DE602005006038T2

DE602005006038T2 - Verfahren zur Abgasmessung für OBD-Systeme

Info

Publication number: DE602005006038T2
Application number: DE602005006038T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Funabashi
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2004-03-26
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2009-05-14
Anticipated expiration: 2025-02-08
Also published as: US20050210868A1; EP1580412B1; EP1580412A1; JP2005273613A; DE602005006038D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erfassen des Abgases für ein OBD.
2. BESCHREIBUNG DES VERWANDTEN GEBIETS
Vor kurzem ist vorgeschlagen worden, kontrollierte Zustände des Abgases von einem Fahrzeug kraft eines Fahrzeugcomputers zu überwachen. Es wird im Allgemeinen als OBD (Borddiagnosesystem) bezeichnet; wobei es einen aktuellen Trend hin zu einem künftigen gesetzlichen Zwang mit Beschränkungen hinsichtlich eines OBD gibt.
Die Erfassung der Abgastemperatur und der Konzentration von NO_x (Stickstoffoxide) durch Sensoren in einem Steuersystem für eine Vorrichtung zur Abgasreinigung oder Abgasnachbehandlung ist z. B. in JP 2002-161732 A offenbart worden.
WO 01/062331 A1 beschreibt ein Verfahren zum Erfassen des Abgases für ein OBD, wobei die NO_x-Konzentration durch in einem Abgasrohr sowohl stromaufseitig als auch stromabseitig von einem Oxidationskatalysator angeordnete NO_x-Sensoren erfasst wird. Die Konzentrationen von HC (Kohlenwasserstoff) und CO (Kohlenmonoxid) werden anhand der O₂-Konzentration mittels Lambda-Sensoren bestimmt.
John B. Heywood beschreibt in "Internal Combustion Engines Fundamentals", McGraw-Hill, (1988), ein Verfahren zum Bestimmen der Konzentration von Abgaskomponenten anhand der O₂-Konzentration, der Kraftstoffart, d. h. C₈H₁₈, und der Abgastemperatur.
Das US-Patent 6.588.251 B2 beschreibt ein Verfahren zum Erfassen des Abgases für ein OBD gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Allerdings sind die meisten herkömmlich bekannten Abgassensoren große ortsfeste Vorrichtung auf Laborebene, so dass mit Ausnahme eines NO_x-Sensors, der kompakt in der Größe ist und tatsächlich in ein Fahrzeug eingebaut worden ist, Sensoren für die Konzentrationen von PM (Staubpartikel), HC (Kohlenwasserstoff) und CO (Kohlenmonoxid) bislang nicht in ein Fahrzeug eingebaut werden können.
Die Erfindung wurde im Hinblick auf das oben Erwähnte gemacht und hat die Aufgabe, das Erfassen oder Bestimmen aller NO_x-, PM-, HC- und CO-Konzentrationen zu ermöglichen, die zur Realisierung eines OBD aufgrund eines bestehenden NO_x-Sensors, der in ein Fahrzeug eingebaut werden kann, notwendig sind.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfindung ist auf ein Verfahren zum Erfassen des Abgases für ein OBD gerichtet, das das Erfassen einer NO_x-Konzentration im Abgas durch einen in einem Abgasrohr angeordneten NO_x-Sensor umfasst, wobei PM-, HC- und CO-Konzentrationen durch Umsetzen basierend auf einer im Verlauf der Erfassung der NO_x-Konzentration erfassten O₂-Konzentration anhand gegenseitiger Entsprechungen der Konzentrationen bestimmt werden.
Genauer enthält der bestehende NO_x-Sensor, der im Verlauf einer Erfassung der NO_x-Konzentration in einem Abgas eine O₂-Konzentration verwenden muss, schon an sich einen extensiven O₂-Sensor, der eine O₂-Konzentration in dem Abgas erfasst.
Hierauf werden unter Verwendung des Merkmals des NO_x-Sensors, dass er die O₂-Konzentration erfassen kann, die PM-, HC- und CO-Konzentrationen, die Entsprechungen durch die O₂-Konzentrationen haben, durch Umsetzen bestimmt, so dass alle PM-, HC- und CO-Konzentrationen in alternativer Messung zusätzlich zu der NO_x-Konzentration direkt durch den NO_x-Sensor erfasst werden.
Die Tatsache, dass die PM-, HC- und CO-Konzentrationen Entsprechungen durch die O₂-Konzentration haben, ist das Wissen des Erfinders. Die PM-, HC- und CO-Konzentrationen hängen stark von der Verbrennbarkeit in einem Motor ab und tendieren dazu, auffallend zuzunehmen, wenn die Verbrennbarkeit infolge einer Abnahme der O₂-Konzentration unzulänglich wird.
Folglich ermöglicht der Einsatz eines solchen Erfassungsverfahrens die Bestimmung aller NO_x-, PM-, HC und CO-Konzentrationen, die zur Realisierung eines OBD aufgrund eines bestehenden NO_x-Sensors, der in ein Fahrzeug eingebaut sein kann, erforderlich sind.
Wenn ein Oxidationskatalysator in dem Abgasrohr und stromabseitig von dem NO_x-Sensor in der Erfindung angeordnet ist, kann ein Temperatursensor an einer Einlassseite des Oxidationskatalysators angeordnet werden, um die Abgastemperatur zu erfassen, wobei Reinigungsverhältnisse der PM-, HC- und CO-Konzentrationen in Abhängigkeit von der katalytischen Aktivität des Oxidationskatalysators bei einer momentanen Abgastemperatur erfasst werden, wobei die PM-, HC- und CO-Konzentrationen anhand der Reinigungsverhältnisse kompensiert werden.
Genauer werden, wenn der Oxidationskatalysator in dem Abgasrohr stromabseitig von dem NO_x-Sensor angeordnet ist, die NO_x- und O₂-Konzentrationen, wenn sie durch den NO_x-Sensor erfasst sind, stromabseitig vermindert, da das Abgas durch den Oxidationskatalysator hindurchströmt und gereinigt wird; so dass deshalb eine Kompensation hinsichtlich der Verminderungen ausgeführt werden muss, um die Endwerte der PM-, HC- und CO-Konzentrationen zu bestimmen.
Die Reinigungsverhältnisse der PM-, HC- und CO-Konzentrationen hängen von der katalytischen Aktivität des Oxidationskatalysators ab, die ihrerseits von einer Abgastemperatur an der Einlassseite des Oxidationskatalysators abhängt. Folglich werden die Reinigungsverhältnisse der PM-, HC- und CO-Konzentrationen in Abhängigkeit von der katalytischen Aktivität des Oxidationskatalysators bei einer momentanen Abgastemperatur bestimmt, wobei die PM-, HC- und CO-Konzentrationen anhand der bestimmten Reinigungsverhältnisse kompensiert werden, so dass die Endwerte der PM-, HC- und CO-Konzentrationen in dem durch die Oxidationskatalysatoren gereinigten Abgas bestimmt werden können.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
1 ist eine schematische Ansicht, die eine Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 ist eine graphische Darstellung, die eine Entsprechung einer O₂-Konzentration mit einer PM-Konzentration zeigt;
3 ist eine graphische Darstellung, die eine Entsprechung einer O₂-Konzentration mit einer HC-Konzentration zeigt;
4 ist eine graphische Darstellung, die eine Entsprechung einer O₂-Konzentration mit einer CO-Konzentration zeigt;
5 ist eine graphische Darstellung, die eine Entsprechung eines HC-Reinigungsverhältnisses mit der Abgastemperatur zeigt;
6 ist eine graphische Darstellung, die eine Entsprechung eines CO-Reinigungsverhältnisses mit der Abgastemperatur zeigt; und
7 ist eine graphische Darstellung, die eine Entsprechung eines PM-Reinigungsverhältnisses mit der Abgastemperatur zeigt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Nun wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.
1 bis 7 zeigen eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Erfassen des Abgases für ein OBD gemäß der Erfindung, bei dem das Abgas 3 über einen Abgaskrümmer 2 von einem Dieselmotor 1 abgeführt wird und durch ein Abgasrohr 4 strömt. In dem Abgasrohr 4 ist ein Gehäuse 6 angeordnet, das einen Oxidationskatalysator 5 in Form einer Durchström-Wabenstruktur unterbringt.
An einer Stelle am weitesten stromaufseitig in dem Abgasohr 4 ist ein NO_x-Sensor 8 angeordnet, der benachbart zu einem Turbinenauslass eines Turboladers 7 positioniert ist. An der Einlassseite des Gehäuses 6 ist ein Temperatursensor 9 angeordnet, der die Temperatur des Abgases 3 erfasst. Erfassungssignale 8a und 9a von den Sensoren 8 bzw. 9 werden in eine elektronische Steuereinheit (ECU) 10 eingegeben, die ein Motorsteuercomputer ist.
Wenn die anhand der Erfassungssignale 8a und 9a von den Sensoren 8 bzw. 9 erfassten NO_x-, PM-, HC- und CO-Konzentrationen irgendetwas Unregelmäßiges aufweisen, gibt die ECU 10 ein Aufleuchtbefehlssignal 11a aus, um einen Warnhinweisanzeiger 11 auf einem Armaturenbrett zu Leuchten zu bringen.
Genauer muss der bestehende NO_x-Sensor 8 im Verlauf der Erfassung der NO_x-Konzentration eine O₂-Konzentration verwenden, so dass der Sensor daher schon an sich einen extensiven O₂-Sensor enthält, der die O₂-Konzentration im Abgas 3 erfasst.
Somit werden unter Verwendung des Merkmals des NO_x-Sensors 8, dass er die O₂-Konzentration erfassen kann, die PM-, HC- und CO-Konzentrationen, die Entsprechungen durch die O₂-Konzentration haben, durch Umsetzen mittels der ECU 10 bestimmt, so dass alle PM-, HC- und CO-Konzentrationen in alternativer Messung zusätzlich zu der NO_x-Konzentration direkt durch den NO_x-Sensor 8 erfasst werden.
Die Tatsache, dass die PM-, HC- und CO-Konzentrationen Entsprechungen durch die O₂-Konzentration haben, ist das Wissen des Erfinders; wobei 2 eine Entsprechung einer O₂-Konzentration mit einer PM-Konzentration; 3 einer O₂-Konzentration mit einer HC-Konzentration und 4 einer O₂-Konzentration mit einer CO-Konzentration zeigt. Die CO-Konzentration hängt stark von der Verbrennbarkeit im Dieselmotor 1 ab und tendiert dazu, auffallend zuzunehmen, wenn die Verbrennbarkeit infolge einer Abnahme der O₂-Konzentration unzulänglich wird.
Falls ein Oxidationskatalysator 5 in dem Abgasrohr 4 und stromabseitig von dem NO_x-Sensor 8 angeordnet ist, wie in der Ausführungsform, werden, nachdem die NO_x- und O₂-Konzentrationen durch den NO_x-Sensor 8 erfasst sind, die PM-, HC- und CO-Konzentrationen vermindert, da das Abgas 3 durch den Oxidationskatalysator 5 hindurchströmt und gereinigt wird; so dass deshalb die Kompensation hinsichtlich der Verminderungen ausgeführt werden muss, um die Endwerte der PM-, HC- und CO-Konzentrationen zu bestimmen.
Wie in den 5 bis 7 gezeigt ist, werden diese Reinigungsverhältnisse der PM-, HC- und CO-Konzentrationen in Abhängigkeit von der katalytischen Aktivität bestimmt, die ihrerseits von der Abgastemperatur an der Einlassseite des Oxidationskatalysators 5 abhängt; so das daher die Reinigungsverhältnisse der PM-, HC- und CO-Konzentrationen in Abhängigkeit von der katalytischen Aktivität des Oxidationskatalysators 5 bei einer momentanen Abgastemperatur bestimmt werden. Anhand solcher bestimmten Reinigungsverhältnisse werden die in Bezug auf das Abgas 3 in der Nähe des Turbinenauslasses des Turboladers 7 bestimmten PM-, HC- und CO-Konzentrationen kompensiert, um die Endwerte der PM-, HC- und CO-Konzentrationen im Abgas 3, das durch den Oxidationskatalysator 5 geströmt und gereinigt ist, zu erhalten.
In der Ausführungsform ist der Durchström-Oxidationskatalysator 5 einzeln ohne Kombination mit einem weiteren Katalysator angeordnet. Falls der Oxidationskatalysator 5 von einem Partikelfilter getragen wird oder ihm ein getrennter Partikelfilter folgt, werden fast die gesamten PM ohne Verbindung zu den Reinigungsverhältnissen durch den Oxidationskatalysator 5 in dem Partikelfilter festgehalten, wie in Bezug auf die strichdoppelpunktierte Linie in der graphischen Darstellung von 7 gezeigt ist, so dass es ohne bestimmte Erfassung so betrachten werden kann, dass die endgültige PM-Konzentration auf eine im Wesentlichen konstante Konzentration vermindert worden ist.
Ob die somit erhaltenen NO_x-, PM-, HC- und CO-Konzentrationen innerhalb ihrer jeweiligen Ratenwerte liegen, wird in der ECU 10 beurteilt; wobei dann, wenn eine Beurteilung negativ ausgeführt wird, das Aufleuchtbefehlssignal 11a an die Warnhinweisanzeige 11 auf dem Armaturenbrett ausgegeben wird, so das die Warnhinweisanzeige 11 beleuchtet wird, um einem Fahrer das Auftreten einer Unregelmäßigkeit anzuzeigen.
In 1 ist der einzelne Warnhinweisanzeiger 11 gezeigt; wobei der Warnhinweisanzeiger 11 allerdings für jede der NO_x-, PM-, HC- und CO-Konzentrationen angeordnet werden kann. Bei Erfassung einer Unregelmäßigkeit wird ein solches Auftreten einer Unregelmäßigkeit vorzugsweise in einem Speicher in der ECU 10 aufgezeichnet und/oder es wird ein geeigneter Korrekturbetrieb für den Dieselmotor 1 ausgeführt.
Wie anhand des bisher Gesagten klar ist, können in einem Verfahren zum Erfassen des Abgases für ein OBD gemäß der Erfindung alle NO_x-, PM-, HC- und CO-Konzentrationen durch Verwendung eines bestehenden NO_x-Sensors 8, der in ein Fahrzeug einbaubar ist, bestimmt werden. Selbst wenn der Oxidationskatalysator 5 in dem Abgasrohr 4 angeordnet ist, können die PM-, HC- und CO-Konzentrationen geeignet anhand einer Abgastemperatur kompensiert werden, die durch den Temperatursensor 9 an der Einlassseite des Oxidationskatalysators 5 erfasst wird; wobei das OBD im Ergebnis zuverlässig und mit niedrigen Kosten realisiert werden kann. Das Verfahren zum Erfassen des Abgases für ein OBD gemäß der Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die obige Ausführungsform beschränkt.

Claims

Verfahren zum Erfassen des Abgases für ein OBD, das das Erfassen einer NO_x-Konzentration im Abgas (3) durch einen in einem Abgasrohr (4) angeordneten NO_x-Sensor (8) und das Senden eines die NO_x-Konzentration darstellenden NO_x-Signals umfasst, wobei der NO_x-Sensor (8) ein die O₂-Konzentration darstellendes O₂-Signal aussendet, dadurch gekennzeichnet, dass die PM-, HC- und CO-Konzentrationen, die stark von der Verbrennbarkeit in einem Motor (1) abhängen, eine gegenseitige Entsprechung mit der O₂-Konzentration bezüglich der Verbrennbarkeit haben, um die PM-, HC- und CO-Konzentrationen durch Umsetzen der im Verlauf der Erfassung der NO_x-Konzentration erfassten O₂-Konzentration anhand der gegenseitigen Entsprechung zu bestimmen, wobei in dem Abgasrohr (4) und stromabseitig von dem NO_x-Sensor (8) ein Oxidationskatalysator (5) angeordnet ist, auf einer Einlassseite des Oxidationskatalysators (5) ein Temperatursensor angeordnet ist, um eine Abgastemperatur zu erfassen, Reinigungsverhältnisse der PM-, HC- und CO-Konzentrationen in Abhängigkeit von der katalytischen Aktivität des Oxidationskatalysators (5) bei einer momentanen Abgastemperatur bestimmt werden und die PM-, HC- und CO-Konzentrationen anhand der Reinigungsverhältnisse kompensiert werden.