berwachung der GrenzwerteTrend zum Onboard-Diagnose-System (OBD) fr fahrende Arbeitsmaschinen

Peter Subke

Die gesetzliche Vorschrift zur

Installation von OBD-Systemen auf

fahrenden Arbeitsmaschinen mit

schweren Dieselmotoren ist nur

noch eine Frage der Zeit.

Neben der Verbesserung der Arbeitslei-stung, des Komforts und der Sicherheit dient der Einsatz elektronischer Systeme auch der Reduzierung des Kraftstoffver-brauchs und der Schadstoff-Emissionen. Obwohl die stndige berwachung (On-board-Diagnose, OBD) dieser Systeme fr fahrende Arbeitsmaschinen gesetzlich noch nicht vorgeschrieben ist, kann nur durch die Installation eines OBD-Systems die Ein-haltung der gesetzlich vorgeschriebenen Emissions- Grenzwerte dauerhaft sicher ge-stellt werden.

Was sind DPF, EGR und SCR?

Ein deutlich sichtbares Problem in den Ab-gasen von Dieselmotoren ist der Anteil an Ru (Fachbegriff: Particulate Matter, PM). Die Reduzierung der PM im Abgas von Die-selmotoren kann durch den Einsatz von Diesel-Partikel-Filtern (DPF) und spezi-ellen Einspritzsystemen mit hheren Ein-spritzdrcken erreicht werden.

Nicht sichtbar ist der Anteil an Sticko-xiden (NOx). Zur Reduzierung der Sticko-xide eignet sich die Abgas-Rckfhrung (Exhaust Gas Recirculation, EGR). Dabei wird ein Teil des Abgases ber ein geregeltes Abgasrckfhrventil erneut der Verbren-nung durch den Motor zugefhrt. Generell besteht ein Zielkonflikt zwischen geringen Ru- und Stickoxid- Emissionen. Ru ent-steht bei geringen Brennraumtempera-turen, NOx bei hohen Temperaturen. Um diesen Zielkonflikt zu lsen setzen die Die-selmotor-Entwickler zunehmend auf eine Abgasnachbehandlung auerhalb des Mo-tors. Im ersten Schritt wird der Motor auf maximale Leistung und minimale Rubil-dung optimiert, was beides nur bei hohen Verbrennungstemperaturen mglich ist. Das dadurch entstandene Stickoxid wird dann in einem zweiten Schritt mit einem Reduktionsmittel (Diesel Exhaust Fluid, DEF) in einem SCR-Katalysator (Selective Catalytic Reduction, SCR) zu Stickstoff und Wasser umgewandelt. Ein elektronisches SCR-Steuergert stimmt die Menge des ein-gespritzten Reduktionsmittels (z. B. AdBlue) auf Motorparameter wie Betriebstempera-tur und Drehzahl ab. Dazu kommuniziert das SCR-Steuergert mit der Motorelektro-nik. Diese Datenkommunikation wird als

Onboard-Kommunikation bezeichnet. In fahrenden Arbeitsmaschinen hat sich SAE J1939 (Recommended Practice for Serial Control und Communications Vehicle Net-work) als Protokoll fr die Onboard-Kom-munikation zwischen Steuergerten ber den CAN-Bus etabliert.

Onboard-Diagnose (OBD)

Zur Sicherstellung der bestimmungsge-men Funktion berwachen elektro-nische Steuergerte nicht nur ihr eigenes Verhalten, sondern auch die Umgebung, in die sie eingebettet (embedded) sind. Diese Steuergertefunktion wird als Steuerge-rte- Eigendiagnose bezeichnet. Bei Auf-treten von Fehlern (z. B. Kurzschluss an einem Ausgang oder unsinnige Eingangs-informationen von Sensoren) knnen die Steuergerte einen Fehlercode (DTC = Diag-nostic Trouble Code) in einem internen Fehlerspeicher ablegen, den Fahrer ber eine Warnlampe (Malfunction Indicator Light, MIL) darber informieren, dass ein Fehler im Abgasreinigungssystem festge-stellt wurde, oder sogar Notlauffunktionen starten.

Steuergerte mit Funktionen, die das Schadstoff- Emissionsverhalten beeinflus-sen (z. B. Motor-Steuergerte, SCR-Steuer-gerte), mssen ihre Umgebung und das eigene Verhalten auf Einhaltung der ge-setzlich vorgeschriebenen Emissions-Grenzwerte berwachen. Diese berwa-chungsfunktion ist eine Teilfunktion der Steuergerte-Eigendiagnose und wird als OBD (Onboard- Diagnose) bezeichnet.

Fr Personenkraftwagen und leichte Nutzfahrzeuge ist neben der Einhaltung von Grenzwerten auch die Installation eines OBD-Systems seit vielen Jahren ge-setzlich vorgeschrieben. Die Hersteller von Lastkraftwagen und Bussen mit schweren

18 MobileMaschinen1/2011

Antriebe und Antriebselemente

Dipl.-Ing. Peter Subke, Business-Develoment-Manager, Softing Automotive Electronics GmbH, Erkrath

2: die mil (malfunction indication light) informiert den Fahrer ber ein Problem mit dem Abgasreinigungssystem

1: ru im diesel-Abgas kann durch den einsatz von diesel-Partikel-Filtern wirksam reduziert werden

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Die wesentlichen Funktionen eines OBD-Systems sindnberwachung der emissions-relevanten

Komponenten und Grenzwerte nErkennung von Fehlfunktionen und Ab-

speichern von Fehlercodes (DTCs) ngegebenenfalls aktiver Eingriff (z. B.

Leistungsreduzierung) nMitteilung an den Fahrer (ber MIL) nKommunikation mit einem externen Ser-

vice-Tester Eine wichtige Funktion des Onboard-Diag-nosesystems ist die Fhigkeit zur Kommu-nikation mit einem externen Service-tech-niker, in der Regel durch den Anschluss eines PC-basierten Testers an den CAN-Bus der Maschine. Die Kommunikation zwi-schen dem OBD-System und dem Tester wird als Diagnosekommunikation bezeich-net. Fr die Diagnosekommunikation des Testers mit dem elektronischen System der Maschine wird heute zunehmend das in der ISO 14 229 international standardisierte Diagnoseprotokoll UDS (Unified Diagno-stic Services) verwendet. UDS beschreibt 25

Dieselmotoren befinden sich zurzeit in der Umstellungsphase: Sie mssen bis Ende 2013 fr die Fahrzeugzulassung OBD-Sy-steme installieren (Euro VI fr Europa und EPA 2010 fr USA).

Die EU-Richtlinie 2004/26/EG schreibt fr die Typgenehmigung von Dieselmo-toren bzw. von mobilen Maschinen mit Die-selmotoren (z. B. land- und forstwirtschaft-liche Maschinen, Baumaschinen, Hebe-bhnen, Gabelstapler und Mobilkrane, aber auch Binnenschiffe und Lokomotiven) die Einhaltung von Emissionsgrenzwerten (Stage IV) vor, nicht jedoch die Installation eines OBD-Systems. Das gilt auch fr die in den USA geltenden Vorschriften der CARB (California Air Resources Board) und der EPA (Environmental Protection Agency), die mit EPA Tier IV vergleichbare Emissi-ons-Grenzwerte festlegen. Die EPA hat aber bereits im Mrz 2007 in einer ffentlichen Mitteilung mgliche zuknftige Vor-schriften zur Installation eines OBD-Systems auf nonroad equipment mit heavy-duty Dieselmotoren angekndigt.

Die Grenzwerte EU Stage IV und EPA Tier IV mssen bis Ende 2013 erreicht werden, die gesetzliche Vorschrift zur Einfhrung von OBD ist nur noch eine Frage der Zeit.

Aufgabe klar definiert

Das OBD-System ist selbst nicht fr die Re-duzierung der Schadstoffemissionen oder die Einhaltung von Grenzwerten zustndig, sondern fr die berwachung der Kompo-nenten, die die Schadstoffemissionen eines Fahrzeugs beeinflussen, z. B. Motor, Diesel-partikelfilter und Katalysatoren. Die ber-wachung stellt sicher, dass die zulssigen Grenzwerte whrend des Betriebs eingehal-ten werden. Aus diesem Grund ist die In-stallation eines OBD-Systems als Teil der Steuergerte-Eigendiagnose auf fahrenden Arbeitsmaschinen sinnvoll, auch wenn der Gesetzgeber dies bisher nicht vorschreibt.

Antriebe und Antriebselemente

OBD is short for On-Board Diagnostics, a technology to detect, store, and report emissions-related malfunctions. For road vehicles, including trucks and buses with heavy-duty diesel engines, OBD is required by law. OBD guarantees that the legislative requirements according to EU Stage IV and EPA Tier IV for emissions of mobile equipment are met for the entire life of the machine. Even if not yet mandated by the legislator, the installation of an OBD system as part of the electronic self-diagnostic system of the machine is economically reasonable: It decreases down times and saves money.

Summary

3: die software-Komponenten PC-basierter servicetester sind international standardisiert

Weitere Informationen www.vfv1.de/25307630

parametrierbare Dienste (Services), die der Servicetechniker ber den CAN-Bus an die Maschine senden kann und die dazu geh-renden Antworten.

Auch fr die Diagnosekommunikation mit dem OBD-System wird ein internatio-nal standardisiertes Protokoll eingesetzt: ISO 15 031 (Communication between vehi-cle and external equipment for emissions-related diagnostics). ISO 15 031 Teil 5 be-schreibt OBD-Dienste (Services), zum Bei-spiel zum Lesen der Diagnostic Trouble Codes (DTCs) und zum Lschen des Feh-lerspeichers.

In der Regel werden auch die OBD-Dien-ste ber den CAN-Bus bertragen. Die Technologie dazu wird in ISO 15 765-4 (Dia-gnostics on Controller Area Network (CAN) Teil 4: Requirements for emissions-related services) spezifiziert und die Protokollbe-zeichnung lautet ISO 15 031-5 auf ISO 15 765-4.

SAE J1939 basiert auf CAN. Fr den Fall, dass SAE J1939-21 bereits fr die Onboard-

Kommunikation im Einsatz ist, kann die Diagnosekommunikation gem SAE J1939-73 ablaufen. Die Protokollbezeich-nung fr die Diagnosekommunikation mit dem OBD-System in einem SAE J1939 ba-sierenden Fahrzeug lautet ISO 15 031-5 auf SAE J1939-73.

Im Rahmen einer weltweiten Vereinheitli-chung der OBD-Standards fr Heavy-Duty- Dieselmotoren hat das World Forum for Harmonization of Vehicle Regulations (WP29) der United Nations (UN) bereits im November 2001 entschieden, die Working Party on Pollution and Energy (GRPE) mit der Erstellung einer Global Technical Regu-lation (GTR) zu beauftragen. Ein Ergebnis ist die ISO 27 145 = Implementation of World-Wide Harmonized On-Board Diagnostics (WWH-OBD) communication requirements, die 2010 als DIS (Draft International Stan-dard) verffentlicht wurde. ISO 27 145 adap-tiert das Diagnoseprotokoll UDS (Unified Diagnostic Services) auf CAN, ist aber bis heute nicht im praktischen Einsatz.

Servicetester

Auch die Komponenten PC-basierter Ser-vicetester sind international standardisie