DE102024203213A1 - Method, control device and computer program product for on-board determination of pollutant emission masses of an internal combustion engine with an exhaust aftertreatment device - Google Patents
Method, control device and computer program product for on-board determination of pollutant emission masses of an internal combustion engine with an exhaust aftertreatment deviceInfo
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Abstract
Das erfindungsgemäße Verfahren zur On-Board-Ermittlung von Schadstoff-Emissionsmassen einer Brennkraftmaschine (1) mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung (2) wird mittels einer der Brennkraftmaschine (1) und/oder der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (2) zugeordneten elektronischen Steuerungsvorrichtung (7) durch Ausführung von Programmanweisungen des erfindungsgemäßen Computerprogrammprodukts (20) ausgeführt. Dabei werden von einem Abgas-Sensor (6c) bereitgestellte Sensor-Signalwerte (AS_Sig) erfasst und basierend darauf werden Schadstoffemissionswerte fortlaufend ermittelt und auf Grundlage der Schadstoffemissionswerte werden die Schadstoff-Emissionsmassen im Betrieb der Brennkraftmaschine (1) berechnet. Gleichzeitig werden die ermittelten Schadstoffemissionswerte in einer elektronischen Speichereinrichtung (7b) der erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungsvorrichtung (7) in Abhängigkeit von Betriebsparameterbereichen der Brennkraftmaschine (1) und/oder der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (2) in Emissionswertegruppen zusammengefasst gespeichert und es werden auf dieser Basis jeweils zu den zugehörigen Betriebsparameterbereichen zugehörige Schadstoffemissions-Ersatzwerte ermittelt. Die Schadstoffemissions-Ersatzwerte werden, zur Ermittlung der Schadstoffemissionsmassen im Betrieb, dann ersatzweise herangezogen, wenn temporär keine oder nur nichtplausible Senor-Signalwerte (AS_Sig) und somit keine brauchbaren, aktuellen Schadstoffemissionswerte zur Verfügung stehen. The method according to the invention for the on-board determination of pollutant emission masses of an internal combustion engine (1) with an exhaust gas aftertreatment device (2) is carried out by means of an electronic control device (7) assigned to the internal combustion engine (1) and/or the exhaust gas aftertreatment device (2) by executing program instructions of the computer program product (20) according to the invention. Sensor signal values (AS_Sig) provided by an exhaust gas sensor (6c) are detected, and pollutant emission values are continuously determined based thereon. The pollutant emission masses during operation of the internal combustion engine (1) are calculated based on the pollutant emission values. At the same time, the determined pollutant emission values are stored in an electronic storage device (7b) of the electronic control device (7) according to the invention, grouped into emission value groups depending on operating parameter ranges of the internal combustion engine (1) and/or the exhaust gas aftertreatment device (2). On this basis, pollutant emission substitute values associated with the respective operating parameter ranges are determined. The pollutant emission substitute values are used as a substitute to determine the pollutant emission masses during operation if temporarily no or only implausible sensor signal values (AS_Sig) are available and thus no usable, current pollutant emission values are available.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur On-Board-Ermittlung von Schadstoff-Emissionsmassen einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, also die Schadstoff-Emissionsmassen, welche die der Brennkraftmaschine nachgeordnete Abgasnachbehandlungsvorrichtung verlassen, also in die Umwelt abgegeben werden. On-Board-Ermittlung bedeutet in diesem Fall, dass die Schadstoff-Emissionsmassen, während dem bestimmungsgemäßen Betrieb der Brennkraftmaschine, fortlaufend mittels einer der Brennkraftmaschine und/oder der Abgasnachbehandlungsvorrichtung zugeordneten elektronischen Messeinrichtung ermittelt werden. Dies entspricht einem sogenannten On-Board-Monitoring (OBM) der Schadstoffemissionen im Betrieb. Eine solche elektronische Messeinrichtung besteht in der Regel aus einer elektronischen Steuerungsvorrichtung die zum Betreiben der Brennkraftmaschine und/oder der Abgasnachbehandlungsvorrichtung vorgesehen ist und zumindest einem, mit der Steuerungsvorrichtung signaltechnisch verbundenen Abgas-Sensor, der Sensor-Signalwerte bereitstellt, die repräsentativ sind für eine Konzentration zumindest eines Schadstoffs in dem die Abgasnachbehandlungsvorrichtung verlassenden Abgasstromes der Brennkraftmaschine. Die elektronischen Steuerungsvorrichtung empfängt die Sensor-Signalwerte und berechnet auf dieser Basis, durch Ausführung von entsprechenden gespeicherten Programmanweisungen in einer elektronischen Recheneinheit (Prozessor), die Schadstoff-Emissionsmassen.The invention relates to a method for the on-board determination of pollutant emission masses of an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment device, i.e., the pollutant emission masses that leave the exhaust gas aftertreatment device downstream of the internal combustion engine and are thus released into the environment. On-board determination in this case means that the pollutant emission masses are continuously determined during the intended operation of the internal combustion engine using an electronic measuring device assigned to the internal combustion engine and/or the exhaust gas aftertreatment device. This corresponds to so-called on-board monitoring (OBM) of pollutant emissions during operation. Such an electronic measuring device generally consists of an electronic control device provided for operating the internal combustion engine and/or the exhaust gas aftertreatment device, and at least one exhaust gas sensor connected to the control device for signaling purposes, which provides sensor signal values representative of a concentration of at least one pollutant in the exhaust gas stream of the internal combustion engine leaving the exhaust gas aftertreatment device. The electronic control device receives the sensor signal values and calculates the pollutant emission masses on this basis by executing corresponding stored program instructions in an electronic processing unit (processor).
Die Erfindung betrifft weiterhin eine elektronische Steuerungsvorrichtung und ein Computerprogrammprodukt mit Programmanweisungen zur Ausführung des Verfahrens.The invention further relates to an electronic control device and a computer program product with program instructions for carrying out the method.
Die aktuelle und zukünftige Gesetzgebung schreibt vor, dass das Emissionsverhalten von Kraftfahrzeugen (Kfz) insbesondere der diese antreibenden Brennkraftmaschinen und deren Abgasnachbehandlungsvorrichtungen laufend im Betrieb überwacht und jegliche Verschlechterungen erkannt werden müssen. Die Gesetzgebung sieht dazu den Einsatz von sogenannten On-Board-Monitoring-Systemen (OBM-System) vor, die kontinuierlich den Ausstoß von Schadstoffen am Ausgang der Abgasnachbehandlungsvorrichtung in die Umwelt, erfassen. Die Gesetzgebung fordert des Weiteren das sichere Erkennen einer Nichteinhaltung der Emissionsgrenzwerte im Realbetrieb. Dazu ist es ggf. auch erforderlich die einwandfreie Funktion des jeweiligen On-Board-Monitoring-Systems sicherzustellen bzw. zu überwachen.Current and future legislation stipulates that the emissions behavior of motor vehicles (motor vehicles), particularly the internal combustion engines that power them and their exhaust aftertreatment systems, must be continuously monitored during operation, and any deterioration must be detected. The legislation provides for the use of so-called on-board monitoring systems (OBM systems), which continuously record the emission of pollutants into the environment at the outlet of the exhaust aftertreatment system. Furthermore, the legislation requires the reliable detection of non-compliance with emission limits during real-world operation. This may also require ensuring and monitoring the proper functioning of the respective on-board monitoring system.
Die Einhaltung der gesetzlichen Vorgaben wird durch den Gesetzgeber im Rahmen der Zertifizierung eines neu zuzulassenden Kfz als auch im über die Betriebsdauer bzw. die Betriebskilometer definierten Lebenszyklus (Live-Cycle) hinweg, im Rahmen eines sogenannten In-Sevice-Conformity-Tests (ISC-Test) überprüft, der künftig die Überprüfung des jeweiligen OBM-Systems einschließt.Compliance with the legal requirements is checked by the legislator as part of the certification of a newly registered vehicle as well as over the life cycle defined by the operating period or the operating kilometers, as part of a so-called in-service conformity test (ISC test), which in the future will include the review of the respective OBM system.
Aufgrund unterschiedlicher Messgenauigkeiten der zur Überprüfung eingesetzten Referenzmesstechnik und der im OBM-System eingesetzten Großserientechnologie zur fortlaufenden Messung im realen bestimmungsgemäßen Betrieb einer Serienbrennkraftmaschine bzw. des entsprechenden Kfz, ergibt sich zwangsläufig eine Abweichung zwischen dem Messergebnis der Referenzmessung und dem Messergebnis des OBM-Systems.Due to different measurement accuracies of the reference measurement technology used for the verification and the large-scale technology used in the OBM system for continuous measurement in the real, intended operation of a series-produced internal combustion engine or the corresponding vehicle, there is inevitably a deviation between the measurement result of the reference measurement and the measurement result of the OBM system.
Eine solche Abweichung kann insbesondere auch dadurch entstehen, dass unter bestimmten Randbedingungen während des Betriebes keine oder keine zuverlässigen Messungen mittels des OBM-Systems durchgeführt werden können.Such a deviation may also arise in particular because, under certain boundary conditions, no or no reliable measurements can be carried out using the OBM system during operation.
Dabei kann es sich beispielsweise um folgende Randbedingungen handeln:
- - Die ggf. verzögerte technische Betriebsbereitschaft eines Abgas-Sensors beim Starten der Brennkraftmaschine;
- - ggf. auftretende kurzzeitige Störungen bei der Übertragung einzelner Abgas-Sensorwerte zum Steuergerät, in dem die Funktionalität des OBM-Systems realisiert ist;
- - funktionsbedingte, kurzzeitige Störungen der Abgas-Sensoren, die zu unplausiblen, ungültigen Sensorwerten führen.
- - The possible delay in the technical operational readiness of an exhaust gas sensor when starting the internal combustion engine;
- - possible short-term disturbances in the transmission of individual exhaust gas sensor values to the control unit in which the functionality of the OBM system is implemented;
- - functional, short-term malfunctions of the exhaust gas sensors, which lead to implausible, invalid sensor values.
Insbesondere wenn solche Fehlfunktionen nicht erkannt werden bzw. nicht zu einem Fehlereintrag im OBM-System führen, werden die während dieser Betriebsphasen emittierten Schadstoffmassen nicht oder nur ungenügend erfasst und verringern somit die durch das OMB-System erfassten Schadstoffmassen.In particular, if such malfunctions are not detected or do not lead to an error entry in the OBM system, the pollutant masses emitted during these operating phases are not recorded or are only recorded insufficiently and thus reduce the pollutant masses recorded by the OMB system.
Da das Referenzmesssystem kontinuierlich und frei von Unterbrechungen arbeitet, resultiert daraus eine Vergrößerung der Abweichung zu den Messergebnissen der Referenzmessung. Liegt die Abweichung der Messergebnisse außerhalb eines definierten Toleranzbandes gilt das OBM-System als „nicht mit dem Gesetz konform“. Dies gilt im Besonderen, wenn das Messergebnis der Referenzmessung eine Überschreitung der Grenzwerte ausweist, die vom OBM-System nicht erkannt wurde.Since the reference measurement system operates continuously and without interruptions, this results in an increased deviation from the reference measurement results. If the deviation of the measurement results lies outside a defined tolerance range, the OBM system is considered "non-compliant with the law." This applies in particular if the reference measurement result indicates an exceedance of the limit values that was not detected by the OBM system.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit der Ermittlung der emittierten Schadstoffmassen mittels eines On-Board-Monitoring-Systems zu erhöhen und eine verbesserte Diagnose der Funktionstüchtigkeit des OBM-Systems zu ermöglichen, um so Nicht-Konformitäten beim ISC-Test möglichst auszuschließen.The present invention is therefore based on the object of increasing the accuracy of the determination of the emitted pollutant masses by means of an on-board monitoring system and of to enable improved diagnosis of the functionality of the OBM system in order to exclude non-conformities in the ISC test as far as possible.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren, eine elektronische Steuerungsvorrichtung und ein Computerprogrammprodukt mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Ansprüchen.This object is achieved by a method, an electronic control device and a computer program product having the features according to the independent claims.
Vorteilhafte Ausführungsformen, Weiterbildungen und Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Die vorteilhaften Aus- und Weiterbildungen, können einzeln oder, sofern es sich nicht um sich gegenseitig ausschließende Alternativen handelt, auch in Kombination miteinander eingesetzt werden. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der elektronischen Steuerungsvorrichtung sowie dem Computerprogrammprodukt, und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung dieser Erfindung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden kann.Advantageous embodiments, developments, and details of the present invention emerge from the dependent claims, the description, and the drawings. The advantageous embodiments and developments can be used individually or, provided they are not mutually exclusive alternatives, in combination with one another. Features and details described in connection with the method naturally also apply in connection with the electronic control device and the computer program product, and vice versa, so that with regard to the disclosure of this invention, reference can always be made to the individual aspects of the invention.
Die Vorteile der Erfindung sind im Wesentlichen darin zu sehen, dass eine genauere, realitätsnähere Ermittlung der Masse der von einer Brennkraftmaschine im bestimmungsgemäßen Betrieb und über deren Lebensdauer hinweg emittierten Schadstoffe mittels eines On-Board-Monitoring-Systems erfolgen kann.The advantages of the invention are essentially that a more precise, more realistic determination of the mass of pollutants emitted by an internal combustion engine during normal operation and over its service life can be carried out by means of an on-board monitoring system.
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur On-Board-Ermittlung von Schadstoff-Emissionsmassen einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung bereitgestellt. Dies entspricht einem sogenannten On-Board-Monitoring der Schadstoffemissionen. Das Verfahren wird dabei mittels einer der Brennkraftmaschine und/oder der Abgasnachbehandlungsvorrichtung zugeordneten elektronischen Steuerungsvorrichtung ausgeführt. Die elektronische Steuerungsvorrichtung kann dabei eine zentrale Steuerungsvorrichtung oder ein Teil bzw. ein Subsystem einer zentralen Steuerungsvorrichtung der Brennkraftmaschine oder auch ein Teil oder Subsystem eines On-Board-Monitoring-Systems eines Kraftfahrzeugs, als auch eine separate elektronische Steuerungsvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens sein.According to the invention, a method is provided for the on-board determination of pollutant emission masses of an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment device. This corresponds to so-called on-board monitoring of pollutant emissions. The method is carried out by means of an electronic control device assigned to the internal combustion engine and/or the exhaust gas aftertreatment device. The electronic control device can be a central control device or a part or subsystem of a central control device of the internal combustion engine or also a part or subsystem of an on-board monitoring system of a motor vehicle, as well as a separate electronic control device for implementing the method.
Im Rahmen des Verfahrens werden von zumindest einem Abgas-Sensor bereitgestellte Sensor-Signalwerte, die repräsentativ sind für eine Konzentration zumindest eines Schadstoffs im Abgasstrom der Brennkraftmaschine, erfasst und auf Basis dieser Sensor-Signalwerte werden entsprechende Schadstoffemissionswerte fortlaufend ermittelt.Within the scope of the method, sensor signal values provided by at least one exhaust gas sensor, which are representative of a concentration of at least one pollutant in the exhaust gas flow of the internal combustion engine, are recorded and, on the basis of these sensor signal values, corresponding pollutant emission values are continuously determined.
Dabei können im Rahmen der Erfindung auch von mehreren Abgas-Sensoren Sensor-Signalwerte bereitgestellt werden, die jeweils für die Konzentration eines bestimmten Schadstoffs im Abgasstrom repräsentativ sind. Ebenso kann von einem Abgas-Sensor ein Signal bereitgestellt werden, das repräsentativ ist für die Konzentration mehrerer verschiedener Schadstoffe im Abgasstrom in Summe. Schadstoffe deren Konzentrationen im Abgasstrom auf diese Weise ermittelt werden können sind beispielsweise Stickoxide (NOx), Kohlenwasserstoffe (HC) und Amoniak (NH3).Within the scope of the invention, sensor signal values can also be provided by multiple exhaust gas sensors, each representative of the concentration of a specific pollutant in the exhaust gas stream. Likewise, one exhaust gas sensor can provide a signal representative of the total concentration of several different pollutants in the exhaust gas stream. Pollutants whose concentrations in the exhaust gas stream can be determined in this way include nitrogen oxides (NOx), hydrocarbons (HC), and ammonia ( NH3 ).
Die Schadstoffemissionswerte sind beispielsweise Werte für die Konzentration des jeweiligen Schadstoffs im Abgasstrom.The pollutant emission values are, for example, values for the concentration of the respective pollutant in the exhaust gas stream.
Die Schadstoff-Emissionsmassen werden dann im fortlaufenden Betrieb der Brennkraftmaschine auf Grundlage der Schadstoffemissionswerte berechnet. Dazu können ggf. Werte des jeweils aktuellen Abgasstroms mit herangezogen und ein jeweiliger Massenstrom des betrachteten Schadstoffes, also die Schadstoff-Emissionsmasse berechnet werden.The pollutant emission masses are then calculated during continuous operation of the internal combustion engine based on the pollutant emission values. For this purpose, values of the current exhaust flow can be used if necessary, and a respective mass flow of the pollutant in question, i.e., the pollutant emission mass, can be calculated.
Das Verfahren zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die ermittelten Schadstoffemissionswerte, quasi parallel zur Berechnung der aktuellen Schadstoff-Emissionsmassen, in einem Speicherbereich bzw. einer elektronischen Speichereinrichtung der elektronischen Steuerungsvorrichtung in Abhängigkeit von Betriebsparameterbereichen der Brennkraftmaschine und/oder der Abgasnachbehandlungsvorrichtung in Emissionswertegruppen zusammengefasst gespeichert werden. Auf Basis dieser Emissionswertegruppen werden dann jeweils zu den zugehörigen Betriebsparameterbereichen zugehörige Schadstoffemissions-Ersatzwerte ermittelt.The method is particularly characterized by the fact that the determined pollutant emission values, virtually parallel to the calculation of the current pollutant emission masses, are stored in a memory area or an electronic storage device of the electronic control device, grouped into emission value groups depending on the operating parameter ranges of the internal combustion engine and/or the exhaust gas aftertreatment device. Based on these emission value groups, substitute pollutant emission values corresponding to the respective operating parameter ranges are then determined.
Diese Schadstoffemissions-Ersatzwerte werden dann zur Ermittlung der Schadstoff-Emissionsmassen im Betrieb, in Abhängigkeit von den Betriebsparameterbereichen der Brennkraftmaschine und/oder der Abgasnachbehandlungsvorrichtung, ersatzweise, anstatt der aktuell ermittelten Schadstoffemissionswerte herangezogen, wenn temporär keine oder nur nichtplausible Senor-Signalwerte und somit keine brauchbaren, aktuellen Schadstoffemissionswerte zur Verfügung stehen.These pollutant emission substitute values are then used to determine the pollutant emission masses during operation, depending on the operating parameter ranges of the internal combustion engine and/or the exhaust gas aftertreatment device, instead of the currently determined pollutant emission values, if temporarily no or only implausible sensor signal values and thus no usable, current pollutant emission values are available.
Auf diese Weise werden auch in Betriebsphasen, in denen keine oder keine verlässlichen Sensor-Signalwerte zur Verfügung stehen, quasi Schadstoff-Emissions-Ersatzmassen berechnet, die den tatsächlichen Schadstoff-Emissionsmassen sehr nahekommen. Es entstehen somit keine oder nur sehr kleine Fehlmengen und Abweichungen zu den mit einem externen Referenzmesssystem zu ermittelnden Schadstoff-Emissionsmassen und die Konformität mit den gesetzlichen Bestimmungen bleibt gewährleistet.In this way, even in operating phases where no or no reliable sensor signal values are available, pollutant emission substitute masses are calculated that are very close to the actual pollutant emission masses. This results in no or only very small shortfalls and deviations from the values that can be determined with an external reference measuring system. The determination of pollutant emission masses and conformity with legal requirements remains guaranteed.
Weitere vorteilhafte Ausführungen und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in den Unteransprüchen offenbart, wie nachfolgend beschrieben.Further advantageous embodiments and refinements of the method according to the invention are disclosed in the subclaims, as described below.
In einer Ausführung des Verfahrens wird zumindest eine der folgenden Maßnahmen eingeleitet, wenn die Schadstoff-Emissionsmassen einen vorgegebenen Schwellenwert überschreiten. So kann wahlweise oder in Kombination die Ausgabe einer Warn- oder Fehlermeldung an einen Betreiber der Brennkraftmaschine erfolgen, eine Abspeicherung einer Warn- oder Fehlermeldung in einem Fehlerspeicher der elektronischen Steuerungsvorrichtung vorgenommen werden, eine Beschränkung des Betriebs der Brennkraftmaschine auf Betriebsbereiche mit niedrigen Schadstoff-Emissionen durchgeführt werden und/oder die Stilllegung der Brennkraftmaschine veranlasst werden. Auf diese Weise wird vorteilhaft sichergestellt, dass die Brennkraftmaschine nicht oder nur zeitlich begrenzt die gesetzlich vorgegebenen Emissionsgrenzwerte überschreitet.In one embodiment of the method, at least one of the following measures is initiated if the pollutant emission masses exceed a predetermined threshold. This can be done either selectively or in combination by issuing a warning or error message to an operator of the internal combustion engine, storing a warning or error message in an error memory of the electronic control device, restricting the operation of the internal combustion engine to operating ranges with low pollutant emissions, and/or initiating the shutdown of the internal combustion engine. This advantageously ensures that the internal combustion engine does not exceed the legally prescribed emission limits or only does so for a limited period of time.
In einer weiteren Ausführung des Verfahrens, werden die auf Basis der Sensor-Signalwerte für einen betreffenden Betriebsparameterbereich ermittelten Schadstoffemissionswerte mit den Schadstoffemissions-Ersatzwerten für den betreffenden Betriebsparameterbereich verglichen oder in Relation gesetzt. Auf diese Weise wird ein Emissions-Vergleichswert ermittelt. Wenn nun der ermittelte Emissions- Vergleichswert einen vorgegebenen oberen Schwellenwert überschreitet oder einen vorgegebenen unteren Schwellenwert unterschreitet, wird die On-Board-Ermittlung der Schadstoff-Emissionsmassen, und somit das On-Board-Monitoring-System als fehlerhaft erkannt und dem Betreiber als Fehlermeldung angezeigt bzw. als Fehler in einem Fehlerspeicher zur späteren Diagnose abgespeichert. Vorteilhaft können dann in Reaktion darauf Maßnahmen ergriffen werden zur Behebung der Abweichungen und ggf. zur Vermeidung erhöhter Schadstoffemissionen.In a further embodiment of the method, the pollutant emission values determined on the basis of the sensor signal values for a respective operating parameter range are compared or related to the pollutant emission substitute values for the respective operating parameter range. In this way, an emissions comparison value is determined. If the determined emissions comparison value exceeds a specified upper threshold or falls below a specified lower threshold, the on-board determination of the pollutant emission masses, and thus the on-board monitoring system, is identified as faulty and displayed to the operator as an error message or stored as an error in an error memory for later diagnosis. Advantageously, measures can then be taken in response to this to correct the deviations and, if necessary, to prevent increased pollutant emissions.
In einer Ausprägung des Verfahrens, werden die den Betriebsparameterbereichen zugeordneten Schadstoffemissions-Ersatzwerte ermittelt, durch Bildung eines Mittelwertes über die gespeicherten Schadstoffemissionswerte der jeweiligen Emissionswertegruppe, oder durch Filterung, Gewichtung und Bündelung der gespeicherten Schadstoffemissionswerte der jeweiligen Emissionswertegruppe oder durch eine statistische Auswertung der gespeicherten Schadstoffemissionswerte der jeweiligen Emissionswertegruppe. Die vorgenannten Methoden können jedoch auch in Kombination angewendet werden. Durch Anwendung einer dieser oder mehrerer dieser Methoden in Kombination wird ein Schadstoffemissions-Ersatzwert ermittelt, der mit großer Wahrscheinlichkeit sehr nahe an dem aktuellen Schadstoffemissionswert des aktuellen Betriebsparameterbereichs liegt. Die auf dieser Basis ermittelten Schadstoff-Emissions-Ersatzmassen entsprechen somit auch den tatsächlichen aktuellen Schadstoff-Emissionsmassen mit hoher Wahrscheinlichkeit und guter Genauigkeit.In one version of the procedure, the pollutant emission substitute values assigned to the operating parameter ranges are determined by calculating an average over the stored pollutant emission values of the respective emission value group, or by filtering, weighting and bundling the stored pollutant emission values of the respective emission value group, or by a statistical evaluation of the stored pollutant emission values of the respective emission value group. The aforementioned methods can, however, also be used in combination. By applying one or more of these methods in combination, a pollutant emission substitute value is determined that is very likely to be very close to the current pollutant emission value of the current operating parameter range. The pollutant emission substitute masses determined on this basis therefore also correspond to the actual current pollutant emission masses with a high degree of probability and good accuracy.
In weiterer Ausprägung des Verfahrens wird durch Integration der fortlaufend über eine vergangene Betriebsdauer der Brennkraftmaschine ermittelten Schadstoff-Emissionsmassen eine Gesamt-Schadstoff-Emissionsmasse für die vergangene Betriebsdauer ermittelt. Dies ermöglicht eine Betrachtung der emittierten Schadstoffmasse über verschiedene Betriebsparameterbereiche hinweg.In a further development of the method, a total pollutant emission mass for the past operating period is determined by integrating the pollutant emission masses continuously determined over the past operating period of the internal combustion engine. This allows for the analysis of the emitted pollutant mass across different operating parameter ranges.
Ausgehend von der zuvor beschriebenen Ermittlung einer Gesamt-Schadstoff-Emissionsmasse kann in Weiterführung dessen ein Emissions-Verhältniswert gebildet wird aus der Gesamt-Schadstoffemissionsmasse und einer zugehörigen vergangenen Betriebsdauer oder einer während der Betriebsdauer zurückgelegten Fahrstrecke eines mittels der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs oder der über die Betriebsdauer der Brennkraftmaschine umgesetzte Energie. Dies ermöglicht bei einem mit einer entsprechenden Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeug die Ermittlung bzw. Überwachung der Emissionen im praktischen Fahrbetrieb, was auch untere der Bezeichnung „Real Driving Emissions“ (RDE) bekannt ist. Dabei werden die ermittelten Schadstoff-Emissionsmassen über die, mit einer bestimmten Fahrstrecke in Relation stehende, Betriebsdauer integriert und zu der zurückgelegten Fahrstrecke ins Verhältnis gesetzt. Auf diese Weise kann vorteilhaft die Einhaltung der gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte überwacht und ggf. Korrekturmaßnahmen ergriffen werden, um ein Bestehen im Rahmen eines sogenannten In-Sevice-Conformity-Tests (ISC-Test) sicherzustellen.Based on the previously described determination of a total pollutant emission mass, an emissions ratio value can be calculated from the total pollutant emission mass and the associated past operating time or a distance traveled during the operating time of a motor vehicle powered by an internal combustion engine, or the energy converted over the operating time of the internal combustion engine. This enables the determination and monitoring of emissions during practical driving of a motor vehicle powered by a corresponding internal combustion engine, which is also known as "Real Driving Emissions" (RDE). The determined pollutant emission masses are integrated over the operating time related to a specific distance traveled and compared to the distance traveled. In this way, compliance with the legally prescribed limit values can be advantageously monitored and, if necessary, corrective measures can be taken to ensure passing an in-service conformity test (ISC test).
In Weiterführung der vorgenannten Ausprägung des Verfahrens kann, wenn der jeweilige Emissions-Verhältniswert, beispielsweise eine Schadstoffmasse pro Kilometer, einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, beispielsweise 80 mg/Km NOx, gemäß Abgasverordnung Euro 6, zumindest eine der folgenden Maßnahmen eingeleitet werden:
- - Ausgabe einer Warn- oder Fehlermeldung an einen Betreiber der Brennkraftmaschine und Abspeicherung dieser Fehlermeldung in einem Fehlerspeicher der elektronischen Steuerungsvorrichtung;
- - Beschränkung des Betriebs der Brennkraftmaschine auf Betriebsbereiche mit niedrigen Schadstoff-Emissionen oder
- - Stilllegung der Brennkraftmaschine.
- - issuing a warning or error message to an operator of the internal combustion engine and storing this error message in an error memory of the electronic control device;
- - Restriction of the operation of the internal combustion engine to operating ranges with low pollutant emissions or
- - Decommissioning of the internal combustion engine.
Die genannten Maßnahmen können einzeln aber auch in Kombination, soweit sie sich nicht gegenseitig ausschließen, eingeleitet werden. So kann vorteilhaft ein erhöhter, ggf. die gesetzlichen Vorgaben überschreitender Schadstoffausstoß verhindert werden.The measures mentioned can be implemented individually or in combination, provided they are not mutually exclusive. This can advantageously prevent increased pollutant emissions that may exceed legal requirements.
Bei einer weiteren Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer der vorgenannten Ausführungen, sind die Betriebsparameterbereiche abgegrenzt durch Werte oder Wertebereiche von zumindest einem oder auch mehreren der folgenden Betriebsparameter:
- - aktuelle Drehzahl der Brennkraftmaschine,
- - aktuell abgegebene Leistung/Last der Brennkraftmaschine,
- - aktueller Ansaugluftmassenstrom,
- - aktueller Ladedruck im Ansaugtrakt,
- - aktuelle zugeführte Kraftstoffmasse,
- - aktueller Abgasrückführungsstrom,
- - aktuelle Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine,
- - aktuelle Betriebstemperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung,
- - Abgastemperatur vor der Abgasnachbehandlungsvorrichtung,
- - Abgastemperatur nach der Abgasnachbehandlungsvorrichtung,
- - Größe des Abgasstromes,
- - Umgebungstemperatur.
- - current speed of the internal combustion engine,
- - current output power/load of the internal combustion engine,
- - current intake air mass flow,
- - current boost pressure in the intake tract,
- - current fuel mass supplied,
- - current exhaust gas recirculation flow,
- - current operating temperature of the internal combustion engine,
- - current operating temperature of the exhaust aftertreatment device,
- - exhaust gas temperature before the exhaust aftertreatment device,
- - exhaust gas temperature after the exhaust gas aftertreatment device,
- - size of the exhaust gas flow,
- - Ambient temperature.
Dies schließt eine zusätzliche Abgrenzung mit weiteren, nicht genannten Parametern nicht aus. Vorzugsweise werden dabei Betriebsparameter in Kombination herangezogen, die jeweils ein bestimmtes Schadstoff-Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine kennzeichnen. Immer wenn die Brennkraftmaschine mit einer Betriebsparameterkombination innerhalb dieser jeweiligen Grenzen betrieben wird, werden die zugehörigen, auf Basis der Sensor-Signalwerte ermittelten Schadstoffemissionswerte in der zugehörigen Emissionswertegruppe gespeichert. Mittels der genannten Betriebsparameter lassen sich vorteilhaft sinnvoll abgegrenzte Betriebsparameterbereiche bzw. Emissionswertegruppen definieren. Dabei können sich benachbarte Betriebsparameterbereiche auch überlappen.This does not preclude additional delimitation using other, unmentioned parameters. Preferably, operating parameters are used in combination, each of which characterizes a specific pollutant emission behavior of the internal combustion engine. Whenever the internal combustion engine is operated with an operating parameter combination within these respective limits, the associated pollutant emission values determined based on the sensor signal values are stored in the associated emission value group. Using the aforementioned operating parameters, it is advantageous to define sensibly defined operating parameter ranges or emission value groups. Adjacent operating parameter ranges can also overlap.
Gemäß einer Weiterführung der vorgenannten Ausführung, sind die einen jeweiligen Betriebsparameterbereich abgrenzenden Werte oder Wertebereiche des oder der jeweiligen Betriebsparameter über die Betriebsdauer der Brennkraftmaschine veränderbar. Die Betriebsdauer kann hierbei bestimmte Betriebsabschnitte kennzeichnen, kann aber auch die gesamte Lebensdauer der Brennkraftmaschine umfassen. Hierdurch können die Betriebsparameterbereiche im Betrieb beispielsweise an gehäuft auftretende Betriebsmuster (z. b. sportliche oder ökonomische Fahrweise beim Einsatz in einem Kfz, etc.) angepasst werden. Auch alterungsbedingten Betriebsveränderungen, beispielsweise durch Verschleiß, kann hierdurch Rechnung getragen werden.According to a continuation of the above embodiment, the values or value ranges of the respective operating parameter(s) that define a respective operating parameter range can be changed over the operating life of the internal combustion engine. The operating life can characterize specific operating phases, but can also encompass the entire service life of the internal combustion engine. This allows the operating parameter ranges to be adapted to frequently occurring operating patterns (e.g., sporty or economical driving when used in a motor vehicle, etc.). Age-related operating changes, such as wear, can also be taken into account in this way.
In einer weiteren Ausführung des Verfahrens kann ein auf Basis der Sensor-Signalwerte ermittelter Schadstoffemissionswert in mehreren, insbesondere zwei benachbarten Emissionswertegruppen parallel gespeichert werden. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn sich benachbarte Betriebsparameterbereiche überlappen. Dies erlaubt eine feinmaschigere Abdeckung des Betriebs der Brennkraftmaschine durch die definierten Betriebsparameterbereiche und eine genauere Zuordnung von Schadstoffem issions-Ersatzwerten.In a further embodiment of the method, a pollutant emission value determined based on the sensor signal values can be stored in parallel in several, particularly two adjacent, emission value groups. This can be the case, for example, if adjacent operating parameter ranges overlap. This allows for a more detailed coverage of the internal combustion engine's operation by the defined operating parameter ranges and a more precise assignment of pollutant emission substitute values.
In einer anderen Ausführung des Verfahrens werden zur Ermittlung eines Schadstoffemissions-Ersatzwertes eines Betriebsparameterbereichs Schadstoffemissionswerte aus mehreren, insbesondere aus zwei oder drei benachbarten Emissionswertegruppen verknüpft. Dies ermöglicht eine Vergleichmäßigung der Schadstoffemissions-Ersatzwerte insbesondere in Betriebsparameterbereichen, in denen mit einem unstetigen, sprunghaften Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine gerechnet werden muss.In another embodiment of the method, pollutant emission values from several, particularly two or three adjacent, emission value groups are combined to determine a pollutant emission substitute value for an operating parameter range. This enables the pollutant emission substitute values to be equalized, particularly in operating parameter ranges where discontinuous, erratic emission behavior of the internal combustion engine is to be expected.
Das erfindungsgemäße Verfahren in allen vorgenannten Ausführungen kann sowohl in Bezug auf einzelne Schadstoffe, beispielsweise NOx, CH oder NH3 im Abgasstrom als auch in Bezug auf Schadstoff-Summenwerte mehrerer Schadstoffe zusammen im Abgas angewendet werden. Dies ist maßgeblich abhängig von den zur Verfügung stehenden Abgas-Sensoren.The method according to the invention, in all of its aforementioned embodiments, can be applied both to individual pollutants, such as NOx, CH, or NH3 in the exhaust stream, and to the total pollutant values of several pollutants combined in the exhaust gas. This depends largely on the available exhaust gas sensors.
Eine erfindungsgemäße elektronische Steuerungsvorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung weist zumindest eine elektronische Speichereinrichtung, in der zumindest ein Computerprogrammprodukt mit Programmanweisungen bereitgestellt ist, und eine Ein-/Ausgabe-Schnittstelle, die zum Empfang und zur Ausgabe von elektrischen Signalen eingerichtet ist, sowie eine elektronische Recheneinheit (Prozessor), mit Zugriff auf die zumindest eine elektronische Speichereinrichtung und die Ein-/Ausgabe-Schnittstelle, zur Ausführung der Programmanweisungen auf. Wenn die Programmanweisungen mittels der elektronischen Recheneinheit ausgeführt werden, veranlassen diese die elektronische Steuerungsvorrichtung das Verfahren gemäß einem der vorausgehenden Ansprüche auszuführen. Die elektronische Steuerungsvorrichtung ist also dazu eingerichtet ein Verfahren gemäß einer der vorausgehend beschriebenen Ausführungen auszuführen. Die Vorteile dieser elektronische Steuerungsvorrichtung sind gleich dem Verfahren im Wesentlichen darin zu sehen, dass eine genauere, realitätsnähere Ermittlung der Masse der von einer Brennkraftmaschine im bestimmungsgemäßen Betrieb und über deren Lebensdauer hinweg emittierten Schadstoffe mittels eines On-Board-Monitoring-Systems erfolgen kann.An electronic control device according to the invention for operating an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment device has at least one electronic memory device in which at least one computer program product with program instructions is provided, and an input/output interface which is designed to receive and output electrical signals, as well as an electronic processing unit (processor) with access to the at least one electronic memory storage device and the input/output interface for executing the program instructions. When the program instructions are executed by the electronic processing unit, they cause the electronic control device to carry out the method according to one of the preceding claims. The electronic control device is therefore configured to carry out a method according to one of the previously described embodiments. The advantages of this electronic control device, like the method, are essentially that a more precise, more realistic determination of the mass of pollutants emitted by an internal combustion engine during intended operation and over its service life can be carried out by means of an on-board monitoring system.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung, umfasst Programmanweisungen zur Ausführung durch die elektronische Recheneinheit der vorgenannten elektronischen Steuerungsvorrichtung, wobei die Programmanweisungen bei Ausführung durch die elektronische Recheneinheit, die elektronische Steuerungsvorrichtung veranlassen, das Verfahren gemäß einer der vorausgehend beschriebenen Ausführungen durchzuführen.A computer program product according to the invention for operating an internal combustion engine with an exhaust gas aftertreatment device comprises program instructions for execution by the electronic computing unit of the aforementioned electronic control device, wherein the program instructions, when executed by the electronic computing unit, cause the electronic control device to carry out the method according to one of the previously described embodiments.
Auch hier liegen die Vorteile im Wesentlichen darin, dass eine genauere, realitätsnähere Ermittlung der Masse der von einer Brennkraftmaschine im bestimmungsgemäßen Betrieb und über deren Lebensdauer hinweg emittierten Schadstoffe mittels eines On-Board-Monitoring-Systems erfolgen kann.Here, too, the main advantages are that a more precise, more realistic determination of the mass of pollutants emitted by an internal combustion engine during normal operation and over its service life can be carried out using an on-board monitoring system.
Die Merkmale und Merkmalskombinationen der vorstehend in der Beschreibung oder nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten Ausführungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes sind, soweit diese nicht alternativ anwendbar sind oder sich gar gegenseitig ausschließen, einzeln, zum Teil oder insgesamt, auch in gegenseitiger Kombination oder gegenseitiger Ergänzung, in Fortbildung des erfindungsgemäßen Gegenstands anzuwenden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.The features and combinations of features of the embodiments of the subject matter according to the invention mentioned above in the description or below in the description of the figures are, insofar as they are not applicable alternatively or even mutually exclusive, to be used individually, in part or in whole, also in mutual combination or mutual supplementation, in further development of the subject matter according to the invention, without departing from the scope of the invention.
Anhand der Figuren werden im Folgenden besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele, Einzelheiten oder Fortbildungen der Erfindung näher erläutert, obgleich der Gegenstand der Erfindung nicht auf diese Beispiele begrenzt ist.Particularly advantageous embodiments, details or developments of the invention are explained in more detail below with reference to the figures, although the subject matter of the invention is not limited to these examples.
Es zeigen:
-
1 eine vereinfachtes Ablaufdiagramm zur Darstellung des Verfahrens -
2 eine vereinfachte schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit Abgasnachbehandlungsvorrichtung.
-
1 a simplified flow chart to illustrate the procedure -
2 a simplified schematic representation of an internal combustion engine with exhaust aftertreatment device.
Die Figuren der Zeichnung dieser Anmeldung sind dabei lediglich als schematisch anzusehen und die Größenverhältnisse der einzelnen Figuren und der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein. Funktions- und Benennungsgleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind figurenübergreifend mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. In einzelnen Figuren können einzelne Bezugszeichen zur Verbesserung der Übersichtlichkeit weggelassen sein.The figures in the drawings of this application are to be viewed merely as schematic, and the proportions of the individual figures and the elements depicted in the figures are not to be considered to scale. Rather, individual elements may be exaggerated for clarity and/or clarity. Elements with the same function, designation, type, or effect are identified by the same reference numerals throughout the figures. Individual reference numerals may be omitted in individual figures to improve clarity.
In
Das Verfahren zur On-Board-Ermittlung von Schadstoff-Emissionsmassen einer Brennkraftmaschine 1 mit einer Abgasnachbehandlungsvorrichtung 2 beginnt in dieser Darstellung damit, dass, wie durch Verfahrensschritt VS_1 symbolisiert dargestellt, von zumindest einem Abgas-Sensor 6c bereitgestellte Sensor-Signalwerte AS_Sig, die repräsentativ sind für eine Konzentration zumindest eines Schadstoffs im Abgas der Brennkraftmaschine, von der Steuerungsvorrichtung erfasst werden. Der Abgas-Sensor 6c ist vorteilhaft am Auslass der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 2 angeordnet, wo er die Schadstoffkonzentration des Abgases, das in die Umwelt austritt, erfasst.The method for on-board determination of pollutant emission masses of an internal combustion engine 1 with an exhaust gas aftertreatment device 2 begins in this illustration with the control device detecting, as symbolized by method step VS_1, sensor signal values AS_Sig provided by at least one exhaust gas sensor 6c, which are representative of a concentration of at least one pollutant in the exhaust gas of the internal combustion engine. The exhaust gas sensor 6c is advantageously arranged at the outlet of the exhaust gas aftertreatment device 2, where it detects the pollutant concentration of the exhaust gas escaping into the environment.
Auf Basis dieser Sensor-Signalwerte AS_Sig werden Schadstoffemissionswerte fortlaufend ermittelt, was durch Verfahrensschritt VS_2 repräsentiert ist. Die Schadstoffemissionswerte geben dabei beispielsweise Auskunft über die Schadstoffkonzentration im Abgasstrom.Based on these sensor signal values AS_Sig, pollutant emission values are continuously determined, which is represented by process step VS_2. The pollutant emission values provide information, for example, about the pollutant concentration in the exhaust stream.
Die in VS_2 ermittelten Schadstoffemissionswerte werden parallel in einem Speicherbereich bzw. in einer elektronischen Speichereinrichtung 7b der elektronischen Steuerungsvorrichtung 7 in Abhängigkeit von Betriebsparameterbereichen der Brennkraftmaschine 1 und/oder der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 2 in Emissionswertegruppen zusammengefasst gespeichert, wie durch Verfahrensschritt VS_2A dargestellt.The pollutant emission values determined in VS_2 are stored in parallel in a memory area or in an electronic storage device 7b of the electronic control device 7 as a function of operating parameter ranges of the internal combustion engine 1 and/or the exhaust gas aftertreatment device 2 in emission value groups stored in summary form, as shown by process step VS_2A.
Dabei sind die Betriebsparameterbereiche abgegrenzt durch Werte oder Wertebereiche von Betriebsparametern BePa der Brennkraftmaschine 1 oder/und der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 2. Die erforderlichen zu dem jeweiligen Sensor-Signalwert AS_Sig zugehörigen Betriebsparameter BePa werden in dem mit BePa gekennzeichneten Verfahrensschritt erfasst und zur Zuordnung der Sensor-Signalwerte AS_Sig zur Verfügung gestellt.The operating parameter ranges are delimited by values or value ranges of operating parameters BePa of the internal combustion engine 1 and/or the exhaust gas aftertreatment device 2. The required operating parameters BePa associated with the respective sensor signal value AS_Sig are recorded in the process step marked with BePa and made available for assignment of the sensor signal values AS_Sig.
Dazu können die folgend genannten Betriebsparameter BePa einzeln oder in sinnvoller Kombination zweier, dreier oder mehrerer herangezogen werden:
- - aktuelle Drehzahl der Brennkraftmaschine,
- - aktuell abgegebene Leistung/Last der Brennkraftmaschine,
- - aktueller Ansaugluftmassenstrom,
- - aktueller Ladedruck im Ansaugtrakt,
- - aktuelle zugeführte Kraftstoffmasse,
- - aktueller Abgasrückführungsmassenstrom,
- - aktuelle Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine,
- - aktuelle Betriebstemperatur der Abgasnachbehandlungsvorrichtung,
- - Abgastemperatur vor der Abgasnachbehandlungsvorrichtung,
- - Abgastemperatur nach der Abgasnachbehandlungsvorrichtung,
- - Größe des Abgasmassenstromes,
- - Umgebungstemperatur.
- - current speed of the internal combustion engine,
- - current output power/load of the internal combustion engine,
- - current intake air mass flow,
- - current boost pressure in the intake tract,
- - current fuel mass supplied,
- - current exhaust gas recirculation mass flow,
- - current operating temperature of the internal combustion engine,
- - current operating temperature of the exhaust aftertreatment device,
- - exhaust gas temperature before the exhaust aftertreatment device,
- - exhaust gas temperature after the exhaust gas aftertreatment device,
- - size of the exhaust gas mass flow,
- - Ambient temperature.
Diese Auflistung der Betriebsparameter BePa ist dabei nicht als erschöpfend anzusehen und es können im Rahmen des Verfahrens auch weitere, nicht genannte Betriebsparameter herangezogen werden.This list of operating parameters BePa is not to be considered exhaustive and other operating parameters not mentioned above may also be used within the framework of the procedure.
Auf Basis dieser gespeicherten Emissionswertegruppen werden jeweils zu den zugehörigen Betriebsparameterbereichen zugehörige Schadstoffemissions-Ersatzwerte ermittelt, wie durch Verfahrensschritt VS_2B dargestellt.On the basis of these stored emission value groups, pollutant emission substitute values corresponding to the respective operating parameter ranges are determined, as shown by process step VS_2B.
Die den Betriebsparameterbereichen zugeordneten Schadstoffemissions-Ersatzwerte können dabei beispielsweise durch Bildung eines Mittelwertes über die gespeicherten Schadstoffemissionswerte der zugeordneten Emissionswertegruppen ermittelt werden. Wahlweise oder ergänzend kann auch eine Filterung, Gewichtung und Bündelung oder/und eine statistische Auswertung der gespeicherten Schadstoffemissionswerte vorgenommen werden.The pollutant emission substitute values assigned to the operating parameter ranges can be determined, for example, by calculating an average of the stored pollutant emission values of the assigned emission value groups. Optionally or additionally, filtering, weighting, bundling, and/or a statistical evaluation of the stored pollutant emission values can also be performed.
In Verfahrensschritt VS_3 werden die Schadstoff-Emissionsmassen im Betrieb der Brennkraftmaschine auf Grundlage der zuvor ermittelten Schadstoffemissionswerte oder der in VS_2B ermittelten Schadstoffemissions-Ersatzwerte berechnet. Ob nun direkt die Schadstoffemissionswerte oder die Schadstoffemissions-Ersatzwerte zur Berechnung der Schadstoff-Emissionsmassen herangezogen werden, wird in dem mit ES_1 symbolisierten Entscheidungsschritt entschieden. Zur Berechnung der Schadstoff-Emissionsmassen wird beispielsweise der Abgasmassenstrom herangezogen. In Verbindung mit den Schadstoffemissionswerten oder den Schadstoffemissions-Ersatzwerten ergibt sich als Schadstoff-Emissionsmasse beispielsweise ein Schadstoff-Massenstrom.In process step VS_3, the pollutant emission masses during operation of the internal combustion engine are calculated based on the previously determined pollutant emission values or the pollutant emission substitute values determined in VS_2B. Whether the pollutant emission values or the pollutant emission substitute values are used directly to calculate the pollutant emission masses is decided in the decision step symbolized by ES_1. For example, the exhaust gas mass flow is used to calculate the pollutant emission masses. In conjunction with the pollutant emission values or the pollutant emission substitute values, the pollutant emission mass is determined as a pollutant mass flow.
Dabei werden die Schadstoffemissions-Ersatzwerte zur Ermittlung der Schadstoffemissionsmassen im Betrieb, in Abhängigkeit von den Betriebsparameterbereichen der Brennkraftmaschine und/oder der Abgasnachbehandlungsvorrichtung (2), dann ersatzweise herangezogen, wenn temporär keine oder nur nichtplausible Senor-Signalwerte AS_Sig und somit keine brauchbaren, aktuellen Schadstoffemissionswerte zur Verfügung stehen, was durch den mit „no“ gekennzeichneten Entscheidungspfad dargestellt ist. Liegen jedoch plausible, also gültige Senor-Signalwerte AS_Sig und somit gültige Schadstoffemissionswerte vor, so werden diese zur Berechnung der Schadstoffemissionsmassen direkt herangezogen, was durch den mit „yes“ gekennzeichneten Entscheidungspfad dargestellt ist.The pollutant emission substitute values are used as a substitute for determining the pollutant emission masses during operation, depending on the operating parameter ranges of the internal combustion engine and/or the exhaust aftertreatment device (2), if temporarily no or only implausible sensor signal values AS_Sig and thus no usable, current pollutant emission values are available, which is represented by the decision path marked "no." However, if plausible, i.e., valid, sensor signal values AS_Sig and thus valid pollutant emission values are available, these are used directly to calculate the pollutant emission masses, which is represented by the decision path marked "yes."
Wird in dem folgenden Entscheidungsschritt ES_2 festgestellt, dass die zuvor ermittelten Schadstoff-Emissionsmassen einen vorgegebenen Schwellenwert überschreiten, was durch den Entscheidungspfad „yes“ gekennzeichnet ist, wird in Verfahrensschritt VS_4 zumindest eine der folgenden Maßnahmen eingeleitet:
- - Ausgabe einer Warn- oder Fehlermeldung an einen Betreiber der Brennkraftmaschine
- - Abspeicherung einer Warn- oder Fehlermeldung in einem Fehlerspeicher der elektronischen Steuerungsvorrichtung,
- - Beschränkung des Betriebs der Brennkraftmaschine auf Betriebsbereiche mit niedrigen Schadstoff-Emissionen,
- - Stilllegung der Brennkraftmaschine.
- - Output of a warning or error message to an operator of the internal combustion engine
- - Storage of a warning or error message in an error memory of the electronic control device,
- - Restriction of the operation of the internal combustion engine to operating ranges with low pollutant emissions,
- - Decommissioning of the internal combustion engine.
In Verfahrensschritt VS_5 werden die auf Basis der Sensor-Signalwerte AS-Sig für einen betreffenden Betriebsparameterbereich in VS_2 ermittelten Schadstoffemissionswerte mit den in VS_2B ermittelten Schadstoffemissions-Ersatzwerten für den betreffenden Betriebsparameterbereich verglichen oder in Relation gesetzt und es wird somit ein Emissions-Vergleichswert ermittelt. Wenn dann in dem folgenden Entscheidungsschritt ES_3 erkannt wird, dass der ermittelte Emissions-Vergleichswert einen vorgegebenen oberen Schwellenwert überschreitet oder einen vorgegebenen unteren Schwellenwert unterschreitet, was durch den Entscheidungspfad „yes“ symbolisiert ist, wird in Verfahrensschritt VS_5A die On-Board-Ermittlung der Schadstoff-Emissionsmassen als fehlerhaft erkannt und beispielsweise mittels einer Fehleranzeige angezeigt und/oder in einem beispielsweise dem On-Board-Monitoring-System zugeordneten Fehlerspeicher gespeichert.In process step VS_5, the AS-Sig values based on the sensor signal values for a The pollutant emission values determined in VS_2 for the relevant operating parameter range are compared or related to the pollutant emission substitute values determined in VS_2B for the relevant operating parameter range, thus determining an emission comparison value. If it is then detected in the following decision step ES_3 that the determined emission comparison value exceeds a predefined upper threshold value or falls below a predefined lower threshold value, which is symbolized by the decision path "yes", the on-board determination of the pollutant emission masses is detected as faulty in process step VS_5A and displayed, for example, by means of an error display and/or stored in an error memory assigned, for example, to the on-board monitoring system.
In weiterer Folge kann dann in Verfahrensschritt VS_6, durch Integration der fortlaufend über eine vergangene Betriebsdauer der Brennkraftmaschine in VS_3 ermittelten Schadstoff-Emissionsmassen eine Gesamt-Schadstoff-Emissionsmasse für die vergangene Betriebsdauer ermittelt werden. Dazu wird beispielsweise der Schadstoff-Massenstrom über die Betriebsdauer integriert.Subsequently, in process step VS_6, a total pollutant emission mass for the past operating period can be determined by integrating the pollutant emission masses continuously determined in VS_3 over the past operating period of the internal combustion engine. For this purpose, for example, the pollutant mass flow is integrated over the operating period.
In dem folgenden Verfahrensschritt VS_7 kann dann ein Emissions-Verhältniswert gebildet werden aus der in VS_6 ermittelten Gesamt-Schadstoffemissionsmasse und einer zugehörigen vergangenen Betriebsdauer oder einer während der Betriebsdauer zurückgelegten Fahrstrecke eines mittels der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs oder der über die Betriebsdauer der Brennkraftmaschine umgesetzte EnergieIn the following process step VS_7, an emission ratio value can then be formed from the total pollutant emission mass determined in VS_6 and an associated past operating time or a distance travelled during the operating time of a motor vehicle powered by the internal combustion engine or the energy converted over the operating time of the internal combustion engine
Wenn dann in Entscheidungsschritt ES_4 festgestellt wird, dass der jeweilige in VS_7 ermittelte Emissions-Verhältniswert einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, was durch den Entscheidungspfad „yes“ dargestellt ist, kann in Verfahrensschritt VS_8 zumindest eine der folgenden Maßnahmen eingeleitet werden:
- - Ausgabe einer Warn- oder Fehlermeldung an einen Betreiber der Brennkraftmaschine und Abspeicherung dieser Fehlermeldung in einem Fehlerspeicher der elektronischen Steuerungsvorrichtung,
- - Beschränkung des Betriebs der Brennkraftmaschine auf Betriebsbereiche mit niedrigen Schadstoff-Emissionen,
- - Stilllegung der Brennkraftmaschine.
- - issuing a warning or error message to an operator of the internal combustion engine and storing this error message in an error memory of the electronic control device,
- - Restriction of the operation of the internal combustion engine to operating ranges with low pollutant emissions,
- - Decommissioning of the internal combustion engine.
Auf der Auslassseite der Brennkraftmaschine 1 angeschlossen ist eine Abgasnachbehandlungsvorrichtung 2 mit einem ersten Abgaskatalysator 3 einem zweiten Abgaskatalysator 4 und einem Partikelfilter 5, die über ein Abgasrohr 11 an die Brennkraftmaschine 1 angeschlossen und miteinander verbunden sind. Diese Abgasnachbehandlungsvorrichtung 2 entspricht einem üblichen Aufbau bei einer Otto-Brennkraftmaschine, der jedoch für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht zwingend in dieser Konfiguration erforderlich ist. Es wird explizit darauf hingewiesen, dass die erfindungsgemäßen Verfahren und Gegenstände auch bei davon abweichenden Konfigurationen von Brennkraftmaschinen und Abgasnachbehandlungsvorrichtungen, wie sie beispielsweise bei Diesel-Brennkraftmaschinen zur Anwendung kommen, zum Einsatz kommen kann. Insbesondere von Bedeutung ist jedoch der Abgas-Sensor 6c am Ausgang der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 2 durch den der Abgasstrom 11a, nach erfolgter Nachbehandlung, an die Umwelt abgegeben wird.Connected to the exhaust side of the internal combustion engine 1 is an exhaust gas aftertreatment device 2 comprising a first exhaust gas catalyst 3, a second exhaust gas catalyst 4, and a particulate filter 5, which are connected to the internal combustion engine 1 and interconnected via an exhaust pipe 11. This exhaust gas aftertreatment device 2 corresponds to a conventional design for a gasoline internal combustion engine, but is not necessarily required in this configuration for carrying out the method according to the invention. It is explicitly pointed out that the methods and subject matter according to the invention can also be used with deviating configurations of internal combustion engines and exhaust gas aftertreatment devices, such as those used in diesel internal combustion engines. Of particular importance, however, is the exhaust gas sensor 6c at the outlet of the exhaust gas aftertreatment device 2, through which the exhaust gas stream 11a is released into the environment after aftertreatment has taken place.
Durch das Abgasrohr 11 wird der Abgasstrom 11a zu den vorgenannten Komponenten der Abgasnachbehandlungsvorrichtung 2 geleitet. Der Abgasstrom 11a ist mit Pfeilsymbolen dargestellt, die die Strömungsrichtung des Abgasstromes 11a anzeigen. Der erste Abgaskatalysator 3 ist motornahe, unmittelbar am Abgasauslass der Brennkraftmaschine 1 angeordnet und ist hier beispielsweise als Dreiwegekatalysator (TWC) ausgebildet. Auf den ersten Abgaskatalysator 3 folgt, bezogen auf den Abgasstrom 11a stromabwärts, zunächst ein Partikelfilter 5, der beispielsweise als Gasoline-Partikelfilter (GPF) ausgebildet ist und dann der zweite Abgaskatalysator 4, der ebenfalls als Dreiwegekatalysator (TWC) ausgebildet sein kann und beispielsweise als sogenannter Unterboden-Katalysator (UbKat) am Unterboden eines Kraftfahrzeugs angeordnet sein kann.The exhaust gas flow 11a is guided through the exhaust pipe 11 to the aforementioned components of the exhaust gas aftertreatment device 2. The exhaust gas flow 11a is represented by arrow symbols that indicate the flow direction of the exhaust gas flow 11a. The first exhaust gas catalyst 3 is arranged close to the engine, directly at the exhaust outlet of the internal combustion engine 1, and is designed here, for example, as a three-way catalyst (TWC). Downstream of the first exhaust gas catalyst 3, based on the exhaust gas flow 11a, there is first a particulate filter 5, which is designed, for example, as a gasoline particulate filter (GPF), and then the second exhaust gas catalyst 4, which can also be designed as a three-way catalyst (TWC) and, for example, as a so-called underbody catalyst. (UbKat) can be arranged on the underbody of a motor vehicle.
Im Abgasrohr 11 ist stromaufwärts des ersten Abgaskatalysators 3 ein erster Abgas-Sensor 6a und stromabwärts des ersten Abgaskatalysators 3 ein zweiter Abgas-Sensor 6b und stromabwärts des zweiten Abgaskatalysators 4 ein dritter Abgas-Sensor 6c im Abgasstrom 11a angeordnet. Im Abgasrohr 11 zwischen dem ersten Abgaskatalysator 3 und dem Partikelfilter 5 ist zusätzlich ein Temperatursensor 9 zur Messung der Temperatur des Abgasstroms 11a angeordnet. Der Druckabfall über den Partikelfilter 5, der Auskunft gibt über die Rußbeladung des Partikelfilters 5 wird mittels eines Differenzdrucksensors Δp ermittelt.In the exhaust pipe 11, a first exhaust gas sensor 6a is arranged upstream of the first exhaust gas catalytic converter 3, a second exhaust gas sensor 6b is arranged downstream of the first exhaust gas catalytic converter 3, and a third exhaust gas sensor 6c is arranged downstream of the second exhaust gas catalytic converter 4 in the exhaust gas flow 11a. A temperature sensor 9 for measuring the temperature of the exhaust gas flow 11a is also arranged in the exhaust pipe 11 between the first exhaust gas catalytic converter 3 and the particulate filter 5. The pressure drop across the particulate filter 5, which provides information about the soot load of the particulate filter 5, is determined by means of a differential pressure sensor Δp.
Die genannten Sensoren 6a-c und 9 sind über elektrische Signalleitungen 8 mit der Ein-/Ausgabe-Schnittstelle 7c einer erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungsvorrichtung 7 verbunden zur Übermittlung der Sensorsignale an die Steuerungsvorrichtung 7. Auch die Luft-Kraftstoff-Gemisch-Zufuhreinheit 10 der Brennkraftmaschine 1 steht über elektrische Signalleitungen 8 in Verbindung mit der Ein-/Ausgabe-Schnittstelle 7c der erfindungsgemäßen elektronischen Steuerungsvorrichtung 7.The aforementioned sensors 6a-c and 9 are connected via electrical signal lines 8 to the input/output interface 7c of an electronic control device 7 according to the invention for transmitting the sensor signals to the control device 7. The air-fuel mixture supply unit 10 of the internal combustion engine 1 is also connected via electrical signal lines 8 to the input/output interface 7c of the electronic control device 7 according to the invention.
Die elektronische Steuerungsvorrichtung 7 weist eine elektronische Recheneinheit 7a, auch als Prozessor bezeichnet, eine elektronische Speichereinrichtung 7b und eine Ein-/Ausgabe-Schnittstelle 7c auf. Die elektronische Speichereinrichtung 7b umfasst in dieser Ausführung einen Programmspeicher 7b1 in dem ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt 20 mit Programmanweisungen zur Verfügung steht. Weiterhin weist die elektronische Speichereinrichtung 7b einen Betriebsdatenspeicher 7b2, in dem vorgegebene als auch im Betrieb erfasste Betriebsdaten 21, zum Beispiel in Kennfeldern geordnet, gespeichert sind.The electronic control device 7 has an electronic processing unit 7a, also referred to as a processor, an electronic storage device 7b, and an input/output interface 7c. In this embodiment, the electronic storage device 7b comprises a program memory 7b1 in which a computer program product 20 according to the invention with program instructions is available. Furthermore, the electronic storage device 7b has an operating data memory 7b2 in which predefined operating data 21 as well as operating data acquired during operation are stored, for example, organized in characteristic maps.
Die elektronische Recheneinheit 7a ist dazu eingerichtet das erfindungsgemäße Verfahren in den zuvor beschriebenen und ggf. darüberhinausgehenden Ausführungen durchzuführen. Dazu hat die elektronische Recheneinheit 7a Zugriff bzw. steht in Datenverbindung (symbolisiert durch verbindende Pfeile) mit der Ein-/Ausgabe-Schnittstelle 7c, dem Programmspeicher 7b1 und dem Betriebsdatenspeicher 7b2. Bei Ausführung der Programmanweisungen, mittels der elektronischen Recheneinheit 7a unter Heranziehung der relevanten Betriebsparameter und diverser Schwellenwerte für z. B. Schadstoff-Emissionsmassen, Emissions-Vergleichswerte oder Emissions-Verhältniswerte aus Gesamt-Schadstoff-Emissionsmasse und zurückgelegter Fahrstrecke, wird die elektronische Steuerungsvorrichtung 7 veranlasst, das erfindungsgemäße Verfahren zur On-Board-Ermittlung von Schadstoff-Emissionsmassen einer Brennkraftmaschine 1, ggf. unter gleichzeitiger Ausführung einer Lambda-Regelung des der Brennkraftmaschine 1 im Betrieb zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisches 10a auszuführen.The electronic processing unit 7a is configured to carry out the method according to the invention in the previously described and possibly additional embodiments. For this purpose, the electronic processing unit 7a has access to, or is in data communication with (symbolized by connecting arrows) the input/output interface 7c, the program memory 7b1, and the operating data memory 7b2. Upon execution of the program instructions by means of the electronic processing unit 7a, using the relevant operating parameters and various threshold values for, e.g., pollutant emission masses, emission comparison values, or emission ratio values based on the total pollutant emission mass and the distance traveled, the electronic control device 7 is prompted to execute the method according to the invention for on-board determination of pollutant emission masses of an internal combustion engine 1, possibly while simultaneously executing a lambda control of the fuel-air mixture 10a supplied to the internal combustion engine 1 during operation.
Dabei werden gemäß den Programmanweisungen, über die Ein-Ausgabe-Schnittstelle 7c, zum Beispiel Sensordaten bzw. Betriebsparameter BePa, zum Beispiel die Signale der Abgas-Sensoren 6a-c, AS_Sig, die den Schadstoffanteil oder/und den Sauerstoffanteil im Abgasstrom 11a repräsentieren und Signale des Temperatursensors 9 empfangen und ggf. im Betriebsdatenspeicher 7b2 als Betriebsdaten 21 gespeichert und die programmgemäß vorgegebenen Rechenoperationen zur On-Board-Ermittlung von Schadstoff-Emissionsmassen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgeführt. Darauf basierend werden dann Steuerungsbefehle, zum Beispiel zur Steuerung der Luft-Kraftstoff-Gemischs 10a an die Luft-Kraftstoff-Gemischs-Zufuhreinheit 10 der Brennkraftmaschine 1 ausgegeben.According to the program instructions, sensor data or operating parameters BePa, for example, the signals from exhaust gas sensors 6a-c, AS_Sig, which represent the pollutant content and/or the oxygen content in exhaust gas stream 11a, and signals from temperature sensor 9, are received via the input/output interface 7c and, if applicable, stored in the operating data memory 7b2 as operating data 21. The program-specified arithmetic operations for on-board determination of pollutant emission masses are executed according to the method according to the invention. Based on this, control commands, for example for controlling the air-fuel mixture 10a, are then output to the air-fuel mixture supply unit 10 of the internal combustion engine 1.
Zur Ausführung des Verfahrens zur On-Board-Ermittlung von Schadstoff-Emissionsmassen werden hierbei insbesondere die Sensor-Signalwerte, AS_Sig, die von dem Abgas-Sensor 6c bereitgestellt werden und die repräsentativ sind für eine Konzentration zumindest eines Schadstoffs in dem an die Umwelt abgegebenen Abgasstrom 11a der Brennkraftmaschine (1), herangezogen.To carry out the method for on-board determination of pollutant emission masses, in particular the sensor signal values, AS_Sig, which are provided by the exhaust gas sensor 6c and which are representative of a concentration of at least one pollutant in the exhaust gas flow 11a of the internal combustion engine (1) released into the environment, are used.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Brennkraftmaschineinternal combustion engine
- 22
- AbgasnachbehandlungsvorrichtungExhaust aftertreatment device
- 33
- erster Abgaskatalysatorfirst catalytic converter
- 44
- zweiter Abgaskatalysatorsecond exhaust catalyst
- 55
- PartikelfilterParticle filter
- 6a - c6a - c
- Abgas-SensorenExhaust gas sensors
- 77
- elektronische Steuerungsvorrichtungelectronic control device
- 7a7a
- Elektronische RecheneinheitElectronic computing unit
- 7b7b
- Elektronische SpeichereinrichtungElectronic storage device
- 7b17b1
- ProgrammspeicherProgram memory
- 7b27b2
- BetriebsdatenspeicherOperating data storage
- 7c7c
- Ein-/Ausgabe-SchnittstelleInput/output interface
- 88
- SignalleitungenSignal lines
- 99
- TemperatursensorTemperature sensor
- 1010
- Luft-Kraftstoff-Gemisch-ZufuhreinheitAir-fuel mixture supply unit
- 10a10a
- Luft-Kraftstoff-GemischAir-fuel mixture
- 1111
- Abgasrohrexhaust pipe
- 11a11a
- AbgasstromExhaust gas flow
- 2020
- Computerprogrammproduktcomputer program product
- 2121
- BetriebsdatenOperating data
- GPFGPF
- Gasoline-PartikelfilterGasoline particulate filter
- ΔpΔp
- DruckdifferenzsensorPressure difference sensor
- TWCTWC
- DreiwegekatalysatorThree-way catalyst
- UbKatUbKat
- UnterbodenkatalysatorUnderbody catalyst
- AS_SigAS_Sig
- Sensor-SignalwerteSensor signal values
- BePaBePa
- BetriebsparameterOperating parameters
- VS_1-8(A, B)VS_1-8(A, B)
- VerfahrensschritteProcedural steps
- ES_1-4ES_1-4
- EntscheidungsschritteDecision-making steps
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