DE102010012988B4 - Verfahren zur Diagnose eines flüssigkeitsgekühlten Abgaskrümmers einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Verfahren zum überprüfen der Funktionsfähigkeit eines flüssigkeitsgekühlten Abgaskrümmers (7) einer Brennkraftmaschine (1), mit einer an den Abgaskrümmer (7) angeschlossenen Abgasleitung (4), in deren Verlauf ein mit einer elektrischen Heizeinrichtung (13) versehener Abgassensor (14) angeordnet ist, wobei
– während des Betriebes der Brennkraftmaschine (1) der elektrische Widerstand des Abgassensors (14) ermittelt wird, auf dessen Grundlage der aktuelle Wert der Abgastemperatur (T_{EX_ES}) abgeschätzt wird,
– dieser Wert der Abgastemperatur (T_{EX_ES}) mit einem, für diesen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine (1) erwarteten Sollwert für die Abgastemperatur (T_{EX_SOLL}) verglichen wird,
– abhängig vom Ergebnis des Vergleiches die Funktionsfähigkeit der Flüssigkeitskühlung des Abgaskrümmers (7) bewertet wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines flussigkeitsgekuhlten Abgaskrümmers einer Brennkraftmaschine mit einer an den Abgaskrümmer angeschlossenen Abgasleitung, in deren Verlauf ein mit einer elektrischen Heizeinrichtung versehener Abgassensor angeordnet ist.
• Beim Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine zum Antrieb von leistungsstarken Kraftfahrzeugen können abgasseitig sehr hohe Temperaturen, teilweise über 1000°C auftreten. Um eine thermische Schädigung von im Abgastrakt vorhandener Komponenten, insbesondere motornahe verbaute Abgaskatalysatoren, Turbinen eines Abgasturboladers, aber auch Abgassonden zu vermeiden, müssen geeignete Maßnahmen ergriffen werden.
• In der DE 10 2009 020 804 A1 ist ein Steuersystem für ein Motorsystem beschrieben, das einen Temperatursensor und ein Diagnosemodul umfasst. Der Temperatursensor misst eine Auslasstemperatur an einem Auslass eines Kühlsystems. Das Diagnosemodul schätzt die Kühlfluidtemperatur ab, ermittelt die Kühlleistung auf der Basis der Auslasstemperatur und der Kühlfluidtemperatur und diagnostiziert selektiv eine Störung in dem Kühlsystem auf der Basis der Kühlleistung und einer vorbestimmten Schwelle.
• Die DE 43 39 692 A1 zeigt ein Verfahren zur Ermittlung der Abgastemperatur mit einer beheizbaren Lamdasonde und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Die Lambdasonde wird mit Hilfe eines elektrischen Heizelements auf eine konstante Temperatur geregelt. Je nach Abgasdurchsatz und Abgastemperatur ist dazu mehr oder weniger elektrische Leistung erforderlich. Das Verfahren ermittelt aus der dem Heizelement zugefuhrten elektrischen Leistung die Abgastemperatur. Zur Erhöhung der Genauigkeit können dabei zusatzlich Größen berucksichtig werden, die den Abgasdurchfluss charakterisieren.
• In der US 2009/0139317 A1 ist ein System zum Detektieren der Abnahme eines Kühlmittelflusses in einer Brennkraftmaschine beschrieben. Dieses System beinhaltet eine Vorrichtung, welche mindestens einen Parameter der Brennkraftmaschine überwacht und eine Vorrichtung zum Messen der aktuellen Temperatur der Einlassluft. Des Weiteren ist ein Regler vorhanden, der eine theoretische Einlasslufttemperatur bestimmt auf der Basis des mindestens einen überwachten Parameters der Brennkraftmaschine und zum Vergleichen der theoretischen Einlasstemperatur mit der tatsächlich gemessenen Einlasstemperatur und zum Generieren eines Signals, das kennzeichnend ist für den Kühlmittelfluss der Brennkraftmaschine.
• Aus der DE 102 01 465 B4 ist ein Verfahren zum Steuern einer Bauteilschutzfunktion für einen Abgaskatalysator eines Verbrennungsmotors mit einer Motorsteuerung bekannt, welche ein Abgastemperaturmodell beinhaltet. Das Abgastemperaturmodell weist eine Kennlinie auf, die einen Einflussfaktor auf die Abgasmodelltemperatur in Abhängigkeit der Luftzahl Lambda darstellt. Es wird ein inverses Abgastemperaturmodell bereitgestellt, wobei die Kennlinie des Abgastemperaturmodells fur das inverse Abgastemperaturmodell in eine invertierte Kennlinie übertragen wird. Es wird ein Lambda-Sollwert für den Bauteilschutz berechnet als Eingangsgröße für eine Lambda-Koordination auf der Basis des inversen Abgastemperaturmodells, wobei ein bauteilkritischer Grenzwert in das inverse Temperaturmodell eingesetzt wird.
• In der DE 10 2004 033 394 B3 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine mit einer Motorsteuerung beschrieben, wobei die Motorsteuerung die Abgastemperatur über das Luft-/Kraftstoffgemisch einstellt und die ein Temperaturmodell besitzt, das eine prädizierte Temperatur für ein Bauteil im Abgastrakt bestimmt, die sich bei Beibehaltung der aktuellen Betriebs- und Fahrbedingung nach einer längeren Zeitdauer einstellt. Die Motorsteuerung regelt zum Bauteilschutz die Abgastemperatur abhängig von der prädizierten Temperatur.
• Des Weiteren ist es bekannt, einen Saugmotor durch einen hubraumkleineren Motor mit Aufladung zu ersetzen. Dieses sogenannte Downsizing mit Hilfe von Turboaufladung führt zu einer günstigeren Leistungsmasse und damit zu einem veränderten Lastkollektiv, das heißt die Betriebsdauer in höheren Lastbereichen nimmt deutlich zu. Um die damit einhergehende thermische Belastung von im Abgastrakt angeordneten Komponenten (Abgaskatalysator, Abgassonde, Abgasturbine) zu begrenzen, können flüssigkeitsgekühlte Abgaskrümmer eingesetzt werden, welche teilweise oder sogar vollständig in den Zylinderkopf der Brennkraftmaschine integriert sind.
• In der DE 10 2007 050 259 A1 ist eine aufgeladene Brennkraftmaschine mit integriertem Abgaskrümmer und Flüssigkeitskühlung beschrieben.
• Durch den Einsatz eines flüssigkeitsgekühlten Abgaskrümmers können die Abgastemperaturen gesenkt werden. Die Flüssigkeitskühlung kann an den allgemeinen Kühlkreislauf der Brennkraftmaschine angeschlossen sein und durch entsprechende Ventile oder mittels einer Pumpe aktiviert werden. Aufgrund einer Vielzahl von möglichen Defekten von Komponenten dieses Kühlkreislaufes ist ein Ausfall der Flüssigkeitskühlung des Abgaskrümmers nicht auszuschließen. Dieser Ausfall bewirkt wiederum ein Ansteigen der Abgastemperatur und damit unter Umständen eine Schädigung der abgasseitigen Komponenten.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, mit dem auf einfache Weise die ordnungsgemäße Funktion einer Flüssigkeitskühlung für einen Abgaskrümmers einer Brennkraftmaschine diagnostiziert werden kann.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
• Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren zum überprüfen der Funktionsfähigkeit eines flüssigkeitsgekühlten Abgaskrümmers einer Brennkraftmaschine, mit einer an den Abgaskrümmer angeschlossenen Abgasleitung, in deren Verlauf ein mit einer elektrischen Heizeinrichtung versehener Abgassensor angeordnet ist, wobei während des Betriebes der Brennkraftmaschine der elektrische Widerstand des Abgassensors ermittelt wird, auf dessen Grundlage der aktuelle Wert der Abgastemperatur abgeschätzt wird, dieser Wert der Abgastemperatur mit einem, für diesen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine erwarteten Sollwert für die Abgastemperatur verglichen wird, und abhängig vom Ergebnis des Vergleiches die Funktionsfähigkeit der Flüssigkeitskühlung des Abgaskrümmers bewertet wird.
• Durch Erfassen und Auswerten des von der Temperatur des Abgases abhängigen elektrischen Widerstandes des Abgassensors ist es auf einfache Weise möglich, ohne den Einsatz zusätzlicher Komponenten eine Aussage über die Betriebsbereitschaft der Flüssigkeitskühlung des Abgaskrümmers zu erhalten. Insbesondere kann auf den Einbau eines Abgastemperatursensors in den Abgasstrang stromabwärts des Abgaskrümmers verzichtet werden, was zu einer Reduzierung der Kosten führt.
• In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Betrag der Differenz zwischen dem Sollwert der Abgastemperatur und dem Schätzwert der Abgastemperatur gebildet und der so erhaltene Wert mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen. Auf einen Defekt der Flüssigkeitskühlung für den Abgaskrümmer wird geschlossen, wenn der Betrag den Schwellenwert überschreitet. Dies ermöglicht eine besonders einfache und Rechnerresourcen sparende Auswertung.
• Da der elektrische Widerstand des Abgassensors in erster Linie von der Abgastemperatur abhängt, kann dieser Zusammenhang für ein Referenzsystem, das heißt für ein System, bei dem die Flüssigkeitskühlung ordnungsgemäß funktioniert, als Funktion von Last und Drehzahl z. B. empirisch ermittelt werden und in einem Kennfeld eines Datenspeichers einer die Brennkraftmaschine steuernde und/oder regelnde Steuerungseinrichtung abgelegt werden. Der elektrische Widerstand kann dabei mittels einfacher Strom- und Spannungsmessung erhalten werden.
• Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird der Sollwert der Abgastemperatur ebenfalls experimentell abhängig von Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine ermittelt und in einem Kennfeld eines Datenspeichers einer die Brennkraftmaschine steuernden und/oder regelnden Steuerungseinrichtung abgelegt.
• Darüber hinaus kann der Sollwert der Abgastemperatur auch mittels einer physikalischen oder empirischen Modellbildung erhalten wird, wobei Betriebsparameter der Brennkraftmaschine herangezogen werden.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird das Verfahren erst durchgeführt, wenn vorgegebene Freigabebedingungen für die Diagnose des flüssigkeitsgekühlten Abgaskrümmers erfüllt sind. Damit lassen sich Fehldiagnosen auf zuverlässige Weise vermeiden.
• Da eine Abweichung zwischen dem Sollwert der Abgastemperatur und dem Schätzwert der Abgastemperatur außer der durch die Flüssigkeitskühlung bewirkten Temperaturänderung auch auf einem Defekt oder einer Veränderung des Sondenwiderstandes beruhen kann, welcher nicht durch die Abgastemperatur verursacht ist, wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung überprüft, ob keine Abnormalität des Sondenwiderstandes vorliegt.
• Bevorzugter Weise erfolgt eine solche Prüfung nach erfolgtem Kaltstart der Brennkraftmaschine, da beim Kaltstart der Einfluss der Flüssigkeitskühlung vernachlässigt werden kann. Dabei wird überprüft, ob die Aufheizzeitdauer von einem ersten auf einen zweiten Temperaturwert innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt und damit auch der elektrische Widerstand innerhalb eines vorgegebenen Bereiches liegt. Nur wenn dies erfüllt ist, wird die Diagnose freigegeben.
• Zusätzlich kann überprüft werden, ob sich die Brennkraftmaschine in einem vorgegebenen Last-/Drehzahlbereich befindet und die Diagnose erst freigegeben wird, wenn auch diese Bedingung erfüllt ist. Dies führt zu einem noch aussagekräftigeren Diagnoseergebnis, da eventuell die bei Leerlauf bzw. Volllast auftretenden minimalen bzw. maximalen Temperaturen die Auswertung verfälschen könnten.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden bei Auftreten einer Fehlfunktion des Kühlsystems für den Abgaskrümmer mit Hilfe der Steuerungseinrichtung leistungsbegrenzende Eingriffe eingeleitet, die einen weiteren Energieeintrag in die Abgasleitung verhindern oder senken. Dadurch können Komponenten im Abgastrakt, wie beispielsweise der Abgaskatalysator oder die Turbine des Abgasturboladers, aber auch Abgassensoren wirksam vor einer thermischen Beschädigung oder sogar Zerstörung geschützt werden.
• Nach Erkennen einer Fehlfunktion der Flüssigkeitskühlung erfolgt ein Fehlereintrag in einen Fehlerspeicher der Steuerungseinrichtung und eine es ergeht eine optische und/oder akustische Warnmeldung an den Führer des mit der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs. Das kann auf einfache Weise durch Aktivieren einer Warnlampe innerhalb eines ohnehin vorhandenen Displays geschehen. Dadurch wird der Fahrer aufgefordert, eine Werkstatt aufzusuchen und der Fehler wird aus dem Fehlerspeicher ausgelesen und kann behoben werden.
• Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine Blockdarstellung einer Brennkraftmaschine mit flüssigkeitsgekühltem Abgaskrümmer und zugehöriger Abgasreinigungsvorrichtung, bei der das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren eingesetzt wird,
• 2 einen Ablaufplan des erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens und
• 3 einen Ablaufplan zur Überprüfung einer Diagnosebedingung.
• In 1 ist in Form eines Blockschaltbildes sehr vereinfacht eine Brennkraftmaschine mit einer ihr zugeordneten Abgasreinigungsvorrichtung gezeigt. Dabei sind nur diejenigen Teile dargestellt, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind. Insbesondere ist auf die Darstellung des Kraftstoffkreislaufes verzichtet worden.
• Der Brennkraftmaschine 1 wird über einen Ansaugtrakt 2 die zur Verbrennung notwendige Luft zugeführt. Eine Einspritzanlage, die beispielsweise als Hochdruckspeichereinspritzanlage (Common rail) mit Einspritzventilen ausgebildet sein kann, die Kraftstoff KST direkt in die Zylinder der Brennkraftmaschine 1 einspritzen, ist mit dem Bezugszeichen 3 bezeichnet. Das Abgas der Brennkraftmaschine 1 strömt über eine Abgasleitung 4 zu einem Abgaskatalysator 5 und von diesem über einen nicht dargestellten Schalldämpfer ins Freie. Es können auch mehrere Abgaskatalysatoren vorgesehen sein, insbesondere ein motornaher Vorkatalysator und ein sogenannter Unterflurkatalysator. Im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 strömt das Abgas in der eingezeichneten Pfeilrichtung durch die Abgasleitung 4.
• Die Brennkraftmaschine 1 weist einen flüssigkeitsgekühlten Zylinderkopf 6 und einen zumindest teilweise in den Zylinderkopf 6 integrierten Abgaskrümmer 7 auf. Die Konfiguration des Kühlkreislaufes ist dabei derart ausgestaltet, dass Kühlflüssigkeit auch den Abgaskrümmer 7 erreicht und dieser bei Bedarf gekühlt wird. Hierzu sind an dem Zylinderkopf 6 ein Kühlmitteleinlass 8 und ein Kühlmittelauslass 9 vorgesehen. Die Strömungsrichtung des Kühlmittels ist mit Pfeilsymbolen gekennzeichnet. Am Kühlmittelauslass 9 kann eine elektrisch steuerbare Kühlmittelpumpe 10 und/oder ein elektrisch steuerbares Ventil 11 vorgesehen sein, so dass der Kühlmittelfluss durch den Zylinderblock 2 und den Abgaskrümmer 7 aktiv beeinflussbar ist. Es ist auch möglich, zwei zumindest abschnittweise separate Kühlmittelkreisläufe für den Zylinderkopf 6 und den Abgaskrümmer 7 vorzusehen, so dass der Kühlmittelfluss durch den Abgaskrümmer 7 unabhängig von dem Kühlmittelfluss durch den Zylinderkopf 6 eingestellt werden kann. Am oder in der Nähe des Kühlmitteleinlasses 8 ist ein Temperatursensor 12 angeordnet, der ein der Temperatur des Kühlmittels entsprechendes Signal TCO abgibt.
• Stromaufwärts des Abgaskatalysators 5 ist im Abgaskanal 4 ein mit einer elektrischen Heizeinrichtung 13 ausgestatteter Abgassensor 14 vorgesehen, der bevorzugt als lineare Lambdasonde (Breitband-Lambdasonde) ausgestaltet ist. Alternativ kann der Abgassensor 14 auch als binäre Lambdasonde ausgestaltet sein. Der Abgassensor 14 erfasst einen Restsauerstoffgehalt im Abgas und gibt ein entsprechendes Signal ab. Mit dem Signal dieses Abgassensors 14 wird das Gemisch der Brennkraftmaschine 1 entsprechend den Sollwertvorgaben geregelt. Diese Funktion übernimmt eine an sich bekannte Lambdaregelungseinrichtung.
• Zum Steuern und Regeln der Brennkraftmaschine 1 ist eine Steuerungseinrichtung (ECU, Electronic Control Unit) 16 vorgesehen, der neben den Signalen der erwähnten Sensoren weitere, für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 nötige Sensoren zugeordnet sind. Insbesondere sind dies ein Kurbelwellenwinkelsensor, welcher einen Kurbelwellenwinkel erfasst und dem dann eine Drehzahl zugeordnet wird, ein Fahrpedalstellungsgeber, welcher eine Fahrpedalstellung eines Fahrpedals erfasst, ein Temperatursensor, der die Ansauglufttemperatur erfasst. Weitere Eingangssignale von Sensoren, die zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine 1 benötigt werden, sind in der 1 allgemein mit dem Bezugszeichen ES bezeichnet.
• Die Sensoren erfassen verschiedene Messgrößen und ermitteln jeweils den Messwert der Messgröße. Die Steuereinrichtung 16 ermittelt abhängig von mindestens einer der Messgrößen Stellgrößen, die dann in ein oder mehrere Stellsignale zum Steuern von Stellgliedern mittels entsprechender Stellantriebe umgesetzt werden.
• Die Stellglieder sind beispielsweise eine Drosselklappe 20 im Ansaugtrakt 4 und die Einspritzventile der Einspritzanlage 3, die Kühlmittelpumpe 10 und das Ventil 11. Weitere Ausgangssignale für weitere Stellglieder, die zum Betreiben der Brennkraftmaschine 1 nötig, aber nicht explizit dargestellt sind, sind in der 1 allgemein mit dem Bezugszeichen AS gekennzeichnet.
• Solche elektronischen Steuerungseinrichtungen 16, die in der Regel einen oder mehrere Mikroprozessoren beinhalten und die neben der Kraftstoffeinspritzung, der Lambdaregelung und der Zündungsregelung bei einer Otto-Brennkraftmaschine noch eine Vielzahl weitere Steuer- und Regelaufgaben und insbesondere auch On-Board-Diagnosen durchführen, sind an sich bekannt, sodass im Folgenden nur auf den im Zusammenhang mit der Erfindung relevanten Aufbau und dessen Funktionsweise eingegangen wird.
• In der Steuerungseinrichtung 16 sind mehrere, kennfeldbasierte Motorsteuerungsfunktionen softwaremäßig in einem Programmspeicher 15 implementiert. Unter anderem sind insbesondere die Lambda-Regelungseinrichtung und ein Modell zur Ermittlung der Abgastemperatur, sowie Bauteilschutzfunktionen für Komponenten in der Abgasleitung implementiert. Die zur Verbrennung nötige Kraftstoffeinspritzmenge wird bei einer Otto-Brennkraftmaschine in herkömmlicher Weise aus einem Lastparameter, beispielsweise aus der angesaugten Luftmasse bzw. Luftmenge und der Drehzahl berechnet und mehreren Korrekturen (Temperatureinflüsse, Lambdaregler, usw.) unterworfen.
• Insbesondere ist in der Steuereinrichtung 16 ein Datenspeicher 21 enthalten, in der unter anderem verschiedene Kennfelder KF_i, Schwellenwerte SW_i, Istwerte T_{EX_ES} und Sollwerte t_{HEIZ_SOLL}, T_{EX_SOLL} sowie Merker FLAG 0,1 gespeichert sind, deren Bedeutung noch erläutert wird.
• Ferner ist in der Steuerungseinrichtung 16 ein Fehlerspeicher 22 enthalten, in den mittels der On-Board Diagnose festgestellte Fehler eingetragen und beim nächsten Werkstattbesuch ausgelesen werden können. Das Auftreten eines Fehlers kann dem Fahrzeugführer akustisch und/oder optisch mitgeteilt werden. Hierzu ist der Fehlerspeicher 22 mit einer Fehleranzeigevorrichtung 23 verbunden, die beispielsweise eine Warnlampe (MIL, malfunction indication lamp) beinhalten kann.
• Stromabwärts des Abgaskatalysators 5 ist im Abgaskanal 4 ein weiterer Abgassensor 17, vorzugsweise eine binäre Lambdasonde (Sprungsonde) angeordnet. Das Signal dieses Abgassensors 17 wird im Rahmen einer Trimmregelung, auch als Führungsregelung bezeichnet, zur Korrektur (Trimmen) des Ausgangssignals des Abgassensors 14 herangezogen. Außerdem kann dieses Signal zur Bestimmung der Beladung und zur Diagnose des Abgaskatalysators 5 herangezogen werden.
• Zur Erhöhung der Zylinderfüllung und damit zur Leistungssteigerung der Brennkraftmaschine 1 ist eine Aufladevorrichtung in Form eines an sich bekannten Abgasturboladers vorgesehen, dessen Turbine 18 im Abgaskanal 4 nahe an dem Abgaskrümmer und damit nahe am Zylinderkopf 6 angeordnet ist und die über eine nur als Linie dargestellte, nicht näher bezeichnete mechanische Verbindung, insbesondere über eine Welle mit einem stromaufwärts der Drosselklappe 20 angeordneten Verdichter 19 im Ansaugkanal 2 in Wirkverbindung steht. Somit treiben die Abgase der Brennkraftmaschine 1 die Turbine 18 und diese wiederum den Verdichter 19 an. Der Verdichter 19 übernimmt das Ansaugen und liefert der Brennkraftmaschine 1 eine vorverdichtete Frischladung. Weitere Komponenten der Aufladevorrichtung wie Ladeluftkühler, Bypassleitungen mit wastegate bzw. Schubumluftventil etc. sind nicht dargestellt.
• Zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit der Flüssigkeitskühlung des Abgaskrümmers 7 der Brennkraftmaschine 1 ist in dem Programmspeicher 15 der Steuerungseinrichtung 16 ein Programm gespeichert, welches während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 abgearbeitet wird.
• Das Programm wird in einem Schritt S0 gestartet (2), in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden. Der Start des Programms erfolgt bevorzugt zeitnah zu dem Start der Brennkraftmaschine 1.
• In einem Schritt S1 wird abgefragt, ob in dem Datenspeicher 21 ein Merker FLAG = 1 oder FLAG = 0 gesetzt ist. Der Merker FLAG = 1 bedeutet, dass vorgegebene Diagnosebedingungen erfüllt sind und die Diagnose durchgeführt werden kann. Der Merker FLAG = 0 bedeutet, dass die vorgegebenen Diagnosebedingungen nicht erfüllt sind und deshalb die Diagnose gesperrt wird. Eine Diagnosebedingung ist insbesondere, dass die Aufheizdauer eines im Abgaskanal 4 stromabwärts des Abgaskrümmers 7 angeordneten Abgassensors 14 und damit der elektrische Sondenwiderstand des Abgassensors 14 in einem zulässigen Bereich liegt. Diese Überprüfung wird anhand der Beschreibung der 3 noch näher erläutert. Zusätzlich oder optional kann die Überprüfung auf einen bestimmten Drehzahl-/Lastbereich der Brennkraftmaschine 1 beschränkt werden.
• Ergibt die Abfrage in Schritt S1, dass ein Merker FLAG = 0 gesetzt ist, so ist das Verfahren in Schritt S7 zu Ende und das Verfahren startet entweder nach einer bestimmten, vorgegebenen Zeitspanne erneut automatisch oder erst wieder beim nächsten Start der Brennkraftmaschine.
• Ist dagegen in Schritt S1 ein Merker FLAG = 1 gesetzt, wird in einem nachfolgenden Schritt S2 ein Wert für eine geschätzte Abgastemperatur T_{EX_ES} und ein Sollwert für die Abgastemperatur T_{EX_SOLL} in den Programmspeicher 15 der Brennkraftmaschine eingelesen. Der Schätzwert der Abgastemperatur T_{EX_ES} wird aus einem Kennfeld KF1 ausgelesen, das im Datenspeicher 21 der Steuerungseinrichtung 16 abgelegt ist. Abhängig von dem elektrischen Widerstand der Nernstzelle (Innenwiderstand) des Abgassensors 14 sind in diesem Kennfeld KF1 zugehörige Werte für die Abgastemperatur T_{EX_ES} abgelegt. Anhand des Widerstandes der Nernstzelle des Abgassensors 14 kann die Temperatur an der Sondenspitze ermittelt werden. Diese Temperatur ist wiederum abhängig von der Abgastemperatur und dem Abgasmassenstrom. Der Zusammenhang zwischen diesen Größen wird experimentell ermittelt. Eine Möglichkeit der Bestimmung des elektrischen Widerstandes (Innenwiderstandes) eines Abgassensors ist in der DE 196 25 899 C2 beschrieben.
• Der Sollwert der Abgastemperatur T_{EX_SOLL} wird aus einem Kennfeld KF2 ausgelesen, das ebenfalls im Datenspeicher 21 der Steuerungseinrichtung 16 abgelegt ist. Abhängig von der Last und der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1 sind zugehörige Sollwerte für die Abgastemperatur T_{EX_SOLL} hinterlegt. Optional können noch Korrekturfaktoren (Zündwinkel, Lambdaregelsignal) berücksichtigt werden. Die Bedatung des Kennfeldes KF2 erfolgt experimentell durch Versuche oder mit Hilfe eines Temperatursensors. Die so ermittelte Temperatur entspricht einem Referenzsystem bei einem fehlerfreien Kühlsystem des Abgaskrümmers.
• In einem Schritt S3 wird der Betrag der Differenz zwischen dem Sollwert der Abgastemperatur T_{EX_SOLL} und dem Schätzwert der Abgastemperatur T_{EX_ES} gebildet und mit einem vorgegebenen Schwellenwert SW1 verglichen. Überschreitet dieser Betrag den Schwellenwert SW1, so wird in Schritt 54 auf einen Ausfall der Flüssigkeitskühlung für den Abgaskrümmer 7 geschlossen und als Reaktion hierauf werden in einem nachfolgenden Schritt S5 geeignete Maßnahmen zur Senkung der Abgastemperatur eingeleitet, um die Komponenten in der Abgasleitung 4 vor zu großer thermischer Beanspruchung zu schützen. Hierzu sind alle leistungsbegrenzenden Eingriffe geeignet, die den Energieeintrag in den Abgastrakt senken. Insbesondere kann im Falle iner aufgeladenen brennkraftmaschine eine Begrenzung des Ladedrucks erfolgen. Beispielsweise kann auch das Luft-/Kraftstoffverhältnis in Richtung zu einem Kraftstoffüberfluss eingestellt werden, d. h. ein sogenanntes Anfetten des Gemisches (Luftzahl Lambda > 1) erfolgen.
• Gleichzeitig hierzu erfolgt in dem Schritt S6 ein Fehlereintrag in den Fehlerspeicher 22 der Steuerungseinrichtung 16 und der Ausfall der Flüssigkeitskühlung kann dem Führer des mit der Brennkraftmaschine 1 angetriebenen Fahrzeuges akustisch und/oder optisch angezeigt werden und ihn so zu einem Werkstattbesuch aufzufordern. Nach Eintrag des Fehlers und Ausgabe des Warnhinweises ist das Verfahren in Schritt S7 beendet.
• Ergibt die Abfrage in Schritt S3, dass der Schwellenwert SW1 nicht überschritten wird, so wird auf eine funktionsfähige Flüssigkeitskühlung des Abgaskrümmers 7 geschlossen (Schritt S5) und das Verfahren ist in Schritt S7 beendet.
• Eine Abweichung zwischen dem Sollwert der Abgastemperatur T_{EX_SOLL} und dem Schätzwert der Abgastemperatur T_{EX_ES} kann außer der durch die Flüssigkeitskühlung bewirkten Temperaturänderung auch auf einem Defekt oder einer Veränderung des Sondenwiderstandes beruhen, welcher nicht durch die Abgastemperatur verursacht ist. Um eine Fehldiagnose auszuschließen, muss sichergestellt sein, dass keine Abnormalität des Sondenwiderstandes vorliegt.
• Deshalb ist in dem Programmspeicher 15 der Steuerungseinrichtung 16 ein weiteres Programm (3) gespeichert, das eine Aussage über den Zustand des Sondenwiderstandes des Abgassensors 14 erlaubt.
• Das Programm wird in einem Schritt S10 gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert werden. Der Start des Programms erfolgt unmittelbar nach dem Start der Brennkraftmaschine 1.
• In einem Schritt S11 wird überprüft, ob ein Kaltstart der Brennkraftmaschine 1 vorliegt. Hierzu kann beispielsweise das Signal TCO des Temperatursensors 12 (1) und/oder die Abstellzeitdauer der Brennkraftmaschine 1 ausgewertet werden.
• Liegt die erfasste, oder mittels eines an sich bekannten Temperaturmodells bestimmte Temperatur der Brennkraftmaschine unterhalb eines vorgegebenen Wertes, so wird auf einen Kaltstart der Brennkraftmaschine 1 geschlossen und das Verfahren in einem Schritt S12 fortgesetzt, andernfalls wird in einer Warteschleife diese Bedingung erneut abgefragt.
• In dem Schritt S12 wird die Aufheizzeitdauer t_{HEIZ_IST} des Abgassensors 14 ermittelt, d. h. diejenige Zeitdauer, die benötigt wird, um den Abgassensor 14 mittels der in den Abgassensor 14 integrierten elektrischen Heizvorrichtung 13 von einem ersten, vorgegebenen Temperaturwert auf einen zweiten, ebenfalls vorgegebenen Temperaturwert aufzuheizen. In einem Schritt S13 wird der Betrag der Differenz zwischen der so ermittelten Aufheizzeitdauer t_{HEIZ_IST} und einem vorgegebenen Sollwert für die Aufheizzeitdauer t_{HEIZ_SOLL} gebildet und mit einem vorgegebenen Schwelllenwert SW1 verglichen. Liegt der Betrag der Differenz zwischen der Aufheizzeitdauer t_{HEIZ_IST} und dem Sollwert für die Aufheizzeit t_{HEIZ_SOLL} unterhalb des Schwellenwertes SW1, so wird im Schritt S14 auf einen Sondenwiderstand geschlossen, der innerhalb eines tolerierbaren Bereiches liegt und in dem Datenspeicher 21 wird ein Merker Flag = 1 gesetzt. Anschließend wird das Verfahren wird in einem Schritt S16 beendet. Liegt der Sondenwiderstand innerhalb des definierten Bereiches, so kann eine Veränderung des Sondenwiderstandes ausgeschlossen werden, da beim Kaltstart der Brennkraftmaschine 1 der Einfluss der Flüssigkeitskühlung vernachlässigt werden kann.
• Ergibt die Abfrage in Schritt S13 ein negatives Ergebnis, so wird im Schritt S15 auf einen Sondenwiderstand geschlossen, der nicht mehr innerhalb eines tolerierbaren Bereiches liegt und in dem Datenspeicher 21 wird ein Merker Flag = 0 gesetzt. Anschließend wird das Verfahren in dem Schritt S16 beendet.
• Der Merker FLAG = 1 ist also ein Indikator dafür, dass die Diagnose nach dem Verfahren, wie es anhand des Ablaufdiagramms nach 2 beschrieben ist, durchgeführt werden kann, während der Merker FLAG = 0 bedeutet, dass die Diagnose gesperrt wird, weil kein aussagekräftiges Ergebnis über die Funktionsfähigkeit der Flüssigkeitskühlung des Abgaskrümmers erwartet werden kann.

Claims (10)

1. Verfahren zum überprüfen der Funktionsfähigkeit eines flüssigkeitsgekühlten Abgaskrümmers (7) einer Brennkraftmaschine (1), mit einer an den Abgaskrümmer (7) angeschlossenen Abgasleitung (4), in deren Verlauf ein mit einer elektrischen Heizeinrichtung (13) versehener Abgassensor (14) angeordnet ist, wobei – während des Betriebes der Brennkraftmaschine (1) der elektrische Widerstand des Abgassensors (14) ermittelt wird, auf dessen Grundlage der aktuelle Wert der Abgastemperatur (T_{EX_ES}) abgeschätzt wird, – dieser Wert der Abgastemperatur (T_{EX_ES}) mit einem, für diesen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine (1) erwarteten Sollwert für die Abgastemperatur (T_{EX_SOLL}) verglichen wird, – abhängig vom Ergebnis des Vergleiches die Funktionsfähigkeit der Flüssigkeitskühlung des Abgaskrümmers (7) bewertet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass – der Betrag der Differenz zwischen dem Sollwert der Abgastemperatur (T_{EX_SOLL}) und dem Schätzwert der Abgastemperatur (T_{EX_ES}) gebildet wird, – der so erhaltene Wert und mit einem vorgegebenen Schwellenwert (SW1) verglichen wird, – auf einen Defekt der Flüssigkeitskühlung für den Abgaskrümmer (7) geschlossen wird, wenn der Betrag den Schwellenwert (SW1) überschreitet
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Widerstand gemessen wird und Werte der Abgastemperatur (T_{EX_ES}) in einem Kennfeld (KF1) eines Datenspeichers (21) einer die Brennkraftmaschine (1) steuernden und/oder regelnden Steuerungseinrichtung (16) abhängig von den gemessenen Werten des elektrischen Widerstandes abgelegt ist.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert der Abgastemperatur (T_{EX_SOLL}) experimentell abhängig von Last und Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) ermittelt wird und in einem Kennfeld (KF2) eines Datenspeichers (21) einer die Brennkraftmaschine (1) steuernden und/oder regelnden Steuerungseinrichtung (16) abgelegt ist.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass der Sollwert der Abgastemperatur (T_{EX_SOLL}) mittels einer physikalischen oder empirischen Modellbildung erhalten wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren erst durchgeführt wird, wenn vorgegebene Freigabebedingungen für die Diagnose des flüssigkeitsgekühlten Abgaskrümmers (7) erfüllt sind.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgtem Kaltstart der Brennkraftmaschine (1) überprüft wird, ob sich der elektrische Widerstand des Abgassensors (14) innerhalb eines vorgegebenen Bereiches befindet und bei Erfüllen dieser Bedingung die Diagnose freigegeben wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass uberprüft wird, ob sich die Brennkraftmaschine (1) in einem vorgegebenen Last-/Drehzahlbereich befindet und bei Erfüllen dieser Bedingung die Diagnose freigegeben wird.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Auftreten einer Fehlfunktion des Kühlsystems für den Abgaskrümmer (7) mit Hilfe der Steuerungseinrichtung (16) leistungsbegrenzende Eingriffe eingeleitet werden, die den Energieeintrag in die Abgasleitung (4) senken.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Fehlereintrag in einen Fehlerspeicher (22) der Steuerungseinrichtung (16) erfolgt und eine optische und/oder akustische Warnmeldung an den Führer eines mit der Brennkraftmaschine (1) angetriebenen Fahrzeugs ausgegeben wird.

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