-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Rückführen von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs. Hierbei wird Abgas über eine Niederdruckleitung in einen Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine rückgeführt und im Bereich der Niederdruckleitung eine Druckdifferenz ermittelt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Abgasrückführungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs.
-
Aus dem Stand der Technik, etwa der
DE 10 2008 056 337 A1 , ist es bekannt, Abgas sowohl über eine Niederdruckleitung als auch über eine Hochdruckleitung in den Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs rückzuführen. Eine solche Abgasrückführung, bei welcher des Rückführen von Abgas sowohl über die Niederdruckleitung als auch über die Hochdruckleitung möglich ist, wird auch als Mehrwege-Abgasrückführung bezeichnet. Bei der Hochdruck-Abgasrückführung wird das Abgas im Bereich des Abgaskrümmers entnommen und stromabwärts des Verdichters eines Abgasturboladers in den Ansaugtrakt eingebracht. Bei der Niederdruck-Abgasrückführung wird das Abgas stromabwärts der Turbine des Abgasturboladers – und hier stromabwärts einer Abgasnachbehandlungseinrichtung – entnommen und stromaufwärts des Verdichters des Abgasturboladers in den Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine rückgeführt.
-
Die
DE 10 2006 054 043 A1 beschreibt ebenfalls eine Brennkraftmaschine mit Hachdruck-Abgasrückführung und Niederdruck-Abgasrückführung. Hierbei sind in der Niederdruckleitung ein Abgasrückführungskühler und ein Niederdruck-Abgasrückführungsventil angeordnet. Mittels eines Differenzdrucksensors wird der Druckabfall über diese beiden in der Niederdruckleitung angeordneten Komponenten ermittelt. Aus der Druckdifferenz wird auf den Massenstrom des Abgases durch die Niederdruckleitung rückgeschlossen, wobei der Massenstrom als Basiswert zum Ansteuern des Niederdruck-Abgasrückführungsventils und einer stromabwärts der Abzweigung der Niederdruckleitung von dem Abgasstrang angeordneten Abgasklappe verwendet wird. Zur Überwachung etwaiger On-Board-Diagnose-Anforderungen ist in der Niederdruckleitung stromabwärts des Niederdruck-Abgasrückführungsventils ein Temperatursensor angeordnet.
-
Bei niedriger Außentemperatur und damit einhergehend niedriger Temperatur der Ansaugluft wird üblicherweise der Anteil an rückgeführtem Abgas, welcher über die Niederdruckleitung rückgeführt wird, stark reduziert. Üblicherweise beginnt das Verringern der Niederdruck-Abgasrückführungsrate beim Unterschreiten eines Temperaturwerts von ca. 10°C. Ein Grund dafür ist, dass es beim Zumischen des vergleichsweise kühlen Niederdruck-Abgases in die kühle Ansaugluft zur Bildung von Kondenswassertröpfchen kommen kann, welche dann zu einer Beschädigung des Verdichters des Abgasturboladers führen können.
-
Bei einer niedrigen Rate des durch die Niederdruckleitung rückgeführten Abgases gestaltet sich jedoch das Überwachen der Niederdruck-Abgasrückführung als schwierig. Die Abgasrückführungsrate bzw. der Inertgasanteil in der Ansaugluft wird nämlich aus einer Vielzahl von Größen berechnet, bei deren Erfassung Messungenauigkeiten auftreten können. Durch Aufsummieren solcher Ungenauigkeiten oder Messfehler lässt sich eine Grenze der Niederdruck-Abgasrückführungsrate ermitteln, bei deren Unterschreiten mittels der berechneten Abgasrückführungsrate keine Überwachung der Niederdruck-Abgasrückführung mehr möglich ist. Bei der Regelung der Niederdruck-Abgasrückführungsrate wird nämlich für die Regelabweichung ein Soll-Ist-Vergleich vorgenommen. Bei geringen Soll-Werten bzw. Ist-Werten der berechneten Abgasrückführungsrate ist ein solcher Vergleich nicht mehr sinnvoll durchführbar. Dies führt dazu, dass bei niedriger Außentemperatur die Überwachung der Niederdruck-Abgasrückführung nicht anhand bislang bekannter Verfahren vorgenommen werden kann.
-
Neue, nach Regelungen der Europäischen Union gültige Überwachungsvorschriften für die On-Board-Diagnose (OBD) machen jedoch eine Überwachung der Niederdruck-Abgasrückführung auch bei sehr niedriger Außentemperatur, nämlich bis zu einer Umgebungstemperatur von –7°C erforderlich. Insbesondere ist hierbei sicherzustellen, dass im täglichen Betrieb die On-Board-Diagnose in einem vorgegebenen Prozentsatz aller Fälle, in welchen die Diagnose ablaufen könnte, auch tatsächlich vorgenommen wird. Diese Forderung wird auch als Ratio Based Monitoring (RBM, verhältnisbasierte Betriebsüberwachung) oder In-Use Performance Ratio (IUPR, Quotient für das Leistungsverhalten im Betrieb) bezeichnet. Die IUPR wird in Kurzform auch als ”Ratio” bezeichnet. Im Rahmen EU-weit gültiger Abgasnormen ist ein IUPR von 0,1 einzuhalten, d. h. in zumindest 10% aller Fälle, in denen die Diagnose möglich ist, ist diese auch durchzuführen. Für zukünftig geltende Abgasnormen ist sogar ein noch strengerer RBM- bzw. IUPR-Wert zu erwarten.
-
Darüber hinaus ist bei derzeit gängigen Verfahren zum Überwachen der Niederdruck-Abgasrückführung im Rahmen der On-Board-Diagnose die Überwachung nur aktiv, wenn der Niederdruck-Abgasrückführungsregler aktiviert ist. Wird der Regler jedoch deaktiviert, etwa im Rahmen der Vorsteuerung, so kann keine On-Board-Diagnose mehr durchgeführt und das Ratio somit ebenfalls nicht erhöht werden.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine entsprechende Abgasrückführungseinrichtung zu schaffen, welches bzw. welche eine verbesserte Überwachung der Niederdruck-Abgasrückführung ermöglicht.
-
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Abgasrückführungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
-
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Rückführen von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs wird Abgas über eine Niederdruckleitung in einen Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine rückgeführt. Im Bereich der Niederdruckleitung wird eine Druckdifferenz ermittelt, und die Druckdifferenz wird zum Überwachen der Niederdruck-Abgasrückführung herangezogen. Beim Auftreten einer Fehlfunktion der Niederdruck-Abgasrückführung wird ein die Fehlfunktion angebender Datenwert in einem Speicher abgespeichert. Der Druckabfall über die Niederdruckleitung ist proportional zum Massenstrom des Abgases, welches durch die Niederdruckleitung fließt. Daher kann der Druckabfall dazu herangezogen werden, im Rahmen der On-Board-Diagnose (OBD) Fehlfunktionen der Niederdruck-Abgasrückführung zu erkennen und bei Erkennen einer Fehlfunktion einen entsprechenden Datenwert in einem Speicher, etwa dem Speicher einer Steuerungseinrichtung, abzuspeichern.
-
Die Druckdifferenz kann mittels zweier Drucksensoren besonders genau erfasst werden. Von den beiden Drucksensoren kann einer im Bereich der Entnahmestelle, also unmittelbar stromabwärts der Abzweigung der Niederdruckleitung von dem Haupt-Abgasstrang, und ein zweiter kurz vor dem Einlass der Niederdruckleitung in den Ansaugtrakt angeordnet sein kann. Auf die vorliegend beschriebene Art und Weise ist auch bei einer sehr niedrigen Abgasrückführungsrate durch die Niederdruckleitung, wie sie bei niedriger Umgebungstemperatur vorliegt, anhand der Druckdifferenz eine Überwachung der Niederdruck-Abgasrückführung möglich. Eine Fehlfunktion der Niederdruck-Abgasrückführung, welche hierbei feststellbar ist, kann etwa ein nicht funktionsfähiges Abgasrückführungsventil, eine abgerissene Niederdruckleitung oder eine sonstige Leckage in der Niederdruckleitung umfassen.
-
Dies ermöglicht es, die aufgrund der On-Board-Diagnose-Überwachungsvorschriften geforderte Überwachung von Bauteilen des Abgastrakts durchzuführen. Insbesondere kann so das Ratio Based Monitoring (RBM) bzw. der IUPR-Wert in der nach den europaweit verbindlichen Abgasnormen geforderten Größe eingehalten werden.
-
Zusammen mit der bei höherer Soll-Abgasrückführungsrate bzw. bei höheren Sollwerten des Inertgases durchführbaren Regelung kann so der gesamte Betriebsbereich der Niederdruck-Abgasrückführungsregelung überwacht werden. Hierbei ist es vorteilhaft möglich, dass bei einer Mehrwege-Abgasrückführung ein möglichst großer Anteil des insgesamt rückgeführten Abgases über die Niederdruckleitung rückgeführt wird. Da dieses Abgas kälter ist als das auf der Hochdruckseite des Abgasstrangs entnommene Abgas, wirkt sich dies auf die durch die Abgasrückführung zu erzielende Verringerung der Emissionen günstig aus.
-
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Abgas-Rückführungsregler aktiviert, und anhand der Druckdifferenz wird ein Massenstrom des durch die Niederdruckleitung rückgeführten Abgases ermittelt. Eine solche Überwachung ist bei kleinen Sollwerten des Massenstroms bzw. bei kleinen Sollwerten der Abgasrückführungsrate oder des Inertgasanteils vorteilhaft. Insbesondere kann die Überwachung des Massenstroms bei Soll-Inertgasanteilen von weniger als 15% vorgesehen sein.
-
Hierbei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn bei aktiviertem Abgas-Rückführungsregler überprüft wird, ob ein minimaler Sollwert des Massenstroms des durch die Niederdruckleitung rückzuführenden Abgases kleiner ist als ein Istwert des Massenstroms und ein maximaler Sollwert größer als der Istwert des Massenstroms. Die minimalen bzw. maximalen Sollwerte des Massenstroms können insbesondere in Vergleichskennfeldern vorgegeben sein.
-
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Abgas-Rückführungsregler deaktiviert, und die Niederdruck-Abgasrückführung wird anhand der Druckdifferenz und der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine überwacht. Bei deaktiviertem Niederdruck-Regler kann nämlich kein Sollwert des Abgasmassenstroms oder des Inertgasanteils mit einem berechneten Istwert verglichen werden. In einem solchen Betriebszustand ist jedoch das Messen der Druckdifferenz und das Berücksichtigen der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine ausreichend, um einen Fehler bei der Niederdruck-Abgasrückführung zu detektieren.
-
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn überprüft wird, ob wenigstens ein Kriterium für die Zulässigkeit einer Diagnose der Niederdruck-Abgasrückführung erfüllt ist. So kann dafür gesorgt werden, dass die Überwachung im Rahmen der On-Board-Diagnose nur dann durchgeführt wird, wenn hierfür geeignete Bedingungen vorliegen.
-
Die erfindungsgemäße Abgasrückführungseinrichtung für eine Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs umfasst eine Niederdruckleitung, über welche Abgas in einen Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine rückführbar ist. Zum Ermitteln einer Druckdifferenz im Bereich der Niederdruckleitung ist eine Messeinrichtung vorgesehen. Eine mit der Messeinrichtung gekoppelte Steuerungseinrichtung ist dazu ausgelegt, die Druckdifferenz zum Überwachen der Niederdruck-Abgasrückführung heranzuziehen.
-
Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für die erfindungsgemäße Abgasrückführungseinrichtung.
-
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnung.
-
Diese zeigt ein Modell zum Überwachen der Niederdruck-Abgasrückführung bei einem Kraftfahrzeug.
-
Bei einem in der Figur gezeigten Modell 10, welches dem Überwachen der Niederdruck-Abgasrückführung beim Rückführen von Abgas einer Verbrennungskraftmaschine in den Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs dient, ist in einem oberen Bereich 12 der Überwachungsvorgang veranschaulicht, welcher abläuft, wenn ein Niederdruck-Abgasrückführungsregler aktiviert ist. Ein unterer Bereich 14 veranschaulicht die Überwachung bei deaktiviertem Regler.
-
Wenn der Niederdruck-Regler aktiv ist, was in einem Schritt S10 bzw. S12 überprüft wird, wird in einem Schritt S14 ein Istwert des Massenstroms des durch die Niederdruckleitung rückgeführten Abgases als Eingangsgröße einer weiteren Verarbeitung zugeführt. Der Istwert des Massenstroms wird hierbei anhand des Druckabfalls berechnet, welcher sich innerhalb der Niederdruckleitung zwischen der Entnahmestelle und einer stromabwärts des Abgasrückführungsventils angeordneten zweiten Messstelle einstellt. Die Entnahmestelle, an welcher die Niederdruckleitung vom Hauptabgasstrang abzweigt, liegt hierbei stromabwärts eines Katalysators und/oder eines Partikelfilters, welche wiederum stromabwärts der Turbine eines Abgasturboladers angeordnet sind. Die Eintrittsstelle der Niederdruckleitung in den Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine liegt stromaufwärts eines Verdichters des Abgasturboladers. Die zweite Messstelle liegt bevorzugt unmittelbar stromaufwärts der Eintrittsstelle in den Ansaugtrakt, so dass der Druckabfall über eine besonders lange Strecke messtechnisch erfasst wird.
-
Der Druckabfall, also die Differenz des Drucks in der Niederdruckleitung zwischen der Messstelle an der Entnahmestelle und der Messstelle kurz vor dem Eintritt der Niederdruckleitung in den Abgastrakt lässt sich mittels der Drucksensoren sehr genau bestimmen. Anhand des messbaren Druckabfalls kann auf den Massenstrom des Abgases durch die Niederdruckleitung rückgeschlossen werden.
-
Dieser berechnete Massenstrom wird vorliegend bei aktiviertem Niederdruck-Regler für die Überwachung der Niederdruck-Abgasrückführung herangezogen. Als weitere Eingangsgröße 16 wird im Bereich 12 des Modells 10 ein Sollwert der Niederdruck-Abgasrückführungsrate berücksichtigt. Anhand eines Vergleichskennfelds 18 wird in einem Block 20 festgestellt, ob ein minimaler Sollwert des durch die Niederdruckleitung rückgeführten Abgasmassenstroms kleiner ist als der Istwert. In analoger Weise wird anhand eines Vergleichskennfelds 22 in einem Block 24 überprüft, ob ein maximaler Sollwert des Massenstroms größer ist als der Istwert des Massenstroms.
-
Das Ergebnis des Blocks 20 wird einem UND-Block 26 zugeführt, zusammen mit dem Ergebnis einer Abfrage 28, ob die Diagnose zulässig ist. Eine Reihe von Kriterien können herangezogen werden, um im Rahmen dieser Abfrage 28 die Zulässigkeit der Diagnose festzustellen. So kann die Stellung einer Aufstauklappe berücksichtigt werden, welche stromabwärts der Abzweigung der Niederdruckleitung von dem Abgasstrang angeordnet ist. Diese Aufstauklappe sorgt dafür, dass das Abgas überhaupt aus dem Haupt-Abgasstrang heraus und in die Niederdruckleitung einströmt. Die Stellung der Aufstauklappe oder Abgasklappe ist regelbar. Da jedoch beispielsweise bei geöffneter Aufstauklappe kein Abgas durch die Niederdruckleitung strömt, wird dieses Kriterium bei der Prüfung der Zulässigkeit der Diagnose berücksichtigt.
-
Des Weiteren kann der Sollwert der Abgasrückführungsrate als Kriterium berücksichtigt werden. Das Heranziehen des über die Niederdruckleitung sich einstellenden Druckabfalls ist nämlich bei geringen Sollwerten des Massenstroms oder Soll-Inertgasanteilen sinnvoll, bei welchen die Überwachung anhand eines Soll-Ist-Vergleichs aufgrund der geringen Genauigkeit bei der Berechnung der Abgasrückführungsrate nicht möglich ist. Geringe Niederdruck-Abgasrückführungsraten liegen etwa dann vor, wenn eine niedrige Umgebungstemperatur, etwa eine Umgebungstemperatur von weniger als 10°C vorliegt.
-
Des Weiteren kann als Kriterium die Temperatur der Ansaugluft berücksichtigt werden. Bei einer Temperatur der Umgebungsluft von weniger als –7°C braucht nämlich nach derzeit EU-weit gültiger Regelung die OBD der Niederdruck-Abgasrückführung auf Antrag nicht aktiv zu sein. Auch die Temperatur der Verbrennungskraftmaschine kann berücksichtigt werden, wobei eine Motoröltemperatur und/oder eine Kühlmitteltemperatur betrachtet werden kann. Sowohl beim Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine als auch bei sehr hoher Motortemperatur ist nämlich die Überwachung der Niederdruck-Abgasrückführung nicht sinnvoll.
-
Als weiteres Kriterium für die Zulässigkeit der Diagnose kann das Vorliegen eines zum Regenerieren eines Partikelfilters ausgelegten Betriebszustands der Verbrennungskraftmaschine berücksichtigt werden. Die Überwachung ist nämlich dann nicht sinnvoll, wenn der Partikelfilter gerade regeneriert wird und so im Hinblick auf den Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine kein Normalzustand vorliegt.
-
Auch die Drehzahl und/oder das Drehmoment der Verbrennungskraftmaschine können als Kriterien für die Zulässigkeit der Diagnose berücksichtigt werden. Schließlich ist es vorteilhaft, wenn ein fehlerhafter Zustand wenigstens einer Messeinrichtung als Kriterium für die Zulässigkeit der Diagnose berücksichtigt wird. Wenn nämlich einer der zum Erfassen der Druckdifferenz vorgesehenen Drucksensoren defekt ist, kann keine Diagnose durchgeführt werden, welche die Druckdifferenz berücksichtigen soll.
-
Die vorliegend genannten Kriterien werden auch bei einer Abfrage 30 hinsichtlich der Zulässigkeit der Diagnose berücksichtigt, welche einem UND-Block 32 zugeführt wird, welcher dem Block 24 nachgeschaltet ist.
-
Das Ergebnis des UND-Blocks 26 bzw. 32 wird einem jeweiligen weiteren Block 34 bzw. 36 zugeführt, in welchen auch die in Schritt S10 bzw. S12 gemachte Abfrage Eingang findet, ob der Niederdruck-Regler aktiviert ist. Anschließend wird in einem Block 38 bzw. 40 entschieden, ob bei der Überwachung der Niederdruck-Abgasrückführung ein Fehler, etwa am defektes Abgasrückführungsventil oder eine abgerissene Niederdruckleitung, detektiert werden konnte. Ist dies der Fall, wird der ein den Fehler angebender Datenwert in einem Speicher eines Steuergeräts abgespeichert.
-
In den Blöcken 38 und 40 wird zusätzlich anhand einer Abfrage 42 bzw. 44 überprüft, ob Bedingungen vorliegen, welche das Durchführen der Diagnose unzulässig machen. Zudem wird durch die Blöcke 38 und 40 ein Diagnoseentprellverfahren bereitgestellt.
-
Ist der Niederdruck-Regler nicht aktiviert, so wird, wie im Bereich 14 des Modells 10 gezeigt, in einem Schritt S16 die gemessene Druckdifferenz als Eingangsgröße einer weiteren Verarbeitung zugeführt. Als weitere Eingangsgröße 46 wird die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine herangezogen. Anhand von Vergleichskennfeldern 48, 50 wird in jeweiligen Blöcken 52, 54 festgestellt, ob der Differenzdruck bei der jeweiligen Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine innerhalb eines vorbestimmten Druckintervalls liegt. Hierbei werden untere und obere Kalibrierungs-Schwellenwerte herangezogen.
-
Mittels Abfragen 56 bzw. 58, welche jeweiligen UND-Blöcken 60 bzw. 62 vorgeschaltet sind, wird auch hier anhand der vorgenannten Kriterien überprüft, ob Bedingungen für die Zulässigkeit der Diagnose vorliegen. Das Ergebnis der jeweiligen UND-Blöcke 60, 62 wird den Blöcken 34, 36 zugeführt.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102008056337 A1 [0002]
- DE 102006054043 A1 [0003]
