DE102007062794A1

DE102007062794A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Detektion einer Undichtigkeit in einem Abgasabschnitt eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102007062794A1
Application number: DE102007062794A
Authority: DE
Inventors: Detlef Heinrich; Annette Luther
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Audi AG
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Audi AG
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-07-02
Anticipated expiration: 2027-12-28
Also published as: DE102007062794B4; US20090265074A1; US7881852B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überprüfen eines Abgasabschnittes (7, 71, 72) eines Verbrennungsmotors (2) auf eine Undichtigkeit; mit folgenden Schritten: - Einleiten (S2, S13, S14) von Sekundärluft in den Abgasabschnitt (7, 71, 72) des Verbrennungsmotors (2) über ein Sekundärluftventil (12, 121, 122); - Ermitteln (S3-S6) einer Maßzahl, die die Stärke der relativen Druckänderungen aufgrund des Ausstoßens von Abgas aus dem Verbrennungsmotor (2) stromaufwärts des Sekundärluftventils (12, 121, 122) angibt; - Erkennen (S7) der Undichtigkeit im Abgasabschnitt (7, 71, 72), abhängig von der Maßzahl.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft das Gebiet von Diagnoseverfahren für Verbrennungsmotoren, insbesondere ein Verfahren zur Diagnose der Dichtigkeit eines Abgasabschnittes in einem Verbrennungsmotor.
Stand der Technik
Verbrennungsmotoren, deren Verbrennungsabgase durch einen Katalysator geführt werden, weisen häufig ein so genanntes Sekundärluftsystem auf. Das Sekundärluftsystem ist vorgesehen, um in einer Kaltstartphase des Verbrennungsmotors durch Zuführen zusätzlicher Luft in einen Abgasabschnitt den Katalysator schneller auf eine Einsetztemperatur aufzuheizen.
Die Diagnose der Dichtigkeit des Sekundärluftsystems wird üblicherweise mithilfe der Lambdasonde im Abgasabschnitt eines Verbrennungsmotors durchgeführt. Dabei wird über einen allgemein gültigen Algorithmus die Sekundärluftmasse im Abgasabschnitt berechnet. Diese Diagnosemöglichkeit des Sekundärluftsystems hat jedoch den Nachteil, dass sie vom Zeitpunkt der Betriebsbereitschaft der Lambdasonde, von der Durchmischung der Sekundärluft mit den Verbrennungsabgasen sowie von den gemischseitigen Vorsteuerfehlern während der Kaltstart- Phase abhängig ist. Neue Regulierungen sehen vor, dass künftig die Sekundärluftdiagnose nur noch während der Kaltstartphase durchgeführt werden darf. Dies ist insbesondere für Systeme, die die Sekundärluft nur für kurze Zeit während der Kaltstartphase in dem Abgasabschnitt zuführen sowie für Systeme mit Abgasturbolader kritisch, da hier die Lambdasonde ihre Betriebsbereitschaft zu spät erreicht, um die Diagnose noch während der Kaltstartphase durchführen zu können.
Eine weitere Möglichkeit, das Sekundärluftsystem zu diagnostizieren, besteht darin, den Druck im Sekundärluftsystem auszuwerten. Dazu wird zwischen der Sekundärluftpumpe und dem Sekundärluftventil ein Drucksensor vorgesehen und der gemessene Sekundärluftdruck ausgewertet, so dass durch einen Schwellwertvergleich eine Undichtigkeit im Sekundärluftsystem erkannt werden kann.
Der herkömmliche Algorithmus zur Erkennung eines Fehlers im Sekundärluftsystem besteht darin, dass bei Einschalten der Sekundärluftpumpe der aktuell vorherrschende Druck gemessen, festgehalten und dann die Differenz des aktuell anliegenden Drucks zum Druck bei Einschalten der Sekundärluftpumpe ermittelt wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass ein eventueller Offsetfehler des Drucksensors eliminiert wird. Die Erkennung einer Undichtigkeit stromabwärts des Sekundärluftventils ist bei diesem Diagnosealgorithmus allerdings fehlerbehaftet, da das Sekundärluftventil für den Sekundärluftstrom eine Drossel darstellt, über die ein relativ großer Druck abfällt. D. h. der Druckabfall, der durch eine Undichtigkeit stromabwärts des Sekundärluftventils auftritt, ist relativ gering verglichen mit dem Druckabfall bei einer Undichtigkeit stromaufwärts des Sekundärluftventils. Die Undichtigkeit stromabwärts des Sekundärluftventils ist daher nur aufwendig und mit sehr empfindlichen Drucksensoren im Sekundärluftsystem diagnostizierbar. Weiterhin müsste die Fehlererkennungsschwelle relativ niedrig festgelegt werden, so dass bei schon bei einer nicht signifikanten Undichtigkeit stromaufwärts des Sekundärluftventils in unerwünschter Weise ein Fehler erkannt und signalisiert würde.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose des Sekundärluftsystems zur Verfügung zu stellen, mit der insbesondere eine Undichtigkeit im Abgasabschnitt stromabwärts des Sekundärluftventils erkannt werden kann, und wobei insbesondere signifikante Fehler zwischen der Sekundärluftpumpe und dem Sekundärluftventil ebenfalls zuverlässig detektiert werden können.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch die Vorrichtung gemäß dem nebengeordneten Anspruch gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Überprüfen eines Abgasabschnittes eines Verbrennungsmotors auf eine Undichtigkeit vorgesehen. Das Verfahren umfasst das Einleiten von Sekundärluft in den Abgasabschnitt des Verbrennungsmotors über ein Sekundärluftventil, das Ermitteln einer Maßzahl, die die Stärke der relativen Druckänderungen aufgrund des Ausstoßes von Abgas aus Zylindern des Verbrennungsmotors stromaufwärts des Sekundärluftventils angibt; sowie das Erkennen der Undichtigkeit im Abgasabschnitt abhängig von der Maßzahl.
Eine Idee des obigen Verfahrens besteht darin, bei Systemen mit einem Sekundärluftsystem eine Diagnose auf eine Undichtigkeit in einem Abgasabschnitt durchzuführen, indem Druckpulsationen aufgrund des Betriebs des Verbrennungsmotors ausgewertet werden. Dadurch kann eine Undichtigkeit in dem Abgasabschnitt stromabwärts des Sekundärluftventils in einfacher Weise diagnostiziert werden.
Weiterhin ist vorteilhaft, dass es bei der Überprüfung auf eine Undichtigkeit stromaufwärts des Sekundärluftventils und bei der Überprüfung auf eine Undichtigkeit stromabwärts des Sekundärluftventils nicht zu einem Zielkonflikt kommt. Denn das Sekundärluftventil stellt eine Drossel dar, über die es selbst im geöffneten Zustand zu einem Druckabfall kommt. Wenn die Überprüfung auf eine Undichtigkeit sowohl stromaufwärts des Sekundärluftventils als auch stromabwärts des Sekundärluftventils durch einen Schwellwertvergleich erfolgen würde, wäre entweder die Schwelle für die Erkennung der Undichtigkeit stromaufwärts des Sekundärluftventils zu niedrig oder die Schwelle für die Erkennung der Undichtigkeit stromabwärts des Sekundärluftventils zu hoch. Darüber hinaus sind keine zusätzlichen Elemente, wie z. B. der Lambdasonde zur Erkennung des Fehlers notwendig.
Weiterhin kann die Undichtigkeit im Abgasabschnitt erkannt werden, wenn die Undichtigkeit durch einen Vergleich der Maßzahl mit einem Fehlerschwellwert erkannt wird, und insbesondere erkannt wird, wenn die Maßzahl kleiner ist als der Fehlerschwellwert.
Gemäß einer Ausführungsform kann der Fehlerschwellwert ermittelt werden, indem aus Betriebsgrößen des Verbrennungsmotors, insbesondere Drehzahl und/oder Luftfüllung ein Erwartungswert ermittelt wird, indem der Erwartungswert über die Messzeit integriert und bezüglich der Messzeit normiert wird.
Weiterhin kann die Maßzahl ermittelt werden, indem der Verlauf des absolute Druck stromaufwärts des Sekundärluftventils erfasst wird, indem daraus die Druckänderungen bezüglich eines gleitenden Mittelwerts ermittelt werden, indem ein Betrag der Druckänderungen gebildet wird, und indem der Betrag der Druckänderungen integriert und bezüglich der Messzeit normiert wird.
Bei einer Variante können die Druckänderungen bezüglich des Mittelwerts ermittelt werden, indem der Mittelwert des Druckverlaufs durch eine Tiefpassfilterung des Verlaufs des Drucks ermittelt wird und indem eine Differenz zwischen dem momentanen Druck stromaufwärts des Sekundärluftventils und dem gleitenden Mittelwert bestimmt wird.
Alternativ können die Druckänderungen bezüglich des Mittelwerts durch eine Hochpassfilterung ermittelt werden, wobei insbesondere die Hochpassfilterung mit einer von der Drehzahl des Verbrennungsmotors abhängigen Grenzfrequenz ausgelegt ist.
Weiterhin können mehrere Abgasabschnitte vorgesehen sein, in die Sekundärluft über entsprechende Sekundärluftventile eines Sekundärluftsystems während einer Kaltstartphase eingeleitet wird, wobei nach Beenden der Kaltstartphase die Sekundärluftventile jeweils für eine Zeitdauer nacheinander geöffnet werden, so dass Sekundärluft in den Abgasabschnitt des Verbrennungsmotors über ein Sekundärluftventil eingeleitet wird, wobei für jeden der Abgasabschnitte die Maßzahl ermittelt wird und eine Undichtigkeit im dem jeweils geöffneten Sekundärluftventil zugeordneten Abgasabschnitt abhängig von der Maßzahl ermittelt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Motorsteuereinheit zum Überprüfen eines Abgasabschnittes eines Verbrennungsmotors auf eine Undichtigkeit vorsehen. Die Motorsteuereinheit kann ausgebildet sein, ein Sekundärluftventil so anzusteuern, dass Sekundärluft in den Abgasabschnitt des Verbrennungsmotors eingeleitet wird, eine Maßzahl zu ermitteln, die die Stärke der relativen Druckänderungen aufgrund des Ausstoßes von Abgas aus Zylindern des Verbrennungsmotors stromaufwärts des Sekundärluftventils angibt; und abhängig von der Maßzahl die Undichtigkeit im Abgasabschnitt zu erkennen.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Motorsystem mit der obigen Motorsteuereinheit, dem Abgasabschnitt, sowie einem Sekundärluftsystem vorgesehen, mit dem über das Sekundärluftventil Sekundärluft in den Abgasabschnitt einleitbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Computerprogramm vorgesehen, das einen Programmcode enthält, der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird, das obige Verfahren ausführt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit einem Sekundärluftsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
3 eine schematische Darstellung der zur Erkennung der Undichtigkeit ausgeführten Funktion;
4 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren Motorsystems mit einem Sekundärluftsystem, das für zwei Abgasabschnitte vorgesehen ist, gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
5 zeigt ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung des Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
6 ein Signal-Zeit-Diagramm zur Erkennung einer Undichtigkeit zwischen Sekundärluftventil und Abgasstrang bei einem Motorsystem mit zwei Abgassträngen;
7 ein Signal-Zeit-Diagramm entsprechend 6 bei einem vom Abgasabschnitt abgefallenen Sekundärluftventil;
8 ein Signal-Zeit-Diagramm gemäß 6 mit einem nicht vollständig am Abgasabschnitt angeschraubten Sekundärluftventil.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist schematisch ein Motorsystem 1 mit einem Verbrennungsmotor 2 dargestellt. Der Verbrennungsmotor 2 ist beispielsweise ein Ottomotor, der mithilfe einer Motorsteuereinheit 3 betrieben wird. Dem Verbrennungsmotor 2 wird über ein Saugrohr 4, in dem sich eine Drosselklappe 5 befindet, eine bestimmte Luftmenge, die sich über ein Fahrerwunschmoment bestimmt und über einen Luftmassensensor 6 detektiert wird, zugeführt.
Verbrennungsabgase des Verbrennungsmotors 2 werden über den Abgasabschnitt 7 abgeführt. Die Verbrennungsabgase werden in einem in dem Abgasabschnitt 7 angeordneten Katalysator 8 katalysiert. In dem Abgasabschnitt 7 ist eine Lambdasonde 9, die mit der Motorsteuereinheit 3 verbunden ist, angeordnet, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis der Verbrennung in den Zylindern des Verbrennungsmotors 2 zu bestimmen. Die Motorsteuereinheit 3 steuert den Betrieb des Verbrennungsmotors 2 abhängig von der zugeführten Luftmasse, dem Messsignal der Lambdasonde und weiteren Größen in bekannter Weise.
An dem Abgasabschnitt 7 ist ein Sekundärluftsystem angeordnet, mit dem zusätzlich Luft in den Abgasabschnitt 7 zugeführt werden kann. Während einer Kaltstartphase, während der der Katalysator schnellstmöglich aufgeheizt werden soll, wird zusätzlich Luft in den Abgasabschnitt 7 eingeblasen, so dass in Verbindung mit überschüssigen Kohlenwasserstoffen und Kohlenmonoxidbestandteilen im Verbrennungsabgasen eine Nachreaktion im Katalysator erzeugt wird. Dadurch kann eine Light-Off-Temperatur des Katalysators, d. h. eine Einsetztemperatur, so schnell wie möglich erreicht werden.
Das Sekundärluftsystem umfasst eine Sekundärluftpumpe 10, die über eine Luftführung 11 mit dem Abgasabschnitt 7 verbunden ist. In der Luftführung 11 ist ein Sekundärluftventil 12 angeordnet, das ebenso wie die Sekundärluftpumpe 10 durch die Motorsteuereinheit 3 steuerbar ist. Das Sekundärluftventil 12 ist üblicherweise in den Abgasabschnitt eingeschraubt. Mithilfe des Sekundärluftventils 12 kann die Zuführung von Sekundärluft in den Abgasabschnitt 7 genau gesteuert werden und es kann zudem verhindert werden, dass im Warmlaufbetrieb des Motorsystems 1 heiße Verbrennungsabgase zum Ausgang der Sekundärluftpumpe 10 gelangen können. Nach Beenden des Aufheizens des Katalysators 8 und bei Erreichen der Light-Off-Temperatur wird in der Regel die Sekundärluftpumpe 12 geschlossen und bleibt während der gesamten Betriebszeit des Verbrennungsmotors geschlossen.
In der Zuführung 11 zwischen der Sekundärluftpumpe 10 und dem Sekundärluftventil 12 ist ein Drucksensor 13 angeordnet, um den Druck in der Zuführung 11 zu messen. Mithilfe dieses Drucksensors 13 wird beispielsweise eine Undichtigkeit in der Zuführung 11 zwischen der Sekundärluftpumpe 10 und dem Sekundärluftventil 12 festgestellt, in dem ein Druckabfall gegenüber dem zu erwartenden Druck festgestellt wird. Weiterhin kann mithilfe des Drucksensors 13 bei geöffnetem Sekundärluftventil 12 eine Angabe über ein Druckverhalten im Abgasabschnitt 7 festgestellt werden.
Im Folgenden wird ein Verfahren beschrieben, mit dem eine Undichtigkeit stromabwärts des Sekundärluftventils 12, d. h. eine Undichtigkeit zwischen dem Verbrennungsmotor, dem Katalysator 8 und dem Sekundärluftventil 12 detektiert werden kann. Das Verfahren wird anhand des Flussdiagramms der 2 und anhand des Funktionsdiagramms der 3 erläutert.
In Schritt S1 wird anhand z. B. einer Temperaturmessung festgestellt, ob sich der Betriebszustand des Verbrennungsmotors in einer Kaltstartphase befindet, in der der Katalysator 8 aufgeheizt werden soll. Befindet sich der Verbrennungsmotors in einer Kaltstartphase wird in Schritt S2 die Sekundärluftpumpe 10 eingeschaltet und das Sekundärluftventil 12 geöffnet, um zusätzlich Luft in den Abgasabschnitt 7 einzublasen. Dadurch werden im Katalysator 8 die Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxidbestandteile im Verbrennungsabgas umgewandelt bzw. verbrannt, so dass sich der Katalysator 8 schnell aufheizt. Durch den Verbrennungsvorgang im Verbrennungsmotor 2 kommt es im Abgasabschnitt 7 aufgrund des Auslassventilspiels zu Druckpulsationen. Die Druckpulsationen wirken durch das geöffnete Sekundärluftventil 12 auf den Drucksensor 13 zurück. Die Druckpulsationen sind von der Drehzahl abhängig und bewirken das Schwanken des Drucks um einen Mittelwert.
Um eine Maßzahl für die Größe der Druckpulsationen zu ermitteln, wird in Schritt S3 in einem Subtraktionsglied 18 eine Differenz zwischen dem gemessenen Druck P und einem gemittelten Druck bzw. einem durch eine Tiefpassfilterung ermittelten Druck P_Fil gebildet. Das gefilterte Drucksignal P_Fil, entspricht in etwa einem Mittelwert des von dem Drucksensor 13 erfassten Drucksignals.
Alternativ kann der Verlauf des Druckes P des Drucksensors 13 auch hochpassgefiltert werden, wobei die Grenzfrequenz des Hochpassfilters deutlich, d. h. mindestens 10% bis 50%, vorzugsweise etwa 20% über der Frequenz der Druckpulsationen, die bei der maximalen Motordrehzahl zu erwarten sind, liegt. Der zu verwendende Hochpassfilter kann alternativ eine variable Grenzfrequenz aufweisen, die von der Drehzahl des Verbrennungsmotors 2 abhängig ist, wobei die Grenzfrequenz des Hochpassfilters deutlich, d. h. mindestens 10% bis 50%, vorzugsweise etwa 20% über der Frequenz der Druckpulsationen, die bei der momentanen Motordrehzahl zu erwarten ist, liegt. Als Ergebnis erhält man ein Druckschwankungssignal ΔP, das sich um einen Nullpunkt herum bewegt. Um eine Bewertung des Druckschwankungssignals ΔP durchführen zu können, wird das Druckschwankungssignal ΔP in ein ausschließlich positives Signal umgewandelt, indem in Schritt S4 in einem Betragsbildungsglied 19 ein Betrag des Druckschwankungssignals ΔP gebildet wird.
Der Betrag des Druckschwankungssignals ΔP wird in einem ersten Integrationsglied 20 über der Zeit integriert (Schritt S5).
In Schritt S6 wird das integrierte Druckschwankungssignal in einem ersten Normierglied 21 normiert, indem es durch die verstrichene Messzeit dividiert wird.
In einem Schritt S7 wird das normierte integrierte Druckänderungssignal mithilfe eines Komparators 22 mit einem Fehlerschwellwert verglichen, der die entsprechende Fehlerschwelle angibt. Da die Fehlerschwelle von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors 2 abhängig ist, werden aus der Drehzahl D des Verbrennungsmotors 2 und der Luftfüllung LF der Zylinder des Verbrennungsmotors 2 mit hilfe eines Kennfeldes 23 ein Erwartungswert E ermittelt, der in entsprechender Weise mithilfe eines weiteren Integrationsgliedes 24, das die gleichen Eigenschaften wie das erste Integrationsgliedes 20 aufweist, integriert wird, und der in entsprechender Weise durch Division durch die Messzeit T_mess in einem weiteren Normierglied 25 normiert wird. Das Resultat wird als Fehlerschwellwert im Komparator 22 bereitgestellt. Unterschreitet der Wert des normierten integrierten Druckänderungssignals den Fehlerschwellwert, so wird mit Hilfe des ausgegebenen Komparatorausgangssignals F eine Undichtigkeit im Abgasabschnitt 7 des Motorsystems erkannt.
In Schritt S8 wird überprüftt, ob sich das Motorsystem 1 noch in der Kaltstartphase befindet und somit weiterhin Luft über das Sekundärluftsystem in den Abgasabschnitt 7 eingeblasen wird. Wenn ja, werden die Verfahrensschritte S2 bis S7 wiederholt bis zum Ende der Kaltstartphase durchgeführt. Wenn nein, wird das Diagnoseverfahren beendet.
Das oben beschriebene Verfahren ermöglicht es, eine Undichtigkeit in dem Abgasabschnitt 7 des Verbrennungsmotors 2 durch Überprüfung der Druckpulsationen im Abgasabschnitt 7 zu erkennen, da sich eine Undichtigkeit im Abgasabschnitt 7 in einer Reduzierung der Schwankung des Druckverlaufs in dem Abgasabschnitt 7 auswirkt. Durch Bewerten der Druckschwankungen im Abgasabschnitt 7 mithilfe einer geeigneten Maßzahl, die die Stärke der Schwankungen angibt, kann somit erkannt werden, ob eine Undichtigkeit im Abgasabschnitt 7 stromabwärts des Sekundärluftventils 12 vorliegt. Dadurch, dass anstelle des realen Drucks im Sekundärluftsystem nur die Druckpulsationen, d. h. die Druckänderungen, berücksichtigt werden, kann der Drucksensor 13 im Sekundärluftsystem weiterhin dafür verwendet werden, ein Leck in der Zuführung 11 in dem Sekundärluftsystem, d. h. stromaufwärts des Sekundärluftventils 12, zu detektieren, indem der dort vorliegende Sekundärluftdruck mit einem geeigneten Schwellwert verglichen wird, der nur bei signifikante Undichtigkeiten überschritten bzw. unterschritten wird.
In 4 ist ein weiteres Motorsystem 30 gemäß einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktionen.
Im Unterschied zur Ausführungsform der 1 weist der Verbrennungsmotor 2 einen ersten und einen zweiten Abgasabschnitt 71, 72 auf, die mit einem ersten Zuführungsabschnitt bzw. einem zweiten Zuführungsabschnitt 112 Luft von der gemeinsamen Sekundärluftpumpe 10 in den jeweiligen Abgasabschnitt 71, 72 einblasen können. In jedem der Zuführungsabschnitte 111, 112 ist ein entsprechendes Sekundärluftventil 121 bzw. 122 angeordnet. Das Flussdiagramm der 5 veranschaulicht das Verfahren zum Durchführen der Diagnose auf Undichtigkeiten in den Abgasabschnitten 71, 72. Im Gegensatz zur Ausführungsform, die in Verbindung mit dem Flussdiagramm der 2 dargestellt ist, wird bei der Ausführungsform der 4 die Diagnose auf Undichtigkeit in den Abgasabschnitten nicht während der gesamten Kaltstartphase durchgeführt, sondern an dessen Ende, wenn die Versorgung mit Sekundärluft gestoppt werden soll. Wird in Schritt S11 festgestellt, dass die Kaltstartphase beendet werden soll, z. B. mithilfe eines entsprechenden Signals von/in der Motorsteuereinheit 3, so wird das Verfahren der Schritte S2 bis S8 der 2 für jeden der Abgasstränge separat durchgeführt. Dies erfolgt, indem jeweils nur das Sekundärluftventil 121, 122, das dem zu überprüfenden Abgasstrang 71, 72 zugeordnet ist, geöffnet ist und das jeweils andere geschlossen ist. D. h. in Schritt S12 wird nur das erste Sekundärluftventil 121 geöffnet und die Diagnose gemäß der Schritte S2 bis S8 der 2 durchgeführt.
Nach einer vorgegebenen Zeitdauer T1 wird in Schritt S13 das erste Sekundärluftventil 121 geschlossen und das zweite Sekundärluftventil 122 geöffnet und das Verfahren gemäß der Schritte S2 bis S8 erneut durchgeführt, so dass eine Undichtigkeit im zweiten Abgasabschnitt 72 in entsprechender Weise erkannt werden kann. Nach einer vorgegebenen Zeitdauer T2 wird das zweite Sekundärluftventil 122 in Schritt S14 geschlossen und das Diagnoseverfahren ist beendet.
In den 6 bis 8 sind verschiedene Signal-Zeit-Diagramme für ein Motorsystem der 4 im ordnungsgemäßen Zustand, bei vollständig vom Abgasabschnitt 7 abgefallener zweiter Luftzuführung 112, sowie bei nicht ordnungsgemäß festgeschraubtem zweiten Sekundärluftventil 122 dargestellt.
6 zeigt das in Verbindung mit 5 beschriebene Verfahren am Ende der Kaltstartphase, d. h. wenn signalisiert wird, dass die Zufuhr von zusätzlicher Luft durch das Sekundärluftsystem abgeschaltet werden soll. Dies erfolgt zum Zeitpunkt TA. Zu diesem Zeitpunkt wird das zweite Sekundärluftventil 122 abgeschaltet, indem das Signal SL2 auf einen Low-Pegel gesetzt wird, während das Signal zum Ansteuern des ersten Sekundärluftventils SL1 auf einem High-Pegel verbleibt. Anschließend wird mithilfe des in 2 dargestellten Verfahrens durch Vergleichen mit einem Referenzgrenzwert, der durch den aktuellen Betriebszustand des Verbrennungsmotors bestimmt wird, und der einem normierten integrierten Erwartungswert entspricht, verglichen und anhand des Vergleichs festgestellt, ob eine Undichtigkeit im ersten Abgasabschnitt 71 vorliegt. Läge eine Undichtigkeit vor, wären die Druckschwankungen geringer und die entsprechende Maßzahl, die man z. B. durch Integrieren des Betrags eines Druckschwankungssignals erhält, wäre kleiner als der Referenzschwellwert.
Zum Zeitpunkt T2, der konstant oder abhängig von Betriebsparametern wie z. B. der Drehzahl D des Verbrennungsmotors 2 festgelegt werden kann, wird das erste Sekundärluftventilsignal SL1 auf einen Low-Pegel gesetzt, und dadurch das erste Sekundärluftventil 121 geschlossen. Im Wesentlichen gleichzeitig wird das zweite Sekundärluftventilsignal SL2 auf High gesetzt, um so das zweite Sekundärluftventil wieder zu öffnen. Gemäß dem in Verbindung mit 2 beschriebenen Verfahren und der in 3 gezeigten Funktionalität wird nun die Diagnose für den zweiten Abgasabschnitt 72 durchgeführt. Nach einer vorbestimmten (konstanten oder von einem Betriebsparameter abhängigen) Zeitdauer wird zum Zeitpunkt T_E auch das zweite Sekundärluftventilsignal SL2 wieder auf den Low-Pegel gesetzt, so dass beide Sekundärluftventilsignale SL1, SL2 sich auf dem Low-Pegel befinden, und somit keine weitere Luft in die Abgasabschnitte 71, 72 eingeblasen wird.
In 7 ist ein Fehlerfall gezeigt, bei dem das zweite Sekundärluftventil von dem Abgasabschnitt 7 abgefallen ist und somit selbst bei Öffnung des zweiten Sekundärluftventils keine Luftdruckschwankung im zweiten Abgasabschnitt 72 mehr detektierbar ist. Dies ist in dem Bereich zwischen den Zeitpunkten T₂ und T_E erkennbar.
In 8 ist das Verhalten des Drucksignals dargestellt, für den Fall, dass das zweite Sekundärluftventil 122 nicht richtig an dem Abgasabschnitt 7 befestigt ist, z. B. indem es nicht richtig festgeschraubt ist, so dass eine Undichtigkeit zwischen dem zweiten Sekundärluftventil 122 und dem zweiten Abgasabschnitt 72 besteht. Man erkennt, dass zwischen den Zeitpunkten T₂ und T_E die Druckschwankungen, die von dem Drucksensor 13 aufgenommen werden, deutlich geringer sind als die Druckschwankungen, die an dem Drucksensor 13 bei einem dichten Abgasabschnitt, wie z. B. der erste Abgasabschnitt 71, festgestellt werden kann. Solche reduzierte Druckschwankungen hätten gemäß der in 3 ausgeführten Funktion eine geringere Maßzahl zur Folge, die man z. B. durch Bilden des Betrags des Druckänderungssignals, der Integration des Druckänderungssignals und der Normierung des Druckänderungssignals erhält.
Das in Verbindung mit 5 beschriebene Verfahren lässt sich auch auf eine größere Anzahl von Abgasabschnitten 7, 71, 72 anwenden, wobei die Sekundärluftventile 121, 122, die an den einzelnen Abgasabschnitten 7 angeordnet sind, nacheinander einzeln angesteuert werden, d. h. geöffnet werden, um das oben beschriebene Verfahren für jeden der Abgasabschnitte 7 nacheinander durchzuführen.

Claims

Verfahren zum Überprüfen eines Abgasabschnittes (7, 71, 72) eines Verbrennungsmotors (2) auf eine Undichtigkeit; mit folgenden Schritten: – Einleiten (S2, S13, S14) von Sekundärluft in den Abgasabschnitt (7, 71, 72) des Verbrennungsmotors (2) über ein Sekundärluftventil (12, 121, 122), – Ermitteln (S3–S6) einer Maßzahl, die die Stärke der relativen Druckänderungen aufgrund des Ausstoßes von Abgas aus dem Verbrennungsmotor (2) stromaufwärts des Sekundärluftventils (12, 121, 122) angibt; und – Erkennen (S7) der Undichtigkeit im Abgasabschnitt (7, 71, 72) abhängig von der Maßzahl.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Undichtigkeit im Abgasabschnitt erkannt wird, wenn die Undichtigkeit durch einen Vergleich der Maßzahl mit einem Fehlerschwellwert erkannt wird, und insbesondere erkannt wird, wenn die Maßzahl kleiner ist als der Fehlerschwellwert.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der Fehlerschwellwert ermittelt wird, indem aus Betriebsgrößen des Verbrennungsmotors (2), insbesondere Drehzahl und/oder Luftfüllung ein Erwartungswert ermittelt wird, indem der Erwartungswert über die Messzeit integriert und bezüglich der Messzeit normiert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Maßzahl ermittelt wird, indem der Verlauf des absolute Druck stromaufwärts des Sekundärluftventils (12) erfasst wird, indem daraus die Druckänderungen bezüglich eines gleitenden Mittelwerts ermittelt werden, indem ein Betrag der Druckänderungen gebildet wird, und indem der Betrag der Druckänderungen integriert und bezüglich der Messzeit normiert wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Druckänderungen bezüglich des Mittelwerts ermittelt werden, indem der Mittelwert des Druckverlaufs durch eine Tiefpassfilterung des Verlaufs des Drucks ermittelt wird und indem eine Differenz zwischen dem momentanen Druck stromaufwärts des Sekundärluftventils (12) und dem gleitenden Mittelwert bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Druckänderungen bezüglich des Mittelwerts durch eine Hochpassfilterung ermittelt werden, wobei insbesondere die Hochpassfilterung mit einer von der Drehzahl des Verbrennungsmotors (2) abhängigen Grenzfrequenz ausgelegt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei mehrere Abgasabschnitte (71, 72) vorgesehen sind, in die Sekundärluft über entsprechende Sekundärluftventile (121, 122) eines Sekundärluftsystems während einer Kaltstartphase eingeleitet wird, wobei nach Beenden der Kaltstartphase die Sekundärluftventile (121, 122) jeweils für eine Zeitdauer nacheinander geöffnet werden, so dass Sekundärluft in den Abgasabschnitt (71, 72) des Verbrennungsmotors (2) über eines der Sekundärluftventile (121, 122) eingeleitet wird, wobei für jeden der Abgasabschnitte (71, 72) die Maßzahl ermittelt wird und eine Undichtigkeit im dem jeweils geöffneten Sekundärluftventil (121, 122) zugeordneten Abgasabschnitt (71, 72) abhängig von der Maßzahl ermittelt wird.
Motorsteuereinheit zum Überprüfen eines Abgasabschnittes (7, 71, 72) eines Verbrennungsmotors (2) auf eine Undichtigkeit; wobei die Motorsteuereinheit ausgebildet ist, – ein Sekundärluftventil (12, 121, 122) so anzusteuern, dass Sekundärluft in den Abgasabschnitt (7, 71, 72) des Verbrennungsmotors (2) eingeleitet wird, – eine Maßzahl zu ermitteln, die die Stärke der relativen Druckänderungen aufgrund des Ausstoßes von Abgas aus dem Verbrennungsmotor (2) stromaufwärts des Sekundärluftventils (12, 121, 122) angibt; und – die Undichtigkeit im Abgasabschnitt (7, 71, 72) abhängig von der Maßzahl zu erkennen.
Motorsystem mit einer Motorsteuereinheit nach Anspruch 8, dem Abgasabschnitt (7, 71, 72), sowie einem Sekundärluftsystem, mit dem über das Sekundärluftventil Sekundärluft in den Abgasabschnitt (7, 71, 72) einleitbar ist.
Computerprogramm, das einen Programmcode enthält, der, wenn er auf einer Datenverarbeitungseinheit ausgeführt wird, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 ausführt.