DE102011086361A1

DE102011086361A1 - Verfahren zum Erkennen von Leckagen im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102011086361A1
Application number: DE102011086361A
Authority: DE
Inventors: Markus Haslbeck; Wolfgang Heinle
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2013-05-16
Anticipated expiration: 2031-11-16
Also published as: DE102011086361B4

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erkennen von Leckagen im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, insbesondere zum Erkennen von vor einem Verdichter auftretenden Leckagen im Ansaugtrakt, wobei im Ansaugtrakt in Strömungsrichtung einer Ansaugluft ein Luftmengen- oder Luftmassenmesser, ein Verdichter eines Abgasturboladers, ein Drosselelement und ein als Luftsammler ausgebildetes Saugrohr mit einem Drucksensor zur Messung eines Luftdrucks im Luftsammler angeordnet sind. Erfindungsgemäß wird mittels einer Überwachungseinheit ein Schubbetrieb der Brennkraftmaschine detektiert, während des Schubbetriebs mittels des Luftmengen- oder Luftmassenmessers eine erste Kenngröße für den Luftmassenstrom im Bereich des Luftmengen- oder Luftmassensensors ermittelt, mittels des Drucksensors eine zweiten Kenngröße für den im Saugrohr vorliegenden Luftmassenstrom ermittelt und in Abhängigkeit von der ersten und zweiten Kenngröße eine Leckage im Ansaugtrakt ermittelt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Erkennen von Leckagen im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Moderne Ottomotoren mit Turboladern weisen im Ansaugtrakt in der Regel mehrere Schlauchverbindungen auf, die vor allem zur Reinluftführung benötigt werden. So ist beispielsweise eine Schlauchverbindung zwischen Kurbelgehäuse bzw. Tankentlüftung und Ansaugtrakt zur Rückführung der Kurbelgehäuse- bzw. der Tankentlüftungsgase vorgesehen, um bei Volllast eine Kurbelgehäusespülung bzw. eine Tanklüftungsspülung zu ermöglichen. Um eine höhere Spülrate des Kurbelgehäuses zu ermöglichen kann auch noch eine weitere Schlauchverbindung zwischen Kurbelgehäuse und Ansaugtrakt (vor dem Verdichter) vorgesehen werden.
Aufgrund von gesetzlichen Bestimmungen (z. B. USA) ist es erforderlich, alle Schlauchverbindungen des Kurbelgehäuses im Ansaugtrakt, die ohne Zerstörung demontierbar sind, hinsichtlich ihrer Verbindung zu überwachen. Wird festgestellt, dass keine Verbindung vorliegt, muss dies durch einen Fehlereintrag im Behördenzyklus angezeigt werden.
Derzeit wird eine Leckage aufgrund einer nicht angesteckten Schlauchverbindung vor dem im Ansaugtrakt angeordneten Verdichter im Leerlaufbetrieb durch die entsprechende Leckluft, die der Motor ansaugt, in den meisten Fällen detektiert.
Problematisch sind derartige Verfahren insbesondere bei Fahrzeugen mit Hybridantrieb aufgrund des fehlenden Leerlaufbetriebs. Weiter ist auch die Detektion von sehr kleinen Leckagen vor dem Verdichter schwierig, da sich diese nur in sehr engen Grenzen auf die auszuwertenden Größen auswirken.
Aus der noch unveröffentlichten DE 10 2011 017 577 ist bereits ein Verfahren zur Überprüfung eines Ansaugtrakts einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem während des Betriebs der Brennkraftmaschine aktiv diese abgeschaltet (Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr oder Ausschalten der Zündung) und das Drosselelement geschlossen wird. Anschließend werden der Luftdruck im Luftsammler und die geförderte Luftmenge vor dem Verdichter gemessen. In Abhängigkeit von diesen beiden Kenngrößen kann eine Leckage und der Ort der Leckage im Ansaugtrakt ermittelt werden.
Nachteilig ist an einem derartigen Verfahren, dass der entsprechende Betriebszustand, in dem die Diagnose stattfinden kann, aktiv herbeigeführt werden muss.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Verfahren zum Erkennen einer Leckage im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug anzugeben.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Prinzipiell wird von einem bereits bekannten Aufbau einer mit einem Turbolader ausgestatteten Antriebseinheit mit einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Otto-Brennkraftmaschine ausgegangen, wobei im Ansaugtrakt in Strömungsrichtung einer Ansaugluft ein Luftmengen- oder Luftmassenmesser, ein Verdichter eines Abgasturboladers, ein Drosselelement und ein als Luftsammler ausgebildetes Saugrohr mit einem Drucksensor zur Messung eines Luftdrucks im Luftsammler angeordnet sind.
Grundgedanke der Erfindung ist, einen ohnehin auftretenden Betriebszustand der Brennkraftmaschine zu nutzen, bei dem ein Staudruck vor dem Verdichter entsteht. Unter Berücksichtigung dieses Grundgedankens zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren zum Erkennen von Leckagen im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, insbesondere zum Erkennen von vor einem Verdichter auftretenden Leckagen im Ansaugtrakt dadurch aus, dass in einem ersten Schritt mittels einer Überwachungseinheit ein Schubbetrieb der Brennkraftmaschine detektiert wird. Unter dem Begriff Schubbetrieb ist hier sowohl ein befeuerter wie auch ein unbefeuerter Schubbetrieb zu verstehen. Wird dieser Betriebszustand detektiert, wird in einem nächsten Schritt während des Schubbetriebs mittels des Luftmengen- oder Luftmassenmessers eine erste Kenngröße für den Luftmassenstrom im Bereich des Luftmengen- oder Luftmassensensors und mittels des Drucksensors eine zweiten Kenngröße für den im Saugrohr vorliegenden Luftmassenstrom ermittelt. In Abhängigkeit von der ersten und zweiten Kenngröße kann dann eine Leckage im Ansaugtrakt festgestellt werden.
Vorteilhafterweise wird mittels der ersten Überwachungseinheit ein sog. Coast Down, also ein befeuerter oder unbefeuerter Schubbetrieb bei hohen Geschwindigkeiten (Geschwindigkeit über einem vorgegebenen Grenzwert von z. B. 60 km/h) des Kraftfahrzeugs detektiert, und die Ermittlung der Leckage während des Schubbetriebs bei hohen Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs vorgenommen, da bei hohen Geschwindigkeiten der Staudruck vor dem Verdichter besonders groß ist und somit auch sehr kleine Leckagen gut detektiert werden können.
Als erste Kenngröße kann bspw. direkt das vom Luftmassenmesser gemessene Signal, also der dort vorherrschende Luftmassestrom verwendet werden. Die zweite Kenngröße, die ebenfalls einen Wert für den Luftmassenstrom wiedergibt, wird durch einen modellierten Saugrohrdruck im Saugrohr bzw. im Luftsammler berechnet, wobei der Druck durch den Drucksensor gemessen wird.
Liegt eine Leckagestelle vor dem Verdichter vor, entweicht ein gewisser Luftmassenstrom, der zuvor durch den Luftmassenmesser gemessen wurde. Der dann tatsächlich in die Brennkraftmaschine einströmende Luftmassenstrom ist somit geringer als der zuvor vom Luftmassenmesser gemessene Luftmassenstrom, wodurch die Leckage erkannt werden kann.
Die Leckage kann aufgrund der beiden ermittelten Kenngrößen auf verschiedene Arten ermittelt werden. In einer ersten vorteilhaften Alternative werden die erste und zweite Kenngröße in Relation zueinander gesetzt. Eine Leckage im Ansaugtrakt vor dem Verdichter wird erkannt, wenn die erste Kenngröße von der zweiten Kenngröße abweicht, insbesondere dann, wenn die erste Kenngröße um mehr als einen vorgegebenen Relations-Differenzwert von der zweiten Kenngröße abweicht. Die Abweichung kann durch Differenzbildung der beiden Kenngrößen und/oder durch Bildung eines Quotienten aus den beiden Kenngrößen bestimmt werden. Wird ein Quotient gebildet, ist eine Abweichung erkennbar, wenn der Wert des Quotienten ungleich 1 ist. Wird eine Differenz gebildet, ist eine Abweichung erkennbar, wenn der Wert der Differenz ungleich 0 ist.
Alternativ können während des detektierten Betriebszustands pro Fahrzyklus die erste Kenngröße und zweite Kenngröße ermittelt und ins Verhältnis zueinander gesetzt werden (Quotientenbildung). Eine Leckage am Ansaugtrakt vor dem Verdichter wird erkannt, wenn das Verhältnis aus erster und zweiter Kenngröße eines Fahrzyklusses vom Verhältnis aus erster und zweiter Kenngröße des vorangegangenen Fahrzyklusses abweicht, insbesondere um mehr als einen vorgegebenen Verhältnis-Differenzwert. Verändert sich also der Verhältniswert zwischen bei Fahrzyklen, kann mit hoher Wahrscheinlichkeit davon ausgegangen werden, dass zwischen den beiden Fahrzyklen eine Leckage vor dem Verdichter aufgetaucht ist bzw. eine Schlauchverbindung, deren Eingang vor dem Verdichter liegt, unterbrochen wurde.
Damit einzeln auftretende „Ausreißer” in den Kenngrößen (z. B. fehlerhafte Messsignale) nicht sofort zu einer Detektion einer Leckage führen, kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens auch derart vorgegangen werden, dass während des detektierten Betriebszustands pro Fahrzyklus mehrmals die erste Kenngröße und zweite Kenngröße ermittel werden und jeweils ins Verhältnis zueinander gesetzt werden und dass aus den Verhältniswerten pro Fahrzyklus ein Verhältnis-Mittel gebildet wird. Eine Leckage am Ansaugtrakt vor dem Verdichter wird erkannt, wenn das Verhältnis-Mittel eines Fahrzyklusses vom Verhältnis-Mittel des vorangegangenen Fahrzyklusses abweicht, insbesondere um mehr als einen vorgegebenen Mittelwert-Differenzwert. Es werden also während des Schubbetriebs in bestimmten Zeitabständen verschiedene Proben genommen, also sowohl die erste und zweiten Kenngröße ermittelt und jeweils ins Verhältnis zueinander gesetzt. Ist eine bestimmte Anzahl an Proben bzw. Verhältniswerten vorhanden, wird der Mittelwert gebildet (Verhältnis-Mittel) und mit dem Verhältnis-Mittel des vorangegangenen Fahrzyklus verglichen.
Da aufgrund der Größe der Leckage unterschiedlich viel Luft entweichen kann, kann in einer vorteilhaften Ausgestaltung die Höhe der Abweichung zwischen der ersten Kenngröße und der zweiten Kenngröße und/oder die Höhe der Abweichung des Verhältnisses aus erster und zweiter Kenngröße zwischen zwei Fahrzyklen und/oder die Höhe der Abweichung des Verhältnis-Mittels zwischen zwei Fahrzyklen ein Indiz für die Größe der Leckage und somit auch dafür, welche Schlauchverbindung unterbrochen ist, sein.
Die Erfindung wird anhand des nachfolgenden Ausführungsbeispiels nochmals näher erläutert. Dabei zeigt
1 einen vereinfachten Aufbau eines Ansaugtrakts einer Brennkraftmaschine und
2 ein Ablaufdiagramm zur Darstellung zweier Alternativen für das erfindungsgemäße Verfahren.
Die 1 zeigt einen Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, bei der in Strömungsrichtung einer Ansaugluft ein Ansauggeräuschdämpfer AGD, ein Luftmassenmesser HFM, ein Verdichter V eines Abgasturboladers, ein Drosselelement DK und ein als Luftsammler LS ausgebildetes Saugrohr bzw. Saugrohrabschnitt mit einem Drucksensor MAP zur Messung eines Luftdrucks im Luftsammler LS angeordnet sind. Hinter dem Luftsammler LS befindet sich das Kurbelgehäuse KG, indem sich die Zylinder der Brennkraftmaschine befinden. Zusätzlich sind drei Schlauchverbindungen A, B und C dargestellt, wobei die Schlauchverbindungen B und C eine Verbindung zwischen Kurbelgehäuse und dem Ansaugtrakt vor dem Verdichter zur Kurbelgehäuseentlüftung und zum Spülen des Kurbelgehäuses herstellen. Durch die Schlauchverbindung A, welche die Tankentlüftung mit dem Ansaugtrakt ebenfalls vor dem Verdichter verbindet, wird eine Rückführung der Tankentlüftungsgase ermöglicht.
Anhand der 2 werden nun zwei alternative Verfahren X und Y zum Erkennen von Leckagen eines in 1 dargestellten Ansaugtraktes der Brennkraftmaschine nochmals erläutert.
Das Verfahren startet, sobald mittels einer hier nicht dargestellten Überwachungseinheit ein befeuerter oder nicht befeuerter Schubbetrieb bei hohen Geschwindigkeiten der Brennkraftmaschine detektiert wird. Sobald dieser Betriebszustand detektiert wird, wird im nächsten Schritt während dieses Schubbetriebs mittels des Luftmassenmessers HFM aus 1 eine erste Kenngröße für den Luftmassenstrom hfm11 im Bereich des Luftmassensensors ermittelt. Ebenso wird unter Berücksichtigung des Signals des Drucksensors MAP eine zweite Kenngröße hfm21 für den im Saugrohr, insbesondere im Saugrohr direkt vor dem Eingang in die Brennkraftmaschine vorliegenden Luftmassenstrom ermittelt. Anschließend wird im nächsten Schritt der Quotient Q1 aus den beiden ermittelten Luftmassenströmen hfm11 und hfm21 gebildet.
Je nach Ausgestaltung des Verfahrens wird nun entweder der Pfad X oder der Pfad Y weiterverfolgt.
Gemäß dem alternativen Verfahren nach Pfad X wird im nächsten Schritt festgestellt, ob der oben gebildete Quotient Q1 um mehr als einen vorgegebenen Abweichungswert x von 1 abweicht, d. h. es wird festgestellt ob die erste Kenngröße hfm11 um mehr als einen vorgegebenen Relations-Differenzwert von der zweiten Kenngröße hfm21 abweicht. Ist dies der Fall, wird eine Leckage im Ansaugtrakt erkannt und ein Fehlereintrag im Behördenzyklus generiert.
Gemäß der zweiten Alternative Y wird nach Bildung des Quotienten Q1 im nächsten Schritt abgewartet, bis ein nächster Fahrzyklus mit entsprechendem Schubbetrieb bei hohen Geschwindigkeiten auftritt. Ist dies der Fall, wird analog zu oben wieder ein Wert für den Luftmassenstrom vor dem Verdichter hfm12 und nach dem Verdichter hfm22 ermittelt. Aus diesen beiden Werten hfm12 und hfm22 wird wieder ein Quotient Q2 gebildet. Abweichend zu dem Verfahren gemäß X wird hier eine Leckage erkannt und ein Fehlereintrag vorgenommen, wenn das Verhältnis Q2 aus erster und zweiter Kenngröße eines Fahrzyklusses vom Verhältnis Q1 aus erster und zweiter Kenngröße des vorangegangenen Fahrzyklusses um mehr als einen vorgegebenen Verhältnis-Differenzwert y abweicht.
Da dieses Verfahren unabhängig vom Leerlaufbetrieb Leckagen im Ansaugtrakt erkennen kann, ist es auch für Hybridfahrzeuge geeignet, da diese in der Regel keinen Leerlauf der Brennkraftmaschine aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011017577 [0006]

Claims

Verfahren zum Erkennen von Leckagen im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, insbesondere zum Erkennen von vor einem Verdichter auftretenden Leckagen im Ansaugtrakt, wobei im Ansaugtrakt in Strömungsrichtung einer Ansaugluft ein Luftmengen- oder Luftmassenmesser, ein Verdichter eines Abgasturboladers, ein Drosselelement und ein als Luftsammler ausgebildetes Saugrohr mit einem Drucksensor zur Messung eines Luftdrucks im Luftsammler angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass mittels einer Überwachungseinheit ein Schubbetrieb der Brennkraftmaschine detektiert wird, während des Schubbetriebs mittels des Luftmengen- oder Luftmassenmessers (HFM) eine erste Kenngröße (hfm11, hfm12) für den Luftmassenstrom im Bereich des Luftmengen- oder Luftmassensensors (HFM) ermittelt wird, mittels des Drucksensors (MAP) eine zweiten Kenngröße (hfm21, hfm22) für den im Saugrohr (LS) vorliegenden Luftmassenstrom ermittelt wird, und in Abhängigkeit von der ersten und zweiten Kenngröße (hfm11, hfm12, hfm21, hfm22) eine Leckage im Ansaugtrakt ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Überwachungseinheit ein Coast Down bei hohen Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs detektiert wird, und die Ermittlung der Leckage während des Coast Downs bei hohen Geschwindigkeiten des Kraftfahrzeugs vorgenommen wird.
Verfahren nach einem der vorangegangen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Kenngröße (hfm11, hfm12, hfm21, hfm22) in Relation (Q1, Q2) zueinander gesetzt werden und eine Leckage im Ansaugtrakt vor dem Verdichter erkannt wird, wenn die erste Kenngröße (hfm11, hfm12) von der zweiten Kenngröße (hfm21, hfm22) abweicht, insbesondere dann, wenn die erste Kenngröße (hfm11, hfm12) um mehr als einen vorgegebenen Relations-Differenzwert von der zweiten Kenngröße (hfm21, hfm22) abweicht.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des detektierten Betriebszustands pro Fahrzyklus die erste Kenngröße (hfm11, hfm12) und zweite Kenngröße (hfm21, hfm22) ermittelt und ins Verhältnis (Q1, Q2) zueinander gesetzt werden und eine Leckage am Ansaugtrakt vor dem Verdichter erkannt wird, wenn das Verhältnis aus erster und zweiter Kenngröße eines Fahrzyklusses (Q2) vom Verhältnis aus erster und zweiter Kenngröße des vorangegangenen Fahrzyklusses (Q1) abweicht, insbesondere um mehr als einen vorgegebenen Verhältnis-Differenzwert (y).
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während des detektierten Betriebszustands pro Fahrzyklus mehrmals die erste Kenngröße und zweite Kenngröße ermittel werden und jeweils ins Verhältnis zueinander gesetzt werden und dass aus den Verhältniswerten pro Fahrzyklus ein Verhältnis-Mittel gebildet wird, und eine Leckage am Ansaugtrakt vor dem Verdichter erkannt wird, wenn das Verhältnis-Mittel eines Fahrzyklusses vom Verhältnis-Mittel des vorangegangenen Fahrzyklusses abweicht, insbesondere um mehr als einen vorgegebenen Mittelwert-Differenzwert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Höhe der Abweichung zwischen der ersten Kenngröße und der zweiten Kenngröße und/oder des Verhältnisses aus erster und zweiter Kenngröße zwischen zwei Fahrzyklen und/oder des Verhältnis-Mittel zwischen zwei Fahrzyklen ein Indiz für die Größe der Leckage ist.