DE102014220815B4 - Verfahren zum Überwachen des Sekundärluftsystems in einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zum Überwachen des Sekundärluftsystems in einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Überwachen des Sekundärluftsystems (20) einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine (10), mit dem Sekundärluft in das Abgas der Brennkraftmaschine (10) eingebracht wird, wobei – die einzelnen Zylinder (Z1–Z6) der Brennkraftmaschine (10) in mindestens zwei Zylinderbänke (ZB1, ZB2) aufgeteilt sind und jeder Zylinderbank (ZB1, ZB2) ein separater Abgaskanal (12, 13) zugeordnet ist, – Sekundärluft mit Hilfe eines Verdichtungsmittels (21) über eine, beiden Zylinderbänken (ZB1, ZB2) gemeinsame Sekundärluftleitung (22) gefördert wird, welche sich stromabwärts des Verdichtungsmittels (21) an einer Verzweigungsstelle (26) in eine der Anzahl der Abgaskanäle (12, 13) entsprechende Anzahl von individuellen Teil-Sekundärluftleitungen (24, 25) aufteilt, – der Fluss des Sekundärluftmassenstromes mit Hilfe von in den individuellen Teil-Sekundärluftleitungen (24, 25) angeordneten Durchflusssteuermittel (SLV1, SLV2) gleichzeitig freigegeben oder unterbunden wird, – Werte für den Druck (p) mittels eines, stromabwärts des Verdichtungsmittels (21) und stromaufwärts der Verzweigungsstelle (26) angeordneten Drucksensors (23) erfasst werden, – Druckpulsationen des Druckes (p) bei abgeschaltetem Verdichtungsmittel (21) und in den Geschlossenzustand versetzten Durchflusssteuermittel (SLV1, SLV2) zylinderbankspezifisch erfasst werden, – Werte für den Umgebungsdruck (p_AMB) erfasst werden, – zylinderbankspezifisch die Druckdifferenzen zwischen den einzelnen Pulsen des Druckes (p) und den Werten für den Umgebungsdruck (p_AMB) gebildet werden, – die zylinderbankspezifischen Druckdifferenzen aufsummiert werden und für die jeweiligen Summen (SUM'_ZB1, SUM'_ZB2) geprüft wird, ob diese ungleich Null sind und – falls diese Summen (SUM'_ZB1, SUM'_ZB2) von Null verschieden sind, auf ein offen klemmendes Sekundärluftventil (SLV1. SLV2) erkannt wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen des Sekundärluftsystems in einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylinderbänken.
  • Zur Senkung von Abgasemissionen bei einer Brennkraftmaschine haben sich Dreiwege-Abgaskatalysatoren, im Folgenden vereinfacht als Katalysatoren bezeichnet, seit langer Zeit bewährt. Bei betriebswarmer Brennkraftmaschine können bis zu 98% der Kohlenwasserstoff-, Kohlenmonoxid- und Stickoxidemissionen mit auf dem Markt befindlichen Systemen konvertiert werden.
  • Unzureichend ist das Emissionsverhalten beim Kaltstart und der sich unmittelbar daran anschließenden Warmlaufphase von Otto-Brennkraftmaschinen, da der Katalysator und die Lambdasonde hier noch nicht ihre Betriebstemperaturen (”light-off”-Temperaturen) erreicht haben.
  • Eine mögliche Maßnahme zur Steigerung der Abgasqualität besteht darin, Frischluft (so genannte Sekundärluft) in den Abgaskrümmer nahe den Auslassventilen einzublasen, so dass die beim Start der Brennkraftmaschine aufgrund eines fetten Gemisches nicht verbrannten Abgasbestandteile durch Nachverbrennung bei Temperaturen bis zu 600°C oxidiert werden. Diese exotherme Reaktion führt zu einer Erhöhung der Abgastemperatur und somit zu einer Verkürzung der Aufheizzeit des Katalysators. Gleichzeitig werden die unverbrannten Abgasbestandteile verringert.
  • Zum Einbringen der Sekundärluft wird in der Regel eine so genannte Sekundärluftpumpe eingesetzt. Dabei handelt es sich um einen elektrisch angetriebenen Verdichter, der Luft aus der Umgebung ansaugt und diese über eine Sekundärluftleitung nahe den Auslassventilen in den Abgastrakt einbläst. In der Sekundärluftleitung ist ein elektrisch ansteuerbares Ventil, auch als Sekundärluftventil bezeichnet, eingeschaltet. Außerhalb des Kaltstarts und Warmlaufes der Brennkraftmaschine ist dieses Ventil geschlossen.
  • Bei Brennkraftmaschinen mit einer Vielzahl von Zylindern, beispielsweise 6, 8, oder 12 Zylinder, welche nicht in einer einzigen Reihe angeordnet sind (Ein-Reihenmotor), sind die einzelnen Zylinder so genannten Zylinderbänken zugeordnet. Bei einer 8-Zylinder-Brennkraftmaschine zum Beispiel sind einer ersten Zylinderbank die Zylinder 1–4 und einer zweiten Zylinderbank die Zylinder 5–8 zugeordnet. Dabei kann jede Zylinderbank mittels einer eigenen Sekundärluftpumpe mit zugehörigen Sekundärluftleitungen mit Luft versorgt werden oder eine einzige Sekundärluftpumpe versorgt beide Zylinderbänke, wobei sich dann eine am Pumpenausgang angeschlossene Leitung verzweigt und zu jeder Zylinderbank eine eigene Sekundärluftleitung führt. In jeder der Sekundärluftleitungen ist ein Sekundärluftventil eingeschaltet, wodurch eine bankselektive Sekundärlufteinblasung ermöglicht wird.
  • Da das Sekundärluftsystem ein abgasrelevantes System innerhalb des mit der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeuges darstellt, muss es auch während des Betriebes auf ordnungsgemäße Funktion hin überprüft werden. Gesetzgebungsmaßnahmen sehen vor, dass nicht nur das Sekundärluftsystem als solches, d. h. global auf Funktionstüchtigkeit zu überprüfen ist, sondern bei einem System mit mehreren Zylinderbänken und damit mehreren Sekundärluftpfaden muss jedes einzelne Teilsystem diagnostiziert werden, also eine bankselektive Fehlererkennung gegeben sein.
  • In der DE 102 49 421 A1 ist ein Verfahren zum Überwachen der Zufuhr von Sekundärluft in das Abgas einer Brennkraftmaschine beschrieben, wobei die Brennkraftmaschine zumindest zwei teilweise getrennte Abgasstränge aufweist, in denen jeweils ein Abgaskatalysator und stromaufwärts davon je eine Lambdasonde angeordnet sind. Es ist eine Sekundärluftpumpe vorgesehen, welche die angesaugte Sekundärluft zunächst über eine einzige, ein elektrisch steuerbares Sekundärluftventil enthaltende Sekundärluftleitung fördert und die sich stromabwärts des Sekundärluftventils in eine der Anzahl der Abgasstränge entsprechende Anzahl von individuellen Sekundärluftleitungen zum Fördern von Sekundärluft in die jeweiligen Abgasstränge verzweigt. Aus dem Signal zumindest eines Luftmassenmessers wird ein Wert für den gesamten Luftmassenstrom, der in die Abgasstränge eingeleitet wird, ermittelt. Zur Bestimmung der in die einzelnen Abgasstränge tatsächlich eingeleiteten Luftmassen werden die Ausgangssignale der Lambdasonden in den Abgassträngen herangezogen, um eine Ungleichverteilung der den einzelnen Abgassträngen zugeführten Luftmassen festzustellen.
  • In der WO 2007/087905 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen des Sekundärluftsystems in einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine beschrieben. Die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine sind in mindestens zwei Zylinderbänke aufgeteilt und jeder Zylinderbank ist ein separater Abgaskanal zugeordnet. Sekundärluft wird mit Hilfe eines Verdichtungsmittels gefördert und über eine der Anzahl der Abgaskanäle entsprechende Anzahl von individuellen Sekundärluftleitungen in die jeweiligen Abgaskanäle eingeleitet. Der Fluss des Sekundärluftmassenstromes wird mit Hilfe von elektrisch steuerbaren Durchflusssteuermitteln unabhängig voneinander in jeder der individuellen Sekundärluftleitungen eingestellt. Aus dem Signal eines Sekundärluftmassenmessers wird ein Wert für den gesamten Sekundärluftmassenstrom, der in die Abgaskanäle eingeleitet wird, ermittelt.
  • Die Durchflusssteuermittel werden in eine Offenstellung gesteuert, der Wert für den gesamten Sekundärluftmassenstrom erfasst und anschließend die Durchflusssteuermittel einzeln in zeitlichen Abständen zueinander in eine Geschlossenstellung gesteuert. Die Werte für die dabei auftretenden Sekundärluftmassenströme vor und nach dem Schließen der einzelnen Durchflusssteuermittel werden erfasst und diese Werte mit mehreren, unterschiedlichen Schwellenwerten verglichen. In Abhängigkeit des Ergebnisses der Vergleiche wird eine Unterscheidung des Fehlerortes hinsichtlich der jeweiligen Zylinderbank getroffen.
  • Aus der DE 10 2004 058 398 A1 ist ein Zusatzluftzufuhrsystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, das Zusatzluft über ein Zusatzluftzufuhrrohr mit einem Anschlussabschnitt und zwei Zweigabschnitten, die von dem Anschlussabschnitt abgetrennt sind, zu Abgasrohren zuführt, die jeweils an zwei Bänken der Brennkraftmaschine angebracht sind. In jedem Zweigabschnitt ist ein Luftsteuerventil angeordnet und in dem Anschlussabschnitt ist ein Drucksensor vorhanden. Es wird eine Abnormalitätsdiagnose mit Bezug auf die zwei Luftsteuerventile ausgeführt, die zu verschiedenen Zeiten geöffnet werden, wobei die zwei Luftsteuerventile ein erstes Luftsteuerventil haben, das zuerst geöffnet wird, und ein zweites Luftsteuerventil das als Zweites geöffnet wird, basierend auf einer Kombination einer durch den Drucksensor bei dem Öffnen des ersten Luftsteuerventils erfassten Druckschwankungen in dem Anschlussabschnitt und einer durch den Drucksensor bei dem Öffnen des zweiten Luftsteuerventils erfassten Druckschwankung in dem Anschlussabschnitt.
  • Aus der DE 10 2007 062 794 A1 ist ein Verfahren zur Diagnose eines Sekundärluftsystems für eine Brennkraftmaschine mit zwei Abgasabschnitten bekannt, mit dem (a) eine Undichtigkeit in einem Abgasabschnitt stromabwärts des Sekundärluftventils erkannt werden kann und (b) signifikante Fehler zwischen der Sekundärluftpumpe und dem Sekundärluftventil detektiert werden können. Die Detektionsstrategie dieses bekannten Verfahrens besteht insbesondere darin, dass Druckschwankungen bzw. Druckpulsationen, die durch das Öffnen und Schließen von Auslassventilen der betreffenden Brennkraftmaschine erzeugt werden, im Falle einer Leckage zwischen der Brennkraftmaschine und dem Sekundärluftventil reduziert sind. Damit werden die Druckabweichungen von einem Mittelwert kleiner als bei einem Sekundärluftsystem frei von einer Leckage.
  • In der DE 10 2012 222 868 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit eines Sekundärluftsystems einer Brennkraftmaschine beschrieben, welches eine Luftpumpe, einen Luftdrucksensor und ein Ventil aufweist. Das Verfahren umfasst ein sequentielles Betreiben des Sekundärluftsystems in einem ersten Betriebszustand, in einem zweiten Betriebszustand und in einem dritten Betriebszustand. Während des sequentiellen Betriebs werden folgende Schritte ausgeführt: (a) Messen des zeitlichen Verlaufs des Drucks in dem Sekundärluftsystem mit dem Luftdrucksensor, (b) Berechnen des zeitlichen Verlaufs eines Formfaktors basierend auf dem zeitlichen Verlauf eines gemessenen Drucksignals, welches von dem Luftdrucksensor ausgegeben wird, (c) Ermitteln des zeitlichen Verlaufs einer Signalleistung basierend auf dem zeitlichen Verlauf des Drucksignals, (d) Modellieren des zeitlichen Verlaufs einer Modell-Signalleistung basierend auf zumindest einer Größe, welche den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisiert, (e) Berechnen des zeitlichen Verlaufs eines Leistungsfaktors basierend auf der ermittelten Signalleistung und auf der modellierten Modell-Signalleistung, und (f) Diagnostizieren der Funktionsfähigkeit des Sekundärluftsystems basierend auf dem zeitlichen Verlauf des Formfaktors und dem zeitlichen Verlauf des Leistungsfaktors.
  • Die US 2004/0011027 A1 zeigt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Detektion einer Abnormalität eines Sekundärluftsystems für eine Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine weist zwei Zylinderbänke auf, wobei jeder Zylinderbank ein separater Abgaskanal zugeordnet ist. Sekundärluft wird mit Hilfe einer Luftpumpe über eine, den Zylinderbänken gemeinsame Sekundärluftleitung gefördert, welche sich stromabwärts der Luftpumpe in zwei Teilsekundärluftleitungen aufteilt, wobei jede Teilsekundärluftleitung einer Abgasbank zugeordnet ist. Der Fluss des Sekundärluftmassenstromes wird mit Hilfe von in den Teilsekundärluftleitungen angeordneten Ventilen gleichzeitig freigegeben oder unterbunden. Stromabwärts der Luftpumpe ist in der gemeinsamen Sekundärluftleitung ein Drucksensor angeordnet, der den Druck in dieser Leitung erfasst. Bei aktivierter Luftpumpe und offenen Ventilen wird der Druck ermittelt und mit Schwellwerten verglichen. Abhängig von den Schwellwerten wird eine Fehlerursache zugeordnet.
  • In der JP 2004/100519 A ist eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Abnormalität in einem Sekundärluftsystem einer Brennkraftmaschine beschrieben. Die Brennkraftmaschine weist dabei eine einzelne Zylinderbank auf. Insbesondere dient das offenbarte Verfahren zum Überwachen der Zuleitungsrohre zu den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine, welches die genaue zylinderselektive Lokalisation der Verstopfung erlaubt. Dabei werden Druckpulsationen des Druckes im Sekundärluftsystem bei aktiver Luftpumpe und in den Offenzustand versetzten Ventilen zylinderspezifisch erfasst und aufsummiert. Die zylinderspezifisch aufsummierten Werte werden mit Schwellwerten verglichen und bei Unterschreiten des jeweiligen Schwellenwertes wird auf eine Blockade oder Undichtigkeit in den entsprechenden Zuleitungsrohren erkannt.
  • Aus der US 2007/0137185 A1 ist ein Verfahren zum Steuern von zu einem Abschnitt stromauf einer Abgassteuereinrichtung zugeführten Sekundärluft für eine Brennkraftmaschine bekannt, wobei die Brennkraftmaschine zwei Zylinderbänke aufweist. Es ist eine Luftpumpe vorgesehen, die Luft unter Druck über separate Luftzuführleitungen den einzelnen Zylinderbänken zuführt. Stromabwärts der Luftpumpe ist ein Drucksensor vorgesehen, der den Druck erfasst. Diese Druckwerte werden ausgewertet um auf einen Defekt der in den einzelnen Sekundärluftzuleitung angeordneten Ventilen zu schließen.
  • In der JP 2009-221916 A1 ist ein Sekundärluftsystem für eine Brennkraftmaschine beschrieben. Die Brennkraftmaschine weist zwei Zylinderbänke auf, denen jeweils Sekundärluft über einzelne Sekundärluftventile zugeführt wird. Zum Erkennen von Fehlern im Sekundärluftsystem einer Abgasbank werden Druckpulsationen bei abgeschaltetem Verdichtungsmittel und in dem geschlossenen Zustand versetzten Durchflusssteuermittel (Sekundärluftventile) erfasst. Es wird zunächst überprüft, ob überhaupt Druckpulsationen vorliegen. Nur wenn dies der Fall ist, wird während einer Prüfzeitdauer jeder Peak der Druckpulsationen einer Abgasbank zugeordnet. Abhängig von der Anzahl der Pulse, welche der ersten und zweiten Abgasbank zugeordnet werden, wird entschieden, welches Steuerventil offenklemmt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen des Sekundärluftsystems in einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylinderbänken anzugeben, das es auf einfache Weise erlaubt, zylinderbankselektive Fehler festzustellen.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruches. Vorteilhafte Ausführungsformen, Weiterbildungen und Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
  • Gemäß der Erfindung wird ein Verfahren zum Überwachen des Sekundärluftsystems einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, mit dem Sekundärluft in das Abgas der Brennkraftmaschine eingebracht wird, beschrieben. Die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine sind in mindestens zwei Zylinderbänke aufgeteilt und jeder Zylinderbank ist ein separater Abgaskanal zugeordnet. Die Sekundärluft wird mit Hilfe eines Verdichtungsmittels über eine, beiden Zylinderbänken gemeinsame Sekundärluftleitung gefördert, welche sich stromabwärts des Verdichtungsmittels an einer Verzweigungsstelle in eine der Anzahl der Abgaskanäle entsprechende Anzahl von individuellen Teil-Sekundärluftleitungen aufteilt. Der Fluss des Sekundärluftmassenstromes wird mit Hilfe von in den individuellen Teil-Sekundärluftleitungen angeordneten Durchflusssteuermitteln gleichzeitig freigegeben oder unterbunden. Werte für den Druck werden mittels eines, stromabwärts des Verdichtungsmittels und stromaufwärts der Verzweigungsstelle angeordneten Drucksensors erfasst. Druckpulsationen des Druckes bei abgeschaltetem Verdichtungsmittel und in den Geschlossenzustand versetzten Durchflusssteuermittel werden zylinderbankspezifisch erfasst. Es werden Werte für den Umgebungsdruck erfasst und zylinderbankspezifisch die Druckdifferenzen zwischen den einzelnen Pulsen des Druckes und den Werten für den Umgebungsdruck gebildet. Die zylinderbankspezifischen Druckdifferenzen werden aufsummiert und für die jeweiligen Summen geprüft, ob diese ungleich Null sind. Falls diese Summen von Null verschieden sind, wird auf ein offen klemmendes Sekundärluftventil erkannt.
  • Durch die Auswertung von Druckpulsationen des Signals eines einzigen Drucksensors in der, beiden Zylinderbänken der Brennkraftmaschine zugeordneten gemeinsamen Sekundärluftleitung und gleichzeitiges Öffnen und Schließen der beiden Durchflusssteuermittel in den Teil-Sekundärluftleitungen ergibt sich eine sehr einfache und kostengünstige Lösung zur Überwachung des Sekundärluftsystems. Da die Durchflusssteuermittel synchron geöffnet und geschlossen werden, ist bei der Verwendung von elektrisch ansteuerbaren Durchflusssteuermittel am der elektronischen Steuerungseinrichtung nur ein einziger Ausgang (pin) nötig, was zur Bauteilreduzierung und damit zur Platzeinsparung beiträgt. Durch die gleichzeitige Ansteuerung der Durchflusssteuermittel entfällt eine zusätzliche Ventilphase, bei der nach Beendigung der Sekundärlufteinblasung ein Ventil geöffnet und das andere Ventil geschlossen ist, was einen negativen Einfluss auf die Abgasemissionen hat.
  • Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist es auf einfache Weise möglich, ein offen klemmenden, auch als offen hängenden Sekundärluftventils bezeichnet, zu erkennen und einen entsprechenden, zylinderbankspezifischen Fehlereintrag in einen Fehlerspeicher zu generieren. Bei einem, nach Beendigung der Sekundärlufteinblasung offen hängenden Sekundärluftventil können während es Betriebes der Brennkraftmaschine Schmutzpartikel, die sich im Abgas befinden, insbesondere Rußpartikel zu dem Verdichtungsmittel gelangen und diese Schäden, insbesondere an den bewegliche Teilen des Verdichtungsmittel verursachen.
  • Durch eine einfache Zuordnung der auftretenden Druckpulse im Drucksignal zu den einzelnen Abgasbänken mittels einer Phasensynchronisation, welche auf der Grundlage des Signals eines Kurbelwellensensors erfolgt und zylinderbankspezifisches Aufsummieren der Druckpulse kann auf einfache Weise eine Unterscheidung des Fehlerortes hinsichtlich der jeweiligen Zylinderbank getroffen werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung werden als Durchflusssteuermittel einfache, mechanische Rückschlagventile eingesetzt, deren Öffnungsdruck identisch ist und automatisch beim Erreichen dieses Öffnungsdruckes öffnen und bei Sinken des Druckes in den Teil-Sekundärluftleitungen wieder schließen. Dadurch ergibt sich eine sehr kostengünstige Ausgestaltung des Überwachungsverfahrens für das Sekundärluftsystem der Brennkraftmaschine.
  • Im Folgenden werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die beiliegende Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 in einer schematischen Darstellung eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasreinigungsanlage und einem Sekundärluftsystem,
  • 2 ein Diagramm für den Abgasgegendruck abhängig vom Kurbelwellenwinkel bei einem ordnungsgemäß funktionierendem Sekundärluftsystem,
  • 3 ein Diagramm für den Abgasgegendruck abhängig vom Kurbelwellenwinkel bei einer Leckage oder Blockade in einem der beiden Sekundärluftpfade des Sekundärluftsystems,
  • 4 ein Blockschaltbild zum bankselektiven Erkennen einer Undichtigkeit oder einer Blockade in einer Teil-Sekundärluftleitung
  • 5 ein Diagramm für den zeitlichen Verlauf des Abgasgegendruckes, ermittelt von dem Drucksensor,
  • 6 und 9 Diagramme für die beiden aufintegrierten bankspezifischen Druckwerte,
  • 7 ein Blockschaltbild zum bankselektiven Erkennen der Dichtheit der Sekundärluftventile,
  • 8 ein Diagramm für den zeitlichen Verlauf des Abgasgegendruckes, ermittelt von dem Drucksensor, bei einem offen hängenden Sekundärluftventil und
  • 9 ein Diagramm für den zeitlichen Verlauf von aufsummierten Differenzwerten für die beiden Zylinderbänke
  • Die Erfindung wird anhand einer Brennkraftmaschine mit 6 Zylindern erläutert. Sie ist aber auch für jede andere Brennkraftmaschine anwendbar, die mehrere Zylinder und mindestens 2 Zylinderbänke aufweist, wobei das Motorkonzept (V-Motor, W-Motor, Boxermotor) keine Rolle spielt, sofern für jede Zylinderbank eine eigene Sekundärluftleitung mit zugeordneten Sekundärluftventilen vorgesehen ist.
  • 1 zeigt gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung in einer schematischen Darstellung eine Brennkraftmaschine 10. Diese weist 6 Zylinder Z1–Z6 auf, wobei die Zylinder Z1–Z3 einer ersten Zylinderbank ZB1 zugeordnet sind, deren Abgas in einen gemeinsamen Abgaskanal 12 mündet. Die Zylinder Z4–Z6 sind einer zweiten Zylinderbank ZB2 zugeordnet, deren Abgas in einen gemeinsamen Abgaskanal 13 mündet. Im Verlauf des Abgaskanales 12 befindet sich in bekannter Weise ein Abgaskatalysator 14 und stromaufwärts davon ein Abgassensor 15. Im Verlauf des Abgaskanales 13 befindet sich in bekannter Weise ein Abgaskatalysator 16 und stromaufwärts davon ein Abgassensor 17. Die Abgaskatalysatoren 14, 16 können als Dreiwege-Abgaskatalysatoren oder als Stickoxidabgaskatalysatoren ausgebildet sein. Es können auch jeweils mehrere Abgaskatalysatoren in den einzelnen Abgaskanälen 13, 14 vorhanden sein. Die Abgassensoren 15, 17 sind in vorteilhafter Weise als Lambdasonden ausgebildet. Dabei können sowohl so genannte binäre Lambdasonden eingesetzt werden, die bei einem Luftverhältnis von Lambda = 1 bezüglich ihres Ausgangssignals eine Sprungcharakteristik aufweisen, oder so genannte lineare Lambdasonden, die in einem relativ weiten Bereich um Lambda = 1 einen im Wesentlichen linearen Verlauf in ihrem Ausgangssignal zeigen.
  • Die Brennkraftmaschine 10 weist ferner ein Primärluftsystem 11 auf, über welches die zur Kraftstoffverbrennung in den Zylindern Z1–Z6 erforderliche Luft zugeführt wird. Das Primärluftsystem 11 weist u. a. einen in einem nicht näher bezeichneten Ansaugtrakt angeordneten Luftmassenmesser 45 auf. Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in der 1 das Kraftstoffzuführungssystem für die Brennkraftmaschine 10 nicht dargestellt.
  • Zur schnellen Aufheizung der Abgaskatalysatoren 14, 16 bei einem Kaltstart und anschließender Warmlaufphase der Brennkraftmaschine 10 ist ein bankselektives Sekundärluftsystem 20 vorgesehen. Eine elektrisch angetriebene Sekundärluftpumpe 21 saugt über ein nicht dargestelltes Filter Frischluft an. Von der Druckseite der Sekundärluftpumpe 21 führt zunächst eine gemeinsame Sekundärluftleitung 22 in Richtung zu den einzelnen Zylinderbänken ZB1, ZB2, um sich dann in der räumlichen Nähe der Zylinderbänke ZB1, ZB2 an einer Verzweigungsstelle 26 in zwei zylinderbankselektive Teil-Sekundärluftleitungen 24, 25 aufzuspalten. In die Teil-Sekundärluftleitung 24 für die Zylinderbank ZB1 ist ein elektrisch ansteuerbares Sekundärluftventil SLV1, in die Teil-Sekundärluftleitung 25 ist ein elektrisch ansteuerbares Sekundärluftventil SLV2 eingeschaltet. Vorzugsweise sind die Teil-Sekundärluftleitungen 24, 25 am Motorblock direkt nach den Auslassventilen an den Abgaskanälen angeschlossen. Die Sekundärluftventile SLV1, SLV2 sind vorzugsweise ebenfalls direkt am Motorblock angeordnet, lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit sind sie in der 1 in den Teil-Sekundärluftleitungen 24, 25 etwas entfernt von dem Motorblock eingezeichnet.
  • In der gemeinsamen Sekundärluftleitung 22 ist stromabwärts der Sekundärluftpumpe 21 und stromaufwärts des Verzeigungspunktes 26 der beiden bankselektiven Teil-Sekundärluftleitungen 24, 25 ein Drucksensor 23 angeordnet, der den Druck sowohl während der Sekundärlufteinblasung, als auch nach Beendigung der Sekundärlufteinblasung erfasst.
  • Bei aktivierter Sekundärluftpumpe 21 und geöffneten Sekundärluftventilen SLV1, SLV2 kann den Abgaskanälen 12, 13 in der Nähe von nicht dargestellten Gasauslassventilen Frischluft zugeführt werden, welche dafür sorgt, dass insbesondere in einer Startphase der Brennkraftmaschine 10 nicht verbrannter Kraftstoff, welcher in die Abgaskanäle 12, 13 gelangt ist, oxidiert, so dass sich die Abgaskatalysatoren 14, 16 schneller auf ihre Betriebstemperatur aufheizen.
  • Zur Förderung der Sekundärluft können anstelle der Sekundärluftpumpe 21 auch andere Verdichtungsmittel, die Frischluft in den Abgasstrang fördern, vorgesehen sein, beispielsweise ein Sekundärluftlader herkömmlicher Bauart.
  • Als Durchflusssteuermittel zum Einstellen des Sekundärluftmassenstromes zu den einzelnen Abgaskanälen sind in diesem Ausführungsbeispiel nach 1 elektrisch ansteuerbare Sekundärluftventile vorgesehen. An Stelle dieser elektrisch ansteuerbaren Sekundärluftventile können auch pneumatisch ansteuerbare Sekundärluftventile oder rein mechanisch öffnende Ventile in Form von Rückschlagventilen vorgesehen sein, die bei einem vorgegebenen Überdruck selbsttätig öffnen. Es muss lediglich sichergestellt sein, dass beide Ventile synchron, d h. gleichzeitig öffnen und schließen.
  • Der Brennkraftmaschine 10 ist eine elektronische Steuerungseinrichtung 30 zugeordnet, welche mit sämtlichen Aktuatoren und Sensoren der Brennkraftmaschine 10 über Signal- und Datenleitungen verbunden ist. Insbesondere ist die Steuerungseinrichtung 30 mit dem Luftmassenmesser 45, der Sekundärluftpumpe 21, den beiden Sekundärluftventilen SLV1, SLV2, den beiden Abgassensoren 15, 17, dem Drucksensor 23, einem Umgebungsluftdrucksensor 41, einem Drehzahlsenor 42, einem Kurbelwellenwinkelsensor 43, und einem Kühlmitteltemperatursensor 44 verbunden. Außerdem wird der Steuerungseinrichtung 30 ein Signal VB zugeführt, welches indikativ ist für die Höhe der Spannung einer Bordnetzbatterie 46 des von der Brennkraftmaschine 10 angetriebenen Kraftfahrzeuges.
  • Die Steuerungseinrichtung 30, welche auch häufig als Motorsteuergerät oder schlicht als Motorsteuerung bezeichnet wird, umfasst bevorzugt eine Recheneinheit (Prozessor) 31, die mit einem Programmspeicher 32, einem Wertespeicher (Datenspeicher) 33 und einem Fehlerspeicher 34 gekoppelt ist. In dem Programmspeicher 32 und dem Wertespeicher 33 sind Programme bzw. Werte gespeichert, die für den Betrieb der Brennkraftmaschine 10 nötig sind. Neben der Berechnung der Kraftstoffeinspritzmenge, des Kraftstoffeinspritzzeitpunktes bzw. -endes und/oder die Zündungsregelung der Brennkraftmaschine 10 ist in dem Programmspeicher 32 softwaremäßig eine an sich bekannte, in der Regel kennfeldbasierte Funktion FKT_SL implementiert, mit deren Hilfe abhängig von Betriebsparametern, insbesondere abhängig von einer Kühlmitteltemperatur TCO der Brennkraftmaschine 10 das Sekundärluftsystem 20 bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 10 aktiviert und bei Erreichen der Betriebstemperaturen der Abgaskatalysatoren 14, 16 wieder deaktiviert wird.
  • Darüber hinaus sind in dem Programmspeicher 32 Funktionen FKT_SL_DIAG1, FKT_SL_DIAG2 zum Überwachen des Sekundärluftsystems 20 implementiert, welche in der Lage sind, eine Funktionsstörung einer stromabwärts des Drucksensors 23 angeordneten Komponente des Sekundärluftsystems 20 aufgrund des Signales des Drucksensors 23 und der auftretenden Druckpulsationen bankselektiv zu bestimmen, wie es anhand der nachfolgenden Beschreibung der 29 näher erläutert wird.
  • Wird mit Hilfe dieser Funktionen FKT_SL_DIAG1, FKT_SL_DIAG2 ein Fehler festgestellt, so wird dieser in den Fehlerspeicher 34 der Steuerungsvorrichtung 30 nichtflüchtig eingetragen, so dass er beim nächsten Werkstattaufenthalt des Kraftfahrzeugs ausgelesen werden kann. Zusätzlich kann dem Führer des von der Brennkraftmaschine 10 angetriebenen Kraftfahrzeuges das Vorhandensein eines Fehlers optisch und/oder akustisch mittels einer Fehleranzeigevorrichtung 40 zur Kenntnis gebracht werden.
  • In dem Wertespeicher 33 sind u. a. verschiedene Schwellenwerte SW_ZB1, SW_ZB2 und Parameter gespeichert, deren Bedeutungen für die Diagnose des Sekundärluftsystems ebenfalls anhand der der nachfolgenden Beschreibung der 29 näher erläutert werden.
  • Voraussetzung für eine solche Diagnose ist, dass die Sekundärluftpumpe 21 tatsächlich Frischluft fördert, was mittels eines beliebigen, bekannten Verfahrens, beispielsweise nach dem in der DE 41 20 891 A1 beschriebenen Verfahren überprüft werden kann.
  • Das in der 2 dargestellte Diagramm zeigt den prinzipiellen Verlauf des Abgasgegendruckes in der Einheit hPa abhängig vom Kurbelwellenwinkel °KW für eine 6-zylindrige Brennkraftmaschine mit zwei Zylinderbänken ZB1, ZB2. Aufgrund des Zündabstandes zwischen 2 aufeinanderfolgenden Zündungen des Kraftstoff-Luftgemisches in den Brennräumen der Zylinder Z1–Z6, ergeben sich Schwankungen des Druckverlaufes, d. h. Druckpulsationen, welche zur Überprüfung des Sekundärluftsystems 20 ausgewertet werden. Da ein Arbeitsspiel einer Viertaktbrennkraftmaschine zwei Kurbelwellenumdrehungen, also 720° KW dauert, ergibt sich bei einer Brennkraftmaschine mit 6 Zylindern ein Zündabstand von 120° KW. Dieser Zündabstand ist in der 2 mit dem Bezugszeichen ZA gekennzeichnet.
  • Tritt in einer der beiden Teil-Sekundärluftleitungen 24, 25 nun eine Leckage oder eine Blockade (Verstopfung) auf, werden die Druckpulsationen in der entsprechenden Teil-Sekundärluftleitung 24, 25 kleiner. Der gedämpfte Verlauf des Druckes zeigt sich am Signal des Drucksensors 23. Der Grad der Dämpfung ist dabei u. a. eine Funktion der Entfernung zwischen dem Einbauort des Drucksensors 23 und der Einleitungsstelle der entsprechenden Teil-Sekundärluftleitung 24, 25 in den Abgastrakt.
  • Das in der 3 dargestellte Diagramm zeigt den Verlauf des Abgasgegendruckes in der Einheit hPa abhängig vom Kurbelwellenwinkel °KW für den Fall, dass in der, der zweiten Zylinderbank ZB2 zugeordneten Teil-Sekundärluftleitung 25 eine Leckage oder Blockade auftritt. Die Druckpulsationen in der Teil-Sekundärluftleitung 25 sind deutlich geringer als die Druckpulsationen in der, der ersten Zylinderbank ZB1 zugeordneten Teil-Sekundärluftleitung 24. Auch in dieser Darstellung ist der Zündabstand wieder mit dem Bezugszeichen ZA gekennzeichnet.
  • Die 4 zeigt in Form eines Blockschaltbildes eine Funktion FKT_SL_DIAG1 zum Bestimmen einer Undichtigkeit oder einer Blockade in einer Teil-Sekundärluftleitung 24, 25 des Sekundärluftsystems 20.
  • Zur Durchführung der Diagnose wird das Signal des Drucksensors 23 benutzt, der stromabwärts der Sekundärluftpumpe 21 und stromaufwärts der Sekundärluftventile SLV1, SLV2 angeordnet ist. Das Diagnoseverfahren wird während des aktiven Betriebes des Sekundärluftsystems 20 durchgeführt. Dies bedeutet, dass die Sekundärluftpumpe 21 eingeschaltet und die Sekundärluftventile SLV1 und SLV2 geöffnet sind. Im Falle der Verwendung von elektrisch ansteuerbaren Sekundärluftventilen SLV1 und SLV2 werden diese synchron über entsprechende Signale der Steuerungseinrichtung 30 in den Offenzustand versetzt, im Falle der Verwendung von mechanischen Rückschlagventilen öffnen diese gleichzeitig automatisch, wenn der von der Sekundärluftpumpe 21 erzeugte Druck den Öffnungsdruck dieser Rückschlagventile erreicht.
  • Das Signal p des Drucksensors 23 wird während des aktiven Betriebes des Sekundärluftsystems 20 äquidistant abgetastet. Der Ausdruck ”äquidistant” kann sich dabei entweder auf die Zeit oder auf den Kurbelwellenwinkel °KW beziehen.
  • Während des Betriebes des Sekundärluftsystems 20 wird ständig überprüft, ob eine vorgegebene Zeitspanne seit Aktivieren der Sekundärluftfunktion abgelaufen ist. Diese Aktivierungszeit ist unter anderem abhängig von den konstruktiven Gegebenheiten, wie Einbauort und Größe der Katalysatoren 14, 16 und wird empirisch ermittelt und ist in dem Datenspeicher 33 der Steuerungseinrichtung 30 abgelegt. Typische Werte für die Aktivierungszeit betragen beispielsweise 10–30 Sekunden. Solange diese Zeitspanne noch nicht abgelaufen ist, bleibt die Sekundärluftpumpe 21 eingeschaltet, die beiden Sekundärluftventile SLV1 und SLV2 geöffnet, wodurch die Abgaskatalysatoren 14, 16 aufgrund der auftretenden Exothermie aufgeheizt werden.
  • Die Druckpulsationen, welche von dem Drucksensor 23 erfasst werden, beinhalten neben den Abgaspulsationen aufgrund der Verbrennungsvorgänge in den Brennräumen der Zylinder Z1–Z6 der Brennkraftmaschine 10 auch Pulsationen die durch den Betrieb der Sekundärluftpumpe 21 selbst und in geringerem Maße durch Reflexionen in den Teil-Sekundärluftleitungen 24, 25 herrühren. Je näher der Drucksensor 23 am Abgastrakt sitzt und damit weiter von der Sekundärluftpumpe 21 entfernt ist, desto höher ist der Einfluss der Abgaspulsationen auf das Drucksignal p.
  • Um diese Einflüsse bei der Diagnose zu berücksichtigen, wird das vom Drucksensor 23 gelieferte Signal p einem Block B1 zugeführt, der ein adaptives Bandpassfilter B11 umfasst. Dieses Bandpassfilter B11 trennt niedrige und hohe Frequenzanteile. Die Frequenz des von der Sekundärluftpumpe 21 herrührenden Drucksignals ist relativ konstant und im Wesentlichen nur abhängig von der Batteriespannung VB des Bordnetzes des Kraftfahrzeuges. Die Frequenz des Abgasgegendrucksignals ist variabel und abhängig von der Drehzahl N der Brennkraftmaschine. Deshalb werden die Werte für die Batteriespannung VB und der Drehzahl N dem Block B1 zugeführt und die Schnittfrequenzen (Grenzfrequenzen) des Bandpassfilters B11 in jedem Schritt so angepasst, dass am Ausgang des Bandpassfilters B11 nur das Abgasgegendrucksignal zur weiteren Verarbeitung zur Verfügung steht. Die störenden Frequenzen, welche das Ergebnis der Auswertung des Drucksignals p verfälschen könnten, sind damit ausgeblendet.
  • In einer einfacheren Ausgestaltung kann ein Bandpassfilter B11 verwendet werden, das feste Grenzfrequenzen aufweist und deren Werte experimentell an einem Prüfstand ermittelt werden.
  • Die 5 zeigt den zeitlichen Verlauf des Druckes p, wie er von dem Drucksensor 23 geliefert wird, also vor der Filterung mittels des Blockes B1. Zum Zeitpunkt t0 wird die Sekundärluftpumpe 21 eingeschaltet und nach einem gewissen Zeitverzug Δt, den die Sekundärluftpumpe 21 braucht, um den erforderlichen Druck aufzubauen, werden zu einem Zeitpunkt t1 die beiden Sekundärluftventile SLV1, SLV2 geöffnet, bzw. öffnen automatisch bei Einsatz von mechanischen Überdruckventilen, wenn der Öffnungsdruck erreicht ist. Zu einem Zeitpunkt t2 wird die die Sekundärluftpumpe 21 ausgeschaltet und zu einem Zeitpunkt t3 werden die beiden Sekundärluftventile SLV1, SLV2 wieder geschlossen, bzw. schließen automatisch bei Einsatz von mechanischen Überdruckventilen.
  • Das gefilterte Drucksignal, das nun den reinen Abgasgegendruck repräsentiert, aber eben noch nicht zylinderbankselektiv, wird einem Block B2 zugeführt, der dazu ausgebildet ist, eine Phasensynchronisation durchzuführen. Als Phasensynchronisation ist in diesem Zusammenhang die Identifizierung und Zuordnung der einzelnen Pulse des gefilterten Drucksignals zu den einzelnen Zylindern Z1–Z6 zu verstehen. Da bekannt ist, welcher Zylinder Z1–Z6 zu welcher Zylinderbank ZB1, ZB2 gehört, erfolgt somit eine Zuordnung der jeweiligen Druckpulse zu den einzelnen Zylinderbänken ZB1, ZB2. Der Block B2 kann deshalb auch als Zuordnungseinheit bezeichnet werden.
  • Die Zuordnung erfolgt in Korrelation der Drehzahl N der Brennkraftmaschine 10 und des Signals des Kurbelwellenwinkelsensors 43, welches repräsentativ ist für den Verlauf des Kurbelwellenwinkels KW der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 10. Bevorzugt ist ein Geberrad mit Zähnen und einer Lücke, z. B. ein sogenanntes 60-2 Geberrad, auf der Kurbelwelle oder auf ein mit dieser verbundenen Welle angeordnet und dem Kurbelwellenwinkelsensor 43 zugeordnet. Das Signal des Kurbelwellenwinkelsensors 43 wird über einen jeweiligen Arbeitszyklus erfasst, der bei einer Viertaktbrennkraftmaschine 720° Kurbelwellenwinkel umfasst und jeweiligen Segmentbereichen SEG_NR zugeordnet, die wiederum jeweils einem Zylinder Z1–Z6 zugordnet sind. Der Kurbelwellenwinkelsensors 43 liefert somit die Information, welcher Druckpuls von welchem Zylinder Z1–Z6 stammt und damit die Zylinderbankzugehörigkeit.
  • In Abhängigkeit von dem Segmentbereich SEG_NR, innerhalb dessen der Druckpuls auftritt, wird dieser mit Hilfe eines von dem Block B2 mittels eines Signals TRIG gesteuerten, in einem Block B3 enthaltenen Umschalters entweder der Zylinderbank ZB1 oder der Zylinderbank ZB2 zugeordnet. Ausgangsseitig ist der Block B3 mit einem Block B4 verbunden, der zwei bankspezifische Integratoren B41, B42 enthält. Je nach der Schaltstellung des Umschalters in Block B3 werden die einzelnen Druckpulse entweder dem Integrator B41 der ersten Zylinderbank ZB1 oder dem Integrator B42 der zweiten Zylinderbank ZB2 zugeführt, welche jeweils die Druckpulse aufsummieren. Nach Ende der Sekundärlufteinblasung werden die von den Integratoren B41, B42 aufsummierten Werte SUM_ZB1 und SUM_ZB2 in einem Block 5 getrennt mit vorgegebenen Schwellenwerten SW_ZB1, SW_BZ2 verglichen. Diese Schwellenwerte SW_ZB1, SW_BZ2 sind beispielsweise abhängig von der während der Sekundärlufteinblasung aufsummierten Zylinderfüllung MAF und der Kühlmitteltemperatur TCO in einem Kennfeld des Wertespeichers 33 der Steuerungseinrichtung 30 abgelegt.
  • Weisen die beiden bankspezifischen Teil-Sekundärluftleitungen 24, 25 identische Längen und Querschnitte auf, so reicht es aus, die individuell aufsummierten Werte SUM_BZ1, SUM_BZ2 mit einem, für beide Werte SUM_BZ1, SUM_BZ2 gültigen Schwellenwert SW_ZB1 = SW_ZB2 zu vergleichen, wie es in dem Diagramm nach 6 dargestellt ist.
  • Aus der 6 ist ersichtlich, dass der aufsummierte Wert SUM_BZ2 der Zylinderbank ZB2 deutlich unterhalb des Schwellenwertes SW_ZB1 = SW_ZB2 bleibt und somit ein Fehler des Sekundärluftventils SLV2 (nicht oder nicht vollständig geöffnet) und/oder eine Undichtigkeit oder Blockade in der Teil-Sekundärluftleitung 25 vorliegt, während das Sekundärluftventil SLV1 und die Teil-Sekundärluftleitung 24 der ersten Zylinderbank ZB1 als fehlerfrei eingestuft werden.
  • Durch Auswertung des Drucksignals p des Drucksensors 23 können neben einer Leckage oder Blockade in den Teil-Sekundärluftleitungen 24, 25 oder nicht bzw. nur teilweise geöffnete Sekundärluftventile SLV1, SLV2 auch im Offenzustand ”hängende” (klemmende) Sekundärluftventile SLV1, SLV2 erkannt werden, wie anhand der 79 nun näher erläutert wird. Die 7 zeigt in Form eines Blockschaltbildes eine Funktion FKT_SL_DIAG2 zum Bestimmen im ”Offenzustand hängende” Sekundärluftventile SLV1, SLV2 des Sekundärluftsystems 20. Unter dem Begriff ”Offenzustand hängend” bzw. ”Offenzustand klemmend” ist in diesem Zusammenhang zu verstehen, dass trotz einer Ansteuerung der elektrischen Sekundärluftventile, bzw. bei Verwendung von mechanischen Rückschlagventile trotz Druckabfall unter den Öffnungsdruck diese nicht ihre Schließstellung einnehmen, sondern zumindest einen Teil des Querschnittes der Sekundärluftleitungen 24, 25 freibleibt.
  • Die Funktion FKT_SL_DIAG2 zum Bestimmen im ”Offenzustand hängende” Sekundärluftventile SLV1, SLV2 wird ausgeführt, nachdem die Funktion FKT_SL zum Betreiben des Sekundärluftsystems 20 beendet ist, also nach der Sekundärlufteinblasung zum Zwecke der Aufheizung der Abgaskatalysatoren 14, 16. Die Sekundärluftpumpe 21 wird ausgeschaltet und die beiden Sekundärluftventile SLV1, SLV2 geschlossen. Bei einem ordnungsgemäß schließenden Sekundärluftventil SLV1, SLV2 dürften keine Druckpulsationen auftreten.
  • Das Signal p des Drucksensors 23 wird, wie bereits anhand der Beschreibung der 4 erwähnt, äquidistant abgetastet und einem Block B6 zugeführt, der eine Subtrahierstelle umfasst. Da die Sekundärluftpumpe 21 ausgeschaltet ist, können von dieser auch keine Pulsationen das Drucksignal p stören, so dass auf eine Filterung des Drucksignals p hier verzichtet werden kann. Dem Block B6 wird ferner der von dem Umgebungsluftdrucksensor 41 erfasste Umgebungsdruck (Atmosphärendruck) p_AMB zugeführt und aus diesen beiden Werten wird jeweils die Differenz gebildet. Der Wert für die Druckdifferenz wird einem Block B2' zugeführt, dessen Funktion der Funktion des Blockes B2 in 4 entspricht. Es erfolgt also eine Phasensynchronisation, wie sie bereits anhand der 4 beschrieben wurde. In Abhängigkeit von dem Segmentbereich SEG_NR, innerhalb dessen der Druckpuls auftritt, werden die Werte für die Druckdifferenz mit Hilfe eines von dem Block B2' mittels eines Signals TRIG gesteuerten, in einem Block B3' enthaltenen Umschalters entweder der Zylinderbank ZB1 oder der Zylinderbank ZB2 zugeordnet. Ausgangsseitig ist der Block B3' mit einem Block B4' verbunden, der zwei bankspezifische Integratoren B41', B42' enthält. Je nach der Schaltstellung des Umschalters in Block B3' werden die einzelnen Werte für die Druckdifferenz entweder dem Integrator B41' der ersten Zylinderbank ZB1 oder dem Integrator B42' der zweiten Zylinderbank ZB2 zugeführt, welche jeweils die Werte für die Druckdifferenz aufsummieren. Nach Ende der Diagnosezeit werden die von den Integratoren B41', B42' aufsummierten Werte SUM'_ZB1 und SUM'_ZB2 in einem Block B7 getrennt untersucht, ob die jeweiligen Summen SUM'_ZB1, SUM'_ZB2 ungleich Null sind. Ist dies der Fall, wird in einem nachfolgenden Fehler-Erkennungs-Block B5' das jeweilige Sekundärluftventil, SLV1, SLV2 als ”offen hängend” erkannt.
  • In 8 ist der zeitliche Verlauf des Druckes p für den Fall gezeigt, dass das der ersten Zylinderbank ZB1 zugeordnete Sekundärluftventil SLV1 nach dem Deaktivieren der Sekundärluftsystems 20 nicht ordnungsgemäß geschlossen hat. Es treten Druckschwingungen in positiver und negativer Richtung um den Wert des Umgebungsdruckes p_AMB auf. Die aufgrund der Verbrennungsvorgänge in den Brennräumen der Zylinder Z1–Z6 herrührenden Druckschwankungen gelangen durch das offene Sekundärluftventil SLV1 an den Drucksensor 23.
  • Die 9 zeigt den zeitlichen Verlauf der beiden aufsummierten Differenzwerte SUM'_ZB1, SUM'_ZB2. Wie oben bereits erwähnt, ist der aufsummierte Differenzwert SUM'_ZB1 ungleich Null und damit liegt ein Defekt des in der Teil-Sekundärluftleitung 24 liegenden Sekundärluftventiles SLV1 der Zylinderbank ZB1 vor, während der aufsummierten Differenzwert SUM'_ZB2 gleich Null ist, woraus auf ein ordnungsgemäß schließendes Sekundärluftventil SLV2 in der Teil-Sekundärluftleitung 25 der zweiten Zylinderbank ZB2 erkannt wird.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Brennkraftmaschine
    11
    Primärluftsystem
    12
    Abgaskanal der ersten Zylinderbank
    13
    Abgaskanal der zweiten Zylinderbank
    14, 16
    Abgaskatalysator
    15, 17
    Abgassensor; Lambdasonde
    20
    Sekundärluftsystem
    21
    Verdichtungsmittel, Sekundärluftpumpe
    22
    gemeinsame Sekundärluftleitung
    23
    Drucksensor
    24, 25
    bankselektive Teil-Sekundärluftleitungen
    26
    Verzweigungsstelle
    30
    elektronische Steuerungseinrichtung, ECU
    31
    Recheneinheit (Prozessor)
    32
    Programmspeicher
    33
    Wertespeicher (Datenspeicher)
    34
    Fehlerspeicher
    40
    Fehleranzeigevorrichtung
    41
    Umgebungsluftdrucksensor
    42
    Drehzahlsensor
    43
    Kurbelwellenwinkelsensor
    44
    Kühlmitteltemperatursensor
    45
    Luftmassenmesser
    46
    Batterie
    B1
    Filter-Block
    B11
    Bandpassfilter
    B2, B2'
    Phasensynchronisations-Block
    B3, B3'
    Umschalt-Block
    B4, B4'
    Integrator-Block
    B41, B42
    bankspezifische Integratoren
    B41', B42'
    bankspezifische Integratoren
    B5, B5'
    Fehlererkennungs-Block
    B6
    Subtrahier-Block
    B7
    Vergleichs-Block
    FKT_SL
    Funktion zum Betreiben des Sekundärluftsystems
    FKT_SL_DIAG1
    erste Funktion zur Diagnose des Sekundärluftsystems
    FKT_SL_DIAG2
    zweite Funktion zur Diagnose des Sekundärluftsystems
    KW
    Kurbelwellenwinkel
    MAF
    Zylinderfüllung
    N
    Drehzahl
    p
    Abgasgegendruck
    p_AMB
    Umgebungsluftdruck
    SLV1
    Sekundärluftventil der ersten Zylinderbank ZB1
    SLV2
    Sekundärluftventil der zweiten Zylinderbank ZB2
    TCO
    Kühlmitteltemperatur
    TRIG
    Auslöser, Trigger
    t
    Zeit
    Δt
    Zeitverzug
    t0–t3
    Zeitpunkte
    VB
    Batteriespannung
    ZA
    Zündabstand
    Z1–Z6
    Zylinder
    ZB1
    erste Zylinderbank
    ZB2
    zweite Zylinderbank
    SUM_ZB1, SUM_ZB2
    aufsummierte Druckpulse
    SUM'_ZB1, SUM'_ZB2
    aufsummierte Druckdifferenzwerte
    SEG_NR
    Segmentbereich
    SW_ZB1, SW_ZB2
    Schwellenwert

Claims (6)

  1. Verfahren zum Überwachen des Sekundärluftsystems (20) einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine (10), mit dem Sekundärluft in das Abgas der Brennkraftmaschine (10) eingebracht wird, wobei – die einzelnen Zylinder (Z1–Z6) der Brennkraftmaschine (10) in mindestens zwei Zylinderbänke (ZB1, ZB2) aufgeteilt sind und jeder Zylinderbank (ZB1, ZB2) ein separater Abgaskanal (12, 13) zugeordnet ist, – Sekundärluft mit Hilfe eines Verdichtungsmittels (21) über eine, beiden Zylinderbänken (ZB1, ZB2) gemeinsame Sekundärluftleitung (22) gefördert wird, welche sich stromabwärts des Verdichtungsmittels (21) an einer Verzweigungsstelle (26) in eine der Anzahl der Abgaskanäle (12, 13) entsprechende Anzahl von individuellen Teil-Sekundärluftleitungen (24, 25) aufteilt, – der Fluss des Sekundärluftmassenstromes mit Hilfe von in den individuellen Teil-Sekundärluftleitungen (24, 25) angeordneten Durchflusssteuermittel (SLV1, SLV2) gleichzeitig freigegeben oder unterbunden wird, – Werte für den Druck (p) mittels eines, stromabwärts des Verdichtungsmittels (21) und stromaufwärts der Verzweigungsstelle (26) angeordneten Drucksensors (23) erfasst werden, – Druckpulsationen des Druckes (p) bei abgeschaltetem Verdichtungsmittel (21) und in den Geschlossenzustand versetzten Durchflusssteuermittel (SLV1, SLV2) zylinderbankspezifisch erfasst werden, – Werte für den Umgebungsdruck (p_AMB) erfasst werden, – zylinderbankspezifisch die Druckdifferenzen zwischen den einzelnen Pulsen des Druckes (p) und den Werten für den Umgebungsdruck (p_AMB) gebildet werden, – die zylinderbankspezifischen Druckdifferenzen aufsummiert werden und für die jeweiligen Summen (SUM'_ZB1, SUM'_ZB2) geprüft wird, ob diese ungleich Null sind und – falls diese Summen (SUM'_ZB1, SUM'_ZB2) von Null verschieden sind, auf ein offen klemmendes Sekundärluftventil (SLV1. SLV2) erkannt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflusssteuermittel (SLV1, SLV2) als elektrisch ansteuerbare Ventile ausgebildet sind, welche im stromlosen Zustand geschlossen sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchflusssteuermittel (SLV1, SLV2) als mechanische Rückschlagventile ausgebildet sind.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei erkannter Fehlfunktion einer Komponente des Sekundärluftsystems 820) ein zylinderbankspezifischer Eintrag in einen Fehlerspeicher (34) einer die Brennkraftmaschine (10) steuernden und/oder regelnden Steuerungseinrichtung (30) erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdichtungsmittel (SLP) eine elektrisch angetriebene Sekundärluftpumpe dient.
  6. Vorrichtung zum Überwachen des Sekundärluftsystems (20) einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine (10), mit dem Sekundärluft in das Abgas der Brennkraftmaschine (10) eingebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass das Verfahren nach einem der Ansprüche 1–5 ausführbar ist.
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