DE102009020118B3

DE102009020118B3 - Verfahren zum Prüfen der Dichtigkeit von Auslassventilen einzelner Zylinder einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102009020118B3
Application number: DE102009020118A
Authority: DE
Inventors: Bodo Odendall; Bernhard Dipl.-Ing. Pfalzgraf; Rainer Wolf
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-05-06
Filing date: 2009-05-06
Publication date: 2010-07-22
Anticipated expiration: 2029-05-07

Abstract

Eine Vorrichtung (100) weist Zylinder (10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f) auf, die jeweils zwei Auslassventile (12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f; 14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) aufweisen, wobei den ersten Ventilen (12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f) ein erster Abgasstrang mit Turbine (18) und Lambdasonde (20) zugeordnet ist und den zweiten Auslassventilen (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) ein zweiter Abgasstrang mit Turbine (26) und Lambdasonde (28) zugeordnet ist. Die Dichtigkeit von Auslassventilen soll überprüft werden. Hierzu wird der zugehörige Zylinder (10a) zu einem ausgewählten Auslassventil (14a) einer ersten Gruppe beispielsweise fett beaufschlagt, und gleichzeitig werden alle anderen Zylinder mager beaufschlagt, wobei im Takt die Auslassventile der anderen Gruppe (12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f) geöffnet werden. Misst dann die Lambdasonde (28) ein fettes Abgas, so muss dies über ein undichtes Auslassventil (14a) zu ihr gelangt sein. Misst die Lambdasonde (28) ein solches fettes Abgas nicht, wird von der Dichtigkeit des ausgewählten Auslassventils (14a) ausgegangen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen der Dichtigkeit eines ausgewählten Auslassventils eines einzelnen ausgewählten Zylinders einer Brennkraftmaschine, und zwar in einer ganz bestimmten Vorrichtung:
Die Vorrichtung umfasst eine Brennkraftmaschine und Mittel zur Abgasnachbearbeitung. Solche Vorrichtungen werden in Kraftfahrzeugen eingesetzt. In an sich bekannter Weise sollen in der Vorrichtung eine Mehrzahl von Zylindern gleichzeitig mit Kraftstoff beaufschlagt werden. Vorliegend soll in der Vorrichtung vorgesehen sein, dass jeder Zylinder ein erstes und ein zweites Auslassventil aufweist. Das erste Auslassventil aller Zylinder führt zu einem ersten Abgasstrang, in dem, insbesondere zusätzlich zu einer Turbine eines Turboladers, eine erste Lambdasonde, typischerweise an einem Katalysator im ersten Abgasstrang, vorgesehen ist. Das zweite Auslassventil führt zu einem zweiten Abgasstrang, der dieselben Eigenschaften wie der erste Abgasstrang hat. Die beiden Auslassventile sind bevorzugt jeweils zu- bzw. abschaltbar, wie dies zum Beispiel auch in der DE 41 17 874 A1 für eine Brennkraftmaschine mit zwei gesonderten Abgassträngen beschrieben ist. Die Auslassventile können einzeln mit Hilfe einer sogenannten Ventilhubstellvorrichtung bzw. eines Nockenprofilumschaltsystems geöffnet werden, deren Bekanntheit z. B. in der DE 10 2005 029 137 B3 und der DE 10 2007 035 168 A1 vorausgesetzt ist, wobei sich diese Druckschriften mit der Überwachung der Ventilhubeinstellung befassen.
Üblicherweise sind die beiden Abgasstränge zusammengeführt, und anschließend ist ein Katalysator mit einer weiteren Lambdasonde vorgesehen, wobei dieser weitere Katalysator der Hauptkatalysator ist.
Wenn in jedem Abgasstrang ein eigener Katalysator vorgesehen ist, muss beim Kaltstart eine bestimmte Betriebsweise gewählt werden: Damit die Katalysatoren voll arbeiten, also konvertierend werden, müssen sie zunächst auf eine Temperatur von ca. 300°C erwärmt werden. Bis dahin durchläuft das Abgas die Katalysatoren, ohne dass diese seine Zusammensetzung beeinflussen, sodass schädliche Emissionen in die Umwelt gelangen.
Mit der Möglichkeit, die Auslassventile getrennt zu betätigen, kann man beim Kaltstart nur jeweils ein Auslassventil pro Zylinder öffnen. Dann wird zunächst nur ein Abgasstrang aufgeheizt, der darin befindliche Katalysator ist relativ bald konvertierend, und es gibt nicht so viele schädliche Emissionen. Schließlich wird der Hauptkatalysator konvertierend, und die Emissionen sind soweit reduziert, dass dann auch, insbesondere bei höherer Last, die zweiten Auslassventile nachfolgend geöffnet werden, damit der Katalysator im zweiten Abgasstrang auch aufgeheizt wird und konvertierend wird.
Problematisch ist, wenn die einzelnen Auslassventile nicht dicht sind. Im Falle, dass ein Ventil nicht dicht ist, das im Kaltstart nicht geöffnet wird, ergibt sich ein kleiner Leckagestrom von Abgas. Dieses Abgas kann den Katalysator im zugehörigen Abgasstrang nicht ausreichend aufheizen und sorgt für schädliche Emissionen.
Um derartige aufgrund von Leckageströmen an undichten Ventilen entstehende Emissionen zu vermeiden, muss man solche Undichtigkeiten erkennen können.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Prüfen der Dichtigkeit eines ausgewählten Auslassventils eines ausgewählten Zylinders einer Brennkraftmaschine in einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Somit umfasst das Verfahren, dass bei Zugehörigkeit des ausgewählten Auslassventils zu dem einen der beiden Abgasstränge nur die Auslassventile zu dem anderen der beiden Abgasstränge im Takt geöffnet werden. Die Beaufschlagung der Zylinder erfolgt auf eine ganz bestimmte Weise, nämlich so, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgas des ausgewählten Zylinders von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgas aller anderen Zylinder verschieden ist. Die Lambdasonde in dem einen der beiden Abgasstränge, zu dem bei Dichtigkeit kein Abgas gelangt und bei Undichtigkeit ein Leckagestrom von Abgas gelangt, reagiert bei diesen beiden Fällen unterschiedlich, insbesondere wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgas des ausgewählten Zylinders von Lambda gleich Eins verschieden ist. Daher kann aufgrund von Messwerten dieser Lambdasonde in dem Abgasstrang, in den ohne Undichtigkeit eines Auslassventils kein Abgas gelangen würde, auf die Dichtigkeit des ausgewählten Auslassventils zurückgeschlossen werden.
Die Lambdasonde kann insbesondere besonders gut ermitteln, dass Abgas über das ausgewählte Auslassventil zu ihr gelangt, wenn das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ? in der Gesamtheit des Abgases aus allen Zylindern auf Eins eingestellt wird, was zum Beispiel aufgrund einer Regelung anhand von Messwerten einer dem Hauptkatalysator zugeordneten Lambdasonde möglich ist. Selbst, wenn dann Abgas aus dem anderen der beiden Abgasstränge in den einen der beiden Abgasstränge zurückströmen würde, würde dieses Abgas nicht zu einer Erfassung eines Messausschlages führen. Die Lambdasonde würde auf eine Undichtigkeit lediglich dann schließen, wenn der gemessene Wert für das Luft-Kraftstoff-Verhältnis ? von dem sonstigen, in der Regel also von Eins verschieden ist.
Damit nicht aufwändig zwischen unterschiedlichen ?-Werten unterschieden werden muss, ist es vorteilhaft, den einfachen Weg zu wählen, die Zylinder so mit Kraftstoff zu beaufschlagen, dass das Abgas des ausgewählten Zylinders fett ist und das der anderen Zylinder mager ist oder umgekehrt. Da Lambdasonden, seien es Breitbandlambdasonden oder Sprungsonden, im Bereich um den Wert von ? gleich Eins besonders empfindlich sind, muss dann einfach nur unterschieden werden, ob der Wert, den die Lambdasonde misst, in eine bestimmte Richtung von Eins abweicht. Ist der ausgewählte Zylinder der einzige, der angefettet wird, so ist es ganz eindeutig auf eine Undichtigkeit des ausgewählten Auslassventils des ausgewählten Zylinders zurückzuführen, wenn die Lambdasonde in dem einen Abgasstrang ein fettes Abgas ermittelt.
Nachfolgend wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, wobei die einzige Figur schematisch eine Vorrichtung zeigt, in der das erfindungsgemäßen Verfahren durchführbar ist.
Die Figur zeigt schematisch eine Vorrichtung 100, die in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist, und die eine Brennkraftmaschine mit sechs Zylindern 10a, 10b, 10c, 10d, 10e und 10f in einer V-Anordnung aufweist. Nicht gezeigt sind Einlassventile in die Zylinder, diese sind als gegeben vorauszusetzen. Die Zylinder 10a bis 10f weisen jeweils erste Auslassventile 12a, 12b, 12c, 12d, 12e und 12f sowie zweite Auslassventile 14a, 14b, 14c, 14d, 14e und 14f auf. Jeweils drei Ventile 12a bis 12c und 12d bis 12f sind in einer Reihe der V-Anordnung angeordnet. Allen ersten Ventilen 12a bis 12f ist ein gemeinsamer Abgastrakt zugeordnet, wobei den ersten Ventilen 12a, 12b und 12c ein Krümmerabschnitt 161 und den ersten Ventilen 12d, 12e, 12f ein Krümmerabschnitt 162 nachgeordnet ist, und wobei die beiden Krümmerabschnitte 161 und 162 an einer Turbine 18 eines Turboladers zur Verdichtung der in die Zylinder 10a bis 10f gelangenden Luft zusammengeführt sind. Dem Turbolader 18 ist eine erste Lambdasonde 20 nachgeordnet und dieser ein Katalysator 22 für den ersten Abgasstrang. Es gibt einen zweiten Abgasstrang, der jeweils mit den zweiten Ventilen 14a bis 14f kommuniziert, und dieser umfasst einen Krümmerabschnitt 241 hinter den zweiten Ventilen 14a, 14b, 14c und einen Krümmerabschnitt 242 hinter den zweiten Ventilen 14d, 14e und 14f. Die Krümmerabschnitte 241, 242 sind in einer Turbine 26 zusammengeführt, der ein weiterer Turbolader zugeordnet ist, dieser Turbine ist eine Lambdasonde 28 nachgeordnet, und der Lambdasonde 28 ist ein Katalysator 30 im zweiten Abgasstrang nachgeordnet. An einer Verbindungsstelle 32 sind die beiden Abgasstränge zusammengeführt, hinter der Verbindungsstelle 32 ist ein Katalysator 34 vorgesehen, der im Betrieb hauptsächlich für die Konvertierung sorgt, und dem Katalysator 34 ist eine Lambdasonde 36 nachgeordnet.
Die Vorrichtung 100 ist besonders vorteilhaft, weil der Unterschied zwischen stationärem und dynamisch nutzbarem Drehmoment besonders klein ist. Es ist möglich, bei geringer Last lediglich nur die ersten Ventile 12a bis 12f zu öffnen und somit nur die Turbine 18 zu betreiben. Der zweite Abgasstrang wird dann nicht beaufschlagt. Auch bei niedrigen Lasten ist insbesondere beim Beginn des Betriebs der Vorrichtung 100 dieser Weg vorteilhaft, weil dann der Katalysator 22 mit dem Konvertieren beginnt, während sich der Katalysator 34 allmählich aufwärmt. Sobald der Katalysator 34 aufgewärmt ist, kann dann auch der zweite Abgasstrang geöffnet werden, insbesondere bei höheren Lasten.
Vorausgesetzt ist, dass zu jedem Zylinder 10a bis 10f die ersten Ventile 12a bis 12f unabhängig von den zweiten Ventilen 14a bis 14f geöffnet werden können, und auch unabhängig von den Ventilen anderer Zylinder. Dies kann durch eine Ventilhubvorrichtung, also eine verstellbare Nockenwelle, in an sich bekannter Weise erfolgen.
Vorliegend soll zu den einzelnen Auslassventilen ermittelt werden, ob diese dicht sind. Diese Information ist notwendig, weil sonst bei Nichtbeaufschlagung eines Abgasstrangs bei niedrigen Lasten oder bei einem Kaltstart Leckageströme in diesen Abgasstrang gelangen können, wenn ein zu diesem Abgasstrang führendes Ventil undicht ist. Diese Leckageströme gehen mit schädlichen und nicht nötigen Emissionen einher.
Die Prüfung auf Dichtigkeit erfolgt nun wie folgt:
Soll beispielsweise die Dichtigkeit des zweiten Auslassventils 14a des ersten Zylinders 10a geprüft werden, so wird der erste Zylinder angefettet, also mit etwas mehr Kraftstoff beaufschlagt, als verbrannt und nachverbrannt werden kann, sodass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu Lasten der Luft erniedrigt ist. Alle anderen Zylinder 10b, 10c, 10d, 10e, 10f werden hingegen abgemagert, also mit etwas zu wenig Kraftstoff beaufschlagt, sodass das aus ihnen austretende Abgas ein Luft-Kraftstoff-Verhältnis ? von größer als Eins aufweist. Ist das zweite Auslassventil 14a des ersten Zylinders 10a nun dicht, so gelangt ausschließlich Abgas in den ersten Abgasstrang über die Turbine 18 zunächst zum ersten Katalysator 22, und dann weiter zum weiteren Katalysator 34. Der zweite Abgasstrang erhält kein Abgas, höchstens ein wenig von der Verbindungsstelle 32 her zurückströmendes Abgas. Die zweite Lambdasonde 28 im zweiten Abgasstrang zeigt daher keinen Ausschlag. Ist nun das zweite Auslassventil 14a des ersten Zylinders 10a hingegen undicht, so gelangt ein Leckagestrom an Abgas zur zweiten Lambdasonde 28. Diese misst dann ein fettes Abgas. Dieses fette Abgas kann ausschließlich vom ersten Zylinder 10a über das zweite Auslassventil 14a zu ihr gelangt sein, sodass das zweite Auslassventil 14a eindeutig undicht ist.
Das Verfahren kann zu allen Zylindern sowohl für das erste als auch für das zweite Auslassventil durchgeführt werden, wobei bei den zweiten Auslassventilen wie gerade beschrieben eine Erkennung einer Undichtigkeit anhand von Messsignalen der zweiten Lambdasonde 28 erfolgt, während bei den ersten Auslassventilen eine Erkennung einer Undichtigkeit durch die erste Lambdasonde 20 erfolgen muss.

Claims

Verfahren zum Prüfen der Dichtigkeit eines ausgewählten Auslassventils (14a) eines ausgewählten Zylinders (10a) einer Brennkraftmaschine in einer Vorrichtung (100), in der bei einer Brennkraftmaschine mit Zylindern (10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f) jeder Zylinder (10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f) ein erstes Auslassventil (12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f) und ein zweites Auslassventil (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) aufweist, wobei das erste Auslassventil (12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f) aller Zylinder (10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f) zu einem ersten Abgasstrang mit einer ersten Lambdasonde (20) führt und das zweite Auslassventil (14a, 14b, 14c, 14d, 14e, 14f) aller Zylinder (10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f) zu einem zweiten Abgasstrang mit einer zweiten Lambdasonde (28) führt, wobei das Verfahren umfasst, dass bei Zugehörigkeit des ausgewählten Auslassventils (14a) zu dem einen der beiden Abgasstränge nur die Auslassventile (12a, 12b, 12c, 12d, 12e, 12f) zu dem anderen der beiden Abgasstränge im Takt geöffnet werden und die Zylinder auf solche Weise jeweils mit Kraftstoff beaufschlagt werden, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgas des ausgewählten Zylinders (10a) von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnis im Abgas aller anderen Zylinder (12b, 12c, 12d, 12e, 12f) verschieden ist, und wobei aufgrund von Messwerten der Lambdasonde (28) in dem einen der beiden Abgasstränge auf die Dichtigkeit des ausgewählten Auslassventils (14a) zurückgeschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Zylinder (10a, 10b, 10c, 10d, 10e, 10f) auf solche Weise mit Kraftstoff beaufschlagt werden, dass die Gesamtheit des Abgases aus allen Zylindern ein Luft-Kraftstoff- Verhältnis ? von gleich Eins hat, und dass bei Messung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses durch die Lambdasonde (28) in dem einen der beiden Abgasstränge, das von Eins verschieden ist, von der Undichtigkeit des ausgewählten Auslassventils (14a) ausgegangen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Zylinder (10a, 10b, 10c, 10e, 10e, 10f) so mit Kraftstoff beaufschlagt werden, dass das Abgas des ausgewählten Zylinders (10a) fett ist und dass der andere Zylinder (10b, 10c, 10d, 10e, 10f) mager ist, oder dass das Abgas des ausgewählten Zylinders (10a) mager ist und das Abgas der anderen Zylinder (10b, 10c, 10d, 10e, 10f) fett ist.