsschutz vorgesehen werden. Hierzu kann beispielsweise aus Betriebsparametern die voraussichtliche Ab­ gasmenge ermittelt und mit den am Analysator ankommenden Abgas­ mengen verglichen werden. Wird hierbei ein Fehler erkannt, so wird sofort auf Notbetrieb umgeschaltet, so daß der Fahrer zu einem Werkstattbesuch und zum Beheben des Fehlers gezwungen wird.
Neben einer Beschränkung der Maximalgeschwindigkeit Vgrenz bei Überschreiten eines Grenz-Mittelwertes max(i) ist es selbstver­ ständlich auch möglich, durch andere Eingriffe in die Motor­ steuerung einen erzieherischen Effekt auf den Fahrzeuglenker auszuüben.

Claims (15)

1. Verfahren zur Erfassung und Auswertung der Abgase von Fahr­ zeugen, wobei die Abgaszusammensetzung analysiert und die Abso­ lutmengen einzelner Schadstoffe bestimmt wird und wobei die er­ mittelten Schadstoffwerte mit vorgegebenen Grenzwerten vergli­ chen wird, dadurch gekennzeichnet,
daß Grenz-Mittelwerte (max(i)) pro vorgegebener Fahrstrecke (S) für die einzelnen Schadstoffe (i) vorgegebenen werden, daß die ermittelten Schadstoffmengen (Mist(i)) über die vorgegebene Fahr­ strecke (S) aufsummiert und Mittelwerte (ist(i)) gebildet werden
und daß die Fahrgeschwindigkeit (V) auf einen vorgegebenen Maxi­ malwert (Vmax) begrenzt wird, wenn zumindest einer der Schad­ stoff-Mittelwerte (ist(i)) den entsprechenden Grenz-Mittelwert (max(i)) überschreitet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß anhand der Betriebsparameter des Fahrzeugs ermittelt wird, ob die Überschreitung des Grenz-Mittelwertes (max(i)) aufgrund einer Funktionsstörung erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen einer Funktionsstörung die Begrenzung der Fahrgeschwindigkeit (V) nur nach der Beseitigung der Funktions­ störung durch eine Werkstatt zurückgenommen werden kann.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei Vorliegen einer Funktionsstörung der Maximalwert (V2) für die Fahrgeschwindigkeit (V) so gewählt ist, daß ein Notbetrieb gerade noch möglich ist.
5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Überschreitung eines Grenz-Mittelwertes (max(i)) ohne Vorliegen einer Funktionsstörung die Fahrgeschwindigkeit (V) des Fahrzeuges solange auf einen Wert (V1) begrenzt wird, bis der ermittelte Schadstoff-Mittelwert (ist(i)) den Grenz- Mittelwert (max(i)) wieder unterschreitet.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Maximalwert (V1) für die Fahrzeuggeschwindigkeit (V) in Abhängigkeit von Betriebsparametern ermittelt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schadstoff-Mittelwerte (ist(i)) und die Grenz-Mittelwerte (max(i)) dem Fahrer angezeigt werden.
8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schadstoff-Mittelwerte (ist(i)) mit entsprechenden Schwellwerten (schwell(i)) verglichen werden, wobei die Schwellwerte (schwell(i)) kleiner als die Grenz-Mittelwerte (max(i)) sind, und daß bei Überschreiten eines Schwellwertes (schwell(i)) ein Warnsignal ausgegeben wird.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ermittelten Schadstoffmengen (Mist(i)) gespeichert und zur Steuererhebung ausgelesen werden können.
10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die für das Verfahren erforderlichen Sollwerte von einem Magnetdatenträger eingelesen werden.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren vom Fahrer unterbrochen werden kann.
12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die während der Unterbrechung des Verfahrens anfallenden Schadstoffmengen (Munt(i)) separat erfaßt und ausgewertet werden.
13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zu vorgegebenen Zeitpunkten die Qualität der Umgebungsluft analysiert und ausgewertet wird.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Grenz-Mittelwerte (max(i)) in Abhängigkeit von der Qualität der Umgebungsluft vorgegeben werden.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahrstreckenvorgabe (S) in Abhängigkeit von der Qualität der Umgebungsluft vorgegeben wird.
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