DE102018201683A1

DE102018201683A1 - Verfahren zur Bestimmung einer Leckage in einer Ansaugluftführung eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102018201683A1
Application number: DE102018201683.6A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Grasreiner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-02-05
Filing date: 2018-02-05
Publication date: 2019-08-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Leckage in einer Ansaugluftführung eines Verbrennungsmotors mit zumindest einer Brennkammer, wobei die Ansaugluftführung in zumindest zwei Abschnitte, umfassend einen Abschnitt (A1, A2) vor einer Drosselklappe (12) und einen Abschnitt (A3) nach der Drosselklappe (12), aufgeteilt ist. Im Rahmen eines Motortests wird eine Saugrohrdruckvariation mit einem ersten Stationärzustand (SZ1), in dem in der Ansaugluftführung ein erster Saugrohrdruck eingestellt wird, und einem zweiten Stationärzustand (SZ2), in dem in der Ansaugluftführung ein zweiter Saugrohrdruck eingestellt wird, durchgeführt. Für die unterschiedlichen Saugrohrdrücke wird in dem ersten und dem zweiten Stationärzustand (SZ1, SZ2) gemäß einer vorgegebenen Berechnungsvorschrift, welche den Lambda-Istwert (λ), den Wert (LA) einer Lambdaadaption und den Wert (LR) eines Lambdareglers verarbeitet, ein Bewertungsfaktor (LIM) ermittelt. Aus einem Ergebnis eines Vergleichs des ermittelten Werts des Bewertungsfaktors (LIM) mit einem vorab bestimmten Schwellwert (SW1, SW2) wird auf eine Leckage in der Ansaugluftführung geschlossen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Leckage in einer Ansaugluftführung eines Verbrennungsmotors mit zumindest einer Brennkammer. Die Ansaugluftführung ist in zumindest zwei Abschnitte, umfassend einen Abschnitt vor einer Drosselklappe und einen Abschnitt nach der Drosselklappe, aufgeteilt.
Eine Undichtigkeit in der Ansaugluftführung eines Verbrennungsmotors kann zu Mängeln im Fahrverhalten des Fahrzeugs und zu diversen Fehlerspeichereinträgen führen, welche emissionsrelevant sind. Eine Überprüfung emissionsrelevanter Funktionen ist gesetzlich gefordert und eine Undichtigkeit der Ansaugluftführung, die zu einer Veränderung des Luftmassen-Kraftstoffgemisch-Verhältnisses von einem vorgegebenen Sollwert führt, unbedingt zu vermeiden.
Eine Undichtigkeit in der Ansaugluftführung kann z.B. bei der Montage des Fahrzeugs entstehen, da die Ansaugluftführung aus einer Mehrzahl unterschiedlicher, komplex geformter Bauteile zusammengesetzt ist, welche individuell für jeden Fahrzeugtyp sind. Fahrzeuge mit undichter Ansaugluftführung führen dann bereits nach geringer Laufleistung beim Kunden für Probleme, die im Rahmen eines Werkstattaufenthalts behoben werden müssen.
Das Auffinden von Undichtigkeiten, sowohl bei der Montage eines neuen Fahrzeugs als auch in der Werkstatt, ist schwierig und mit einem hohen Aufwand verbunden. Werden Undichtigkeiten nicht aufgefunden oder an falschen Stellen vermeintlich lokalisiert, erfolgt eine Reparatur nicht ordnungsgemäß, so dass die oben beschriebenen Probleme weiterhin auftreten können. Dies kann zu inakzeptabel hohen Gewährleistungskosten führen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, das bzw. die die Bestimmung einer Leckage in einer Ansaugluftführung eines Verbrennungsmotors auf einfache und robuste Weise ermöglichen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 und eine Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 16. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
Es wird ein Verfahren zur Bestimmung einer Leckage in einer Ansaugluftführung eines Verbrennungsmotors mit zumindest einer Brennkammer vorgeschlagen. Die Ansaugluftführung ist in zumindest zwei Abschnitte, umfassend einen Abschnitt vor einer Drosselklapp und einen Abschnitt nach der Drosselklappe, aufgeteilt. Umfasst die Ansaugluftführung einen Verdichter, z.B. einen Turbolader, ist die Ansaugluftführung in zumindest drei Abschnitte aufgeteilt, nämlich einen ersten Abschnitt zwischen dem (Luftmassen-)Sensor und dem Verdichter, einen zweiten Abschnitt stromabwärts zwischen dem Verdichter und der Drosselklappe und einem dritten Abschnitt nach der Drosselklappe.
Bei dem Verfahren wird im Rahmen eines Motortests eine Saugrohrdruckvariation mit einem ersten Stationärzustand, in dem in der Ansaugluftführung ein erster Saugrohrdruck eingestellt wird, und einem zweiten Stationärzustand, in dem in der Ansaugluftführung ein zweiter Saugrohrdruck eingestellt wird, durchgeführt. Der Motortest kann im Rahmen der Herstellung des Fahrzeugs oder in einer Werkstatt durchgeführt werden. Der erste und der zweite Stationärzustand sind vorgegebene Zeitintervalle innerhalb der Gesamtdauer des Motortests. Der erste und der zweite Stationärzustand können Zeitintervalle in gleicher Länge umfassen. Der erste und der zweite Stationärzustand können Zeitintervalle unterschiedliche Länge umfassen. Die Länge der Zeitintervalle beträgt insbesondere zwischen 30 Sekunden und 2 Minuten.
In einem nächsten Schritt wird für die unterschiedlichen Saugrohrdrücke in dem ersten und dem zweiten Stationärzustand gemäß einer vorgegebenen Berechnungsvorschrift ein Bewertungsfaktor ermittelt. Die Berechnungsvorschrift verarbeitet den Lambda-Istwert, den Wert eines Lambdareglers und den Wert einer Lambdaadaption.
Der Lambda-Istwert wird ermittelt durch Lambda-Sonden des Verbrennungsmotors, welche in einem Katalysator verbaut sind und den Restsauerstoffgehalt im Abgas prüfen. Mit dem Wert des Restsauerstoffgehalts der Abgase kann eine Motorsteuerung feststellen, ob das Verbrennungsluftverhältnis im Verbrennungsmotor korrekt eingestellt ist und ob gesetzliche Abgasgrenzen eingehalten werden können. Ein stöchiometrisches Gemisch wird mit einem Lambda-Istwert von 1 (Ä = 1) beschrieben und entsteht bei einem Massenanteil Kraftstoff auf etwa 14,7 Massenanteile Luft (üblicher Normalkraftstoff) bei der Verbrennung.
Der Lambdaregler ist eine berechnete Größe der Motorsteuerung, welche dafür sorgt, dass der Lambda-Istwert immer einem vorgegebenen Lambda-Sollwert entspricht und eine stöchiometrische Verbrennung stattfindet. Falls ein zu mageres Kraftstoff-Luft-Gemisch vorhanden ist, wird der Lambdaregler die Kraftstoffmenge vergrößern, die der Verbrennung zugeführt wird. Bei einem zu fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch wird demgegenüber die der Verbrennung zugeführte Kraftstoffmenge reduziert.
Die Lambdaadaption ist eine angelernte Größe der Motorsteuerung, welche eine dauerhafte Regelabweichung des Lambdareglers widerspiegelt. Mit anderen Worten stellt die Lambdaadaption ein Tiefpass-gefiltertes Signal des Signals des Lambdareglers dar und ermöglicht schnellere Regelvorgänge.
Gemäß einem weiteren Schritt wird aus einem Ergebnis eines Vergleichs des ermittelten Werts des Bewertungsfaktors mit einem vorab bestimmten Schwellwert auf eine Leckage in der Ansaugluftführung geschlossen.
Da im zweiten Stationärzustand ein erhöhter Unterdruck in der Ansaugluftführung vorliegt, wird der Lambdaregler bei einer Undichtigkeit in der Ansaugluftführung einen Sprung ausführen und seinen Wert erhöhen, da mehr unregistrierte Falschluft in die Ansaugluftführung gelangt. Ohne Leckage bleibt der Sprung des Werts des Lambdareglers aus, da keine Falschluft in die Ansaugluftführung des Verbrennungsmotors gelangt.
Der Bewertungsfaktor ist oder ermöglicht eine Aussage darüber, ob der Verbrennungsmotor bei einem Unterdruck in der Ansaugluftführung zusätzliche Falschluft in diese führt, welche durch eine Undichtigkeit in der Ansaugluftführung in diese eintreten kann. Durch den Vergleich des ermittelten Werts des Bewertungsfaktors mit einem vorab bestimmten Schwellwert, der ermittelt werden kann durch Versuche mit solchen Fahrzeugen, welche eine Leckage in der Ansaugluftführung aufweisen, und solchen Fahrzeugen, welche keine Leckage in der Ansaugluftführung aufweisen, kann dann mit hoher Zuverlässigkeit eine Aussage über das Vorliegen einer Leckage in der Ansaugluftführung getroffen werden.
Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht eine zielgerichtete, schnelle und einfache Diagnose, ob eine Leckage in der Ansaugluftführung des Verbrennungsmotors eines Fahrzeugs vorliegt oder nicht. Die Diagnose ist automatisiert durchführbar, so dass ein schneller und robuster Reparaturablauf in einer Werkstatt ermöglicht wird. Aufgrund der geringen Zeit zur Durchführung des Verfahrens ist dieses sowohl in existierenden Prozessen während der Herstellung des Fahrzeugs als auch im stationären Betrieb in einer Werkstatt einsetzbar.
Die bei dem Verfahren bestimmten und ausgewerteten Informationen fallen beim Betrieb des Verbrennungsmotors an und werden durch eine Motorsteuerung (Electronic Control Unit) verarbeitet. Zur Durchführung des Verfahrens müssen diese Messwerte lediglich aus der Motorsteuerung ausgelesen und, z.B. durch eine Recheneinheit, in der hier vorgeschlagenen Weise verarbeitet werden. Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, dass der Leckageort für die Nacharbeit grob kategorisiert werden kann. Insbesondere kann mit hoher Sicherheit festgestellt werden, ob in dem Abschnitt nach der Drosselklappe eine Undichtigkeit vorliegt oder nicht. Das Verfahren ermöglicht es damit, die Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Reparatur zu erhöhen.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung wird in dem ersten Stationärzustand, ausgehend von einer Referenz-Saugrohrdruckdifferenz im Leerlauf des Motors, eine gegenüber der Referenz-Saugrohrdruckdifferenz kleinere Saugrohrdruckdifferenz herbeigeführt, und in dem zweiten Stationärzustand eine gegenüber der Referenz-Saugrohrdruckdifferenz größere Saugrohrdruckdifferenz herbeigeführt. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass während des ersten Stationärzustands in der Ansaugluftführung ein Saugrohrdruck vorherrscht, welcher absolut betrachtet größer als ist der Saugrohrdruck in dem zweiten Stationärzustand.
Die Referenz-Saugrohrdruckdifferenz ist die Druckdifferenz zwischen dem Umgebungsdruck und dem im Saugrohr (Teil der Ansaugluftführung) vorherrschenden Luftdruck beim Betrieb des Motors, insbesondere im Leerlauf. In dem ersten Stationärzustand kann der Saugrohrdruck in etwa auf Umgebungsdruck in der Ansaugluftführung gebracht werden. In dem zweiten Stationärzustand herrscht demgegenüber ein erhöhter Unterdruck in der Ansaugluftführung. Es ist dabei zweckmäßig, wenn während der Saugrohrdruckvariation der Lastpunkt des Motors (Drehzahl, Moment) annähernd gleich gehalten wird. Es ist zweckmäßig, wenn die Differenz zwischen dem im Leerlauf des Motors herrschenden Saugrohrdruck und dem Saugrohrdruck im ersten Stationärzustand sowie die Differenz zwischen dem im Leerlauf herrschenden Saugrohrdruck und dem Saugrohrdruck im zweiten Stationärzustand in etwa gleich groß ist. Abhängig vom Motor können die Differenzen auch unterschiedliche Werte annehmen, wenn dies für aussagefähige Messergebnisse zweckmäßig ist.
Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn der erste Stationärzustand zeitlich vor dem zweiten Stationärzustand liegt. Abhängig vom Motor kann die Reihenfolge jedoch auch vertauscht sein.
Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn die Saugrohrdruckvariation in dem Abschnitt nach der Drosselklappe durchgeführt wird. Dies kann in dem ersten Stationärzustand beispielsweise dadurch erfolgen, dass bei offener Drosselklappe der Hub des Einlassventils der zumindest einen Brennkammer des Verbrennungsmotors gegenüber einem herkömmlichen Betrieb verringert wird. Dies erlaubt es, in dem Abschnitt nach der Drosselklappe den Druck an Umgebungsdruck anzunähern, da durch den Betrieb des Verbrennungsmotors weniger Luft in die Brennkammer gesaugt wird. Während des zweiten Stationärzustands, bei dem der Hub des Einlassventils der zumindest einen Brennkammer größer ist als während des ersten Stationärzustands, kann eine Androsselung der Drosselklappe erfolgen, wodurch eine Absenkung des Saugrohrdrucks in dem Abschnitt nach der Drosselklappe ermöglicht wird.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass die Berechnungsvorschrift eine Veränderung des Werts eines Lambdareglers und des Werts einer Lambdaadaption zwischen dem ersten und dem zweiten Stationärzustand umfasst. Die Veränderung des Werts des Lambdareglers und des Werts der Lambdaadaption ergibt sich durch die während des ersten und des zweiten Stationärzustands in Abhängigkeit einer Leckage auftretenden Veränderungen des Lambdareglers bzw. der Lambdaadaption.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass in der vorgegebenen Berechnungsvorschrift der Mittelwert des Lambda-Istwerts während eines durch die Saugrohrdruckvariation herbeigeführten Saugrohrdrucks verarbeitet wird. Insbesondere wird der Mittelwert des Lambda-Istwerts in dem ersten Stationärzustand in der vorgegebenen Berechnungsvorschrift verarbeitet.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, dass in der vorgegebenen Berechnungsvorschrift jeweilige Mittelwerte der Werte des Lambdareglers und der Werte der Lambdaadaption in dem ersten Stationärzustand und in dem zweiten Stationärzustand verarbeitet werden. Um tatsächlich die Mittelwerte des Lambdareglers und der Lambdaadaption in dem ersten bzw. zweiten Stationärzustand feststellen zu können, ist es zweckmäßig, die Mittelwerte aus den zeitabhängigen Messwerten in einem jeweiligen Mittelungszeitraum des ersten und zweiten Stationärzustands zu erheben, die auf einen zeitlich jeweils vorhergehenden Stabilisierungszeitraum folgen. Hierdurch ist sichergestellt, dass aufgrund der ausreichend langen Zeitintervalle des ersten und des zweiten Stationärzustands ein eingeschwungener Wert des Lambdareglers bzw. des Werts der Lambdaadaption vorliegt.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung werden in der vorgegebenen Berechnungsvorschrift jeweilige Differenzwerte des Werts des Lambdareglers und des Werts der Lambdaadaption zwischen den zugeordneten Mittelwerten im ersten Stationärzustand und im zweiten Stationärzustand verarbeitet. Die Differenzwerte des Werts des Lambdareglers und des Werts der Lambdaadaption zwischen den zugeordneten Mittelwerten im ersten Stationärzustand und im zweiten Stationärzustand sind abhängig von der Größe der Leckage. Die Berücksichtigung dieser Veränderung der Werte des Lambdareglers und der Lambdaadaption ermöglicht eine signifikante Änderung des Bewertungsfaktors im Falle einer Leckage in der Ansaugluftführung des Verbrennungsmotors. Da in dem zweiten Stationärzustand ein erhöhter Unterdruck im Saugrohrvorliegt, führt der Lambdaregler bei einer Undichtigkeit einen Sprung aus und erhöht seinen Wert, da mehr unregistrierte Falschluft in die Ansaugluftführung gelangt. Demgegenüber bleibt der Sprung des Lambdareglers ohne Leckage in der Ansaugluftführung aus, da keine Falschluft in die Ansaugluftführung gelangt.
Der Bewertungsfaktor wird gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung nach folgender Formel berechnet $LIM = λ_{SZ 1} * ({LR}_{SZ1} + {LA}_{SZ1}) * (Δ LR + Δ LA + 1),$
wobei λ_SZ1 der Mittelwert des Lambda-Istwerts im ersten Stationärzustand (Maß für Gemischqualität), LR_SZ1 der Mittelwert des Werts (LR) des Lambdareglers im ersten Stationärzustand (Maß für kurzfristige Gemischveränderung), LA_SZ1 der Mittelwert des Werts (LA) der Lambdaadaption im ersten Stationärzustand (Maß für langfristige Gemischveränderung), ΔLR der Betrag der Differenz der Mittelwerte der Werte des Lambdareglers zwischen dem ersten und dem zweiten Stationärzustand, und ΔLA der Betrag der Differenz der Mittelwerte der Werte der Lambdaadaption zwischen dem ersten und dem zweiten Stationärzustand sind.
Anhand dieser Formel wird deutlich, dass insbesondere der Betrag der Differenz der Mittelwerte des Lambdareglers bzw. der Lambdaadaption wesentlichen Einfluss auf die Höhe des Werts des Bewertungsfaktors LIM haben.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung wird beim Überschreiten eines ersten Schwellwerts auf eine vermutete Leckage in der Ansaugluftführung, insbesondere dem Abschnitt nach der Drosselklappe, geschlossen und beim Überschreiten eines zweiten, im Vergleich zu dem ersten Schwellwert höheren, Schwellwerts auf eine sicher detektierte Leckage in der Ansaugluftführung, insbesondere in dem Abschnitt nach der Drosselklappe, geschlossen. Durch das Vorsehen zweier Schwellwerte kann eine Unterscheidung zwischen einer vermuteten und einer sicher vorhandenen Leckage vorgenommen werden.
Es ist weiterhin zweckmäßig, wenn in die Entscheidung, ob eine Leckage in der Ansaugluftführung vorliegt, eine Differenz der angesaugten gemessenen oder modellierten Luftmasse in dem zweiten Stationärzustand zu dem ersten Stationärzustand verarbeitet wird, und aus einem Ergebnis eines Vergleichs des ermittelten Differenzwerts der Luftmasse mit einem vorab bestimmten Schwellwert auf eine Leckage in der Ansaugluftführung geschlossen wird. Die in die Ansaugluftführung einströmende Luftmasse kann mit Hilfe eines oder mehrerer Heißfilmsensoren ermittelt werden. Bei einer Undichtigkeit in der Ansaugluftführung wird die angesaugte Luftmasse im zweiten Stationärzustand niedriger sein als im ersten Stationärzustand, da im zweiten Stationärzustand schon durch die erhöhte Falschluft in der Ansaugluftführung genügend Luft für die Verbrennung vorhanden ist und die Drosselklappe den Öffnungswinkel verkleinert. Eine kleine Differenz der angesaugten Luftmasse in dem ersten Stationärzustand zu dem zweiten Stationärzustand deutet darauf hin, dass keine Leckage in der Ansaugluftführung vorliegt.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung ist es zweckmäßig, wenn die vorab bestimmten Schwellwerte in Abhängigkeit eines Sauerstoffanteils in Kraftstoff festgelegt werden. Dieser Ausgestaltung liegt die Überlegung zugrunde, dass abhängig von dem prozentualen Anteil des Ethanolgehalts im Kraftstoff umso weniger Frischluft der Verbrennung zugeführt werden muss, je höher der Ethanolgehalt ist.
Es wird ferner ein System zur Bestimmung einer Leckage in einer Ansaugluftführung eines Verbrennungsmotors mit zumindest einer Brennkammer vorgeschlagen. Die Ansaugluftführung ist in zumindest zwei Abschnitte, umfassend einen Abschnitt vor einer Drosselklappe und einen Abschnitt nach der Drosselklappe aufgeteilt. Das System ist dazu ausgebildet, im Rahmen eines Motortests eine Saugrohrdruckvariation mit einem ersten Stationärzustand, in welchem in der Ansaugluftführung ein erster Saugrohrdruck eingestellt wird, und einem zweiten Stationärzustand, in welchem in der Ansaugluftführung ein zweiter Saugrohrdruck eingestellt wird, durchzuführen. Das System ist weiter dazu ausgebildet, für die unterschiedlichen Saugrohrdrücke in dem ersten und dem zweiten Stationärzustand gemäß einer vorgegebenen Berechnungsvorschrift, welche den Lambda-Istwert, den Wert einer Lambdaadaption und den Wert eines Lambdareglers verarbeitet, einen Bewertungsfaktor zu ermitteln. Schließlich ist das System dazu ausgebildet, aus einem Ergebnis eines Vergleichs des ermittelten Werts des Bewertungsfaktors mit einem vorab bestimmten Schwellwert auf eine Leckage in der Ansaugluftführung zu schließen.
Das erfindungsgemäße System weist die gleichen Vorteile auf, wie diese vorstehend in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben wurden.
Das System kann ferner weitere Mittel zur Durchführung des in dieser Beschreibung wiedergegebenen Verfahrens umfassen.
Die Erfindung schlägt ferner ein Computerprogrammprodukt vor, das direkt in den internen Speicher eines digitalen Computers geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte des hierin beschriebenen Verfahrens ausgeführt werden, wenn das Produkt auf einem Computer läuft. Das Computerprogrammprodukt kann beispielsweise auf einer CD-ROM, einer DVD, einem USB-Stick oder einem über ein Netzwerk ladbares Signal verkörpert sein.
Die Erfindung wird nachfolgend näher anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors, in dem die Ansaugluftführung illustriert ist;
2 ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf relevanter Messwerte zur Bestimmung einer Leckage in einer Ansaugluftführung eines Verbrennungsmotors zeigt, wenn keine Undichtigkeit vorliegt;
3 ein Diagramm, das den zeitlichen Verlauf relevanter Messwerte zur Bestimmung einer Leckage in einer Ansaugluftführung eines Verbrennungsmotors zeigt, wenn eine Undichtigkeit vorliegt;
4 einen Ablaufplan, der die wesentlichen Schritte zur Bestimmung einer Leckage in einer Ansaugluftführung eines Verbrennungsmotors zeigt; und
5 einen Ablaufplan, der die Schritte zur Bestimmung einer Leckage in einer Ansaugluftführung eines Verbrennungsmotors zeigt.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ansaugluftführung in einem Verbrennungsmotor, der beispielhaft vier Zylinder als Brennkammern aufweist. In 1 bezeichnen: 1 einen Ladeluftkühler, 2 ein Schubumluftventil, 3 einen Ansauggeräuschdämpfer (Filter), 4 einen Heißfilm-Luftmassenmesser (Sensor), der unmittelbar nach dem Ansauggeräuschdämpfer 4 die in den Verbrennungsmotor einströmende Luftmasse in kg/h erfasst, 5 einen Abgasturbolader, 6 ein Wastegate-Ventil, 7 eine Lambdasonde vor einem Katalysator 8, 8 den Katalysator, 9 eine Lambdasonde nach dem Katalysator 8, 10 eine digitale Motorelektronik (DME), 11 einen Saugrohrdrucksensor, der als Signal ein Maß für die Androsselung gibt, 12 eine Drosselklappe und 13 einen Ladelufttemperatur/-drucksensor. Die Ansaugluftführung des in 1 gezeigten Verbrennungsmotors umfasst dabei im Wesentlichen drei Abschnitte: ein erster Abschnitt A1 ist zwischen dem Heißfilm-Luftmassenmesser 4 bzw. Ansauggeräuschdämpfer (Filter) 3 und dem Verdichter 5 gebildet. Ein zweiter Abschnitt A2 ist zwischen dem Verdichter 5 und der Drosselklappe 12 gebildet. Ein dritter Abschnitt A3 ist zwischen der Drosselklappe 12 und einem jeweiligen Einlass der Brennkammer des Verbrennungsmotors gebildet. Weist der Verbrennungsmotor keinen Verdichter auf, so umfasst die Ansaugluftführung lediglich Abschnitte vor und nach der Drosselklappe 12.
Die aus diesen drei Abschnitten gebildete Ansaugluftführung stellt ein komplexes Gebilde aus verschiedenen Einzelteilen, diversen Steck-/Schlauchverbindungen und Dichtflächen dar, welche der Zuführung von gefilterter Frischluft zu den Brennkammern im Verbrennungsmotor dient. Bei einem wie in 1 dargestellten aufgeladenen Verbrennungsmotor ist die Ansaugluftführung einem weiten Druckbereich ausgesetzt. Dieser reicht von Umgebungsdruckbedingungen im ersten Abschnitt A1 (d.h. zwischen dem Heißfilm-Luftmassensensor 4/Ansauggeräuschdämpfer (Filter) 3 und dem Verdichter (Abgasturbolader) 5) zu Unterdruck im saugmotorischen Betrieb im dritten Abschnitt A3 hinter der Drosselklappe 12 oder einem Überdruck im aufgeladenen Betrieb stromabwärts des Verdichters (Abgasturbolader) 5. Eine unzureichende Montage der Ansaugluftführung riskiert eine potentielle Undichtigkeit.
Eine solche Leckage kann je nach Druckgefälle verschiedene Richtungen aufweisen. Sog. „Falschluft“ kann in die Ansaugluftführung eintreten und die Luftmasse in der Ansaugluftführung vermehren. Sog. „Leckluft“ kann aus der Ansaugluftführung austreten und die Luftmasse in der Ansaugluftführung verringern. Beide Massenflüsse generieren eine Abweichung von einem gewünschten Verbrennungsluftverhältnis mit entsprechenden negativen Auswirkungen. Insbesondere kann dies zu einem Fehlerspeichereintrag führen, der, sofern der Fehler nicht bei der Fertigung entdeckt wird, zu einem Aufleuchten einer Motorkontrollleuchte (MIL) im Kundenbetrieb führen kann.
Der komplexe Zusammenbau der Teile der Ansaugluftführung macht eine detaillierte Prüfung der Dichtigkeit im Rahmen der Herstellung des Fahrzeugs notwendig. Eine rein optische Begutachtung führt zumindest bei kleinen Leckagen auch mit einem sog. Lecksuchspray nicht immer zum Erfolg und ist zudem zeitaufwändig und fehleranfällig. Das nachfolgend beschriebene Verfahren ermöglicht eine automatische Prüfung der Luftführungsdichtigkeit der Ansaugluftführung, wobei diese einfach ist und eine hohe Robustheit aufweist. Das Ergebnis des Verfahrens ermöglicht eine Klassifizierung in „gut“ und „schlecht“ sowie eine Eingrenzung des Orts der Leckage in einem der Abschnitte A1, A2 oder A3.
Das Verfahren zur Bestimmung einer Leckage in der Ansaugluftführung des Verbrennungsmotors umfasst einen Motortest, bei dem der Verbrennungsmotor im Leerlauf betrieben wird (sog. Leerlauftest).
Mit der Steuerung der Luftmasse in einer Brennkammer wird die von einem Fahrer anhand der Gaspedalstellung angefragte erwünschte Leistung gesteuert. Der in die Ansaugluftführung einfließende Luftmassenstrom wird am Anfang der Ansaugluftführung (d.h. am Eingang des ersten Abschnitts A1) mit dem Heißfilm-Luftmassenmesser 4 erfasst.
Der Lambdawert λ gibt das Verhältnis von Luftmasse zu stöchiometrischem Luftaufwand während der Verbrennung überlagert für die entsprechenden Brennkammern wieder, indem er den Restsauerstoffgehalt im Abgas misst und mit dem der Umgebungsluft vergleicht. Der Ausgang des Lambdareglers, der ein abweichendes Gemischverhältnis ausregeln soll, wird mit LR bezeichnet. Der Wert des Reglers wird mit der Zeit in die sog. Lambdaadaption geschrieben, die als LA in der digitalen Motorelektronik zu finden ist. Die Verwendung dieser beiden Werte für die Leckageprüfung ergibt sich daraus, dass die Leckluft das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff verändert und diese Veränderung im Lambdawert und Lambdaregler kurzfristig und der Lambdaadaption langfristig sichtbar wird. Dieser Umstand wird beim Leerlauftest ausgenutzt, der z.B. in einer Werkstatt genutzt werden kann, da die Lambdaadaption (LA) bereits vorliegt. Bei diesem Werkstatttest sind genauere Aussagen für den saugmotorischen Betrieb möglich.
Das Grundprinzip zur Bestimmung einer Leckage in der Ansaugluftführung besteht darin, im Rahmen des Motortests eine Saugrohrdruckvariation in dem Abschnitt A3 nach der Drosselklappe 12 durchzuführen. Hierbei erfolgt eine Erfassung verschiedener Messgrößen in zwei Stationärzuständen, einem ersten Stationärzustand SZ1 und einem zweiten Stationärzustand SZ2, aus denen dann ein Bewertungsfaktor LIM ermittelt wird. Die während der Saugrohrdruckvariation und den beiden Stationärzuständen SZ1, SZ2 erfassten Messgrößen umfassen den Lambda-Istwert λ, den Wert LR des Lambdareglers und den Wert LA der Lambdaadaption. In den in 2 und 3 gezeigten Diagrammen sind die zeitlichen Verläufe des Lambda-Istwerts λ mit einer gestrichelten Linie, der Wert LR des Lambdareglers mit einer strichpunktierten Linie, der Wert LA der Lambdaadaption mit einer strichdoppeltpunktierten Linie dargestellt. Darüber hinaus ist der durch die Saugrohrdruckvariation erzeugte Saugrohrdruck PSR mit einer punktierten Linie dargestellt.
In den 2 und 3 umfasst der erste Stationärzustand SZ1 einen Zeitraum zwischen den Zeitpunkten t₃ und t₁ (d.h. T_SZ1 = t₃-t₁). Der erste Stationärzustand SZ1 beträgt lediglich beispielhaft etwa eine Minute. In dem ersten Stationärzustand SZ1 ist lediglich beispielhaft ein erster Saugrohrdruck p₁ ≈ 955 mbar eingestellt.
Der zweite Stationärzustand SZ2 folgt zeitlich auf den ersten Stationärzustand SZ1. Dies bedeutet, der zweite Stationärzustand SZ2 beginnt zum Zeitpunkt t₃ , wobei ein Ende des zweiten Stationärzustands SZ2 in den 2 und 3 nicht dargestellt ist. Die Zeitdauer des zweiten Stationärzustands SZ2 kann in etwa der Zeitdauer des ersten Stationärzustands SZ1 entsprechen. Während des zweiten Stationärzustands SZ2 wird in der Ansaugluftführung ein zweiter Saugrohrdruck von z.B. p₂ ≈ 860 mbar eingestellt, der geringer als der erste Saugrohrdruck p₁ während des ersten Stationärzustands SZ1 ist. Der Absolutwert des zweiten Saugrohrdrucks p₂ ergibt sich z.B. daraus, dass gegenüber dem ersten Stationärzustand SZ1 eine Differenz von z.B. 100mbar eingestellt wird.
Nicht dargestellt in den 2 und 3 ist ein Umgebungsdruck, der abhängig von den Umgebungsbedingungen und der Höhe, in welchem der Motortest durchgeführt wird, z.B. bei 970 mbar (oder etwas tiefer oder höher) liegt.
Vor dem Zeitpunkt t₁ , d.h. vor dem ersten Stationärzustand SZ1, befindet sich der Verbrennungsmotor im Leerlauf, wobei sich in der Ansaugluftführung z.B. ein Druck p₃ ≈ 870 mbar einstellt, welcher zwischen dem Druck p₁ während des ersten Stationärzustands SZ1 und dem zweiten Druck p₂ während des zweiten Stationärzustands SZ2 vorliegt. Aus den jeweiligen Saugrohrdrücken p₁ , p₂ und p₃ und dem Umgebungsdruck ergibt sich ein Saugrohrdruckdifferenzdruck, wobei die Differenz zwischen dem Umgebungsdruck und dem Druck p₃ im Leerlauf des Motors eine Referenz-Saugrohrdruckdifferenz darstellt. Im ersten Stationärzustand SZ1 ist somit eine gegenüber der Referenz-Saugrohrdruckdifferenz kleinere Saugrohrreferenz herbeigeführt, während in dem zweiten Stationärzustand SZ2 eine gegenüber der Referenz-Saugrohrdruckdifferenz größere Saugrohrdruckdifferenz vorliegt. Anders ausgedrückt, herrscht während des Stationärzustands SZ1 in etwa Umgebungsdruck in der Ansaugluftführung, während im Stationärzustand SZ2 ein erhöhter Unterdruck in der Ansaugluftführung vorliegt.
Der oben genannte Bewertungsfaktor LIM, der aus dem Lambda-Istwert λ, und den Veränderungen des Werts der Lambdaadaption LA und des Werts des Lambdareglers LR ermittelt wird, ermöglicht eine Aussage darüber, ob der Motor bei einem Unterdruck im Abschnitt A3 zusätzliche Falschluft in die Ansaugluftführung zieht.
Der Lambda-Istwert Ä wird ermittelt durch die Lambdasonden 7, 9, welche am Katalysator 8 verbaut sind und den Restsauerstoffgehalt im Abgas prüfen. Mit dem Wert des Restsauerstoffgehalts der Abgase kann die als Motorsteuerung dienende digitale Motorelektronik 10 überprüfen, ob die Verbrennung stöchiometrisch abgelaufen ist und ob gesetzliche Abgasgrenzen eingehalten werden können. Ein stöchiometrisches Gemisch wird mit Lambda-Istwert von 1 beschrieben und entsteht bei einem Massenanteil Kraftstoff auf etwa 14,7 Massenanteile Luft bei der Verbrennung (üblicher Standard-Kraftstoff).
Der Lambdaregler ist eine berechnete Größe in der Motorsteuerung, welche dafür sorgt, dass der Lambda-Istwert immer dem Lambda-Sollwert entspricht und eine stöchiometrische Verbrennung stattfindet. Falls ein zu mageres Luft-Kraftstoff-Gemisch vorhanden ist, vergrößert der Lambdaregler die Kraftstoffmenge, die der Verbrennung zugeführt wird. Ist ein zu fettes Luft-Kraftstoff-Gemisch vorhanden, wird die Kraftstoffmenge reduziert.
Die Lambdaadaption ist eine angelernte Größe der Motorsteuerung, welche die dauerhafte Regelabweichung des Lambdareglers widerspiegelt.
Die Ermittlung des Bewertungsfaktors LIM erfolgt gemäß der Formel $LIM = λ_{SZ 1} * ({LR}_{SZ1} + {LA}_{SZ1}) * (Δ LR + Δ LA + 1),$
wobei:

λ_SZ1 der Mittelwert des Lambda-Istwerts Ä im ersten Stationärzustand SZ1,
LR_SZ1 der Mittelwert des Werts LR des Lambdareglers im ersten Stationärzustand SZ1,
LA_SZ1 der Mittelwert des Werts LA der Lambdaadaption im ersten Stationärzustand SZ1, ΔLR der Betrag der Differenz der Mittelwerte der Werte LR_SZ1 , LR_SZ2 des Lambdareglers zwischen dem ersten und dem zweiten Stationärzustand SZ1, SZ2 (d.h. LR_SZ2 -LR_SZ1 ),
ΔLA der Betrag der Differenz der Mittelwerte der Werte LA_SZ1 , LA_SZ2 der Lambdaadaption zwischen dem ersten und dem zweiten Stationärzustand SZ1, SZ2 (d.h. LA_SZ2 -LA_SZ1 ) sind.

Mit dieser Formel wird der Mittelwert des Lambda-Istwerts λ_SZ1 bei dem Stationärzustand SZ1 (d.h. während des Absenkens der Saugrohrdruckdifferenz) mit der Summe der Mittelwerte LR_SZ1 , LA_SZ1 von Lambdaregler und Lambdaadaption in dem Stationärzustand SZ1 multipliziert. Die Mittelwerte LR_SZ1 , LA_SZ1 des Lambdareglers und der Lambdaadaption werden dabei in einem sog. Mittelungszeitraum des ersten Stationärzustands SZ1 erhoben, der auf einen zeitlich vorhergehenden Stabilisierungszeitraum erfolgt. Der Mittelungszeitraum in dem ersten Stationärzustand SZ1 umfasst die Zeitdifferenz zwischen t₂ und t₃ (3). Der Mittelungszeitraum des zweiten Stationärzustands SZ2 umfasst die Zeitdifferenz zwischen t₄ und dem nicht gezeigten Ende des zweiten Stationärzustands SZ2. Der Stabilisierungszeitraum in dem ersten Stationärzustand SZ1 umfasst die Zeitdifferenz zwischen t₁ und t₂ (3). Der Stabilisierungszeitraum in dem zweiten Stationärzustand SZ2 umfasst die Zeitdifferenz zwischen t₃ und t₄ . Während des Stabilisierungszeitraums haben sich die Werte des Lambdareglers LR und der Lambdaadaption LA noch nicht eingeschwungen. Nach Ablauf des Stabilisierungszeitraums kann von stabilen Werten ausgegangen werden. Durch dieses Vorgehen wird sichergestellt, dass die Mittelwerte nicht transient verfälscht werden.
Der so ermittelte Term wird noch mit der Summe der Differenzen von Lambdaregler und Lambdaadaption, welche sich zwischen den Stationärzuständen SZ1 und SZ2 ergeben, multipliziert. Die jeweilige Differenz ergibt sich aus der Subtraktion der Mittelwerte der Lambdaadaption bzw. des Lambdareglers (d.h. ΔLR = LR_SZ2 - LR_SZ1 und ΔLA = LA_SZ2 - LA_SZ1).
Da im zweiten Stationärzustand SZ2 ein erhöhter Unterdruck im Saugrohr vorliegt, führt der Lambdaregler bei einer Undichtigkeit einen Sprung aus und erhöht seinen Wert, da nunmehr unregistrierte Falschluft in das System gelangt. Dies kann beispielsweise der 3 entnommen werden, welche den zeitlichen Verlauf der genannten Messwerte zeigt, wenn eine Undichtigkeit vorliegt. Wie der 3 unschwer zu entnehmen ist, reagiert der Lambdaregler LR zum Zeitpunkt t₁ , d.h. mit Beginn der Saugrohrdruckvariation. Eine weitere Änderung des Werts LR des Lambdareglers ist dann zum Zeitpunkt t₃ , d.h. mit dem Übergang von dem ersten Stationärzustand SZ1 auf den zweiten Stationärzustand SZ2 zu erkennen. Die Lambdaadaption LA, die eine dauerhafte Regelabweichung des Lambdareglers widerspiegelt, und durch eine erweiterte Tiefpassfilterung des Signals des Lambdareglers LR ermittelt wird, zeigt demgegenüber keine signifikanten Veränderungen. Demgegenüber reagiert der Lambda-Istwert λ entsprechend der Veränderung des Signals des Lambdareglers LR.
Demgegenüber zeigt 2 zum Vergleich den zeitlichen Verlauf der oben beschriebenen Messwerte, wenn keine Undichtigkeit in der Ansaugluftführung gegeben ist. 2 zeigt, dass ohne Leckage in der Ansaugluftführung der Sprung im Signal des Lambdareglers LR ausbleibt, da keine Falschluft in die Ansaugluftführung gelangt.
Eine Ansaugluftführung ohne Leckage weist im stöchiometrischen Betrieb einen Lambda-Istwert von etwa 1 auf. Die Werte des Lambdareglers LR sowie der Lambdaadaption LA sind ebenfalls neutral bei 1 (kein Eingriff auf die Einspritzzeiten), wodurch sich gemäß obiger Formel ein theoretischer Bewertungsfaktor LIM = 2 ergibt. Versuche haben gezeigt, dass der reale Bewertungsfaktor LIM bei Fahrzeugen ohne Leckage in der Ansaugluftführung um diesen theoretischen Wert LIM = 2 leicht variiert, etwa in Bereich zwischen 1,95 bis 2,1. Demgegenüber kann der Bewertungsfaktor LIM bei Fahrzeugen mit Undichtigkeiten bis zu 3,1 ansteigen.
Es ist anzumerken, dass das Verfahren auch für nicht-stöchiometrische Motorkonzepte, wie z.B. Dieselmotoren, (Otto-)Magermotoren, etc. zum Einsatz kommen kann, wobei dann andere Lambdawerte, Regler- und Adaptionswerte einen anderen theoretischen Bewertungsfaktor als LIM = 2 bei einer Ansaugluftführung ohne Leckage zur Folge haben.
Durch Versuche wurden ein erster Schwellwert SW1 für eine vermutete Undichtigkeit in der Ansaugluftführung und ein zweiter Schwellwert SW2 für eine eindeutige Aussage über eine Undichtigkeit in der Ansaugluftführung festgelegt. Durch den Vergleich des gemäß obiger Formel ermittelten Werts des Bewertungsfaktors LIM mit den vorab bestimmten Schwellwerten SW1, SW2 kann dann auf eine vermutete oder sicher vorhandene Leckage in der Ansaugluftführung geschlossen werden.
Eine genauere Aussage hinsichtlich des Vorliegens einer Leckage sowie eine zusätzliche Information über den Ort der Leckage in der Ansaugluftführung ergibt sich dann, wenn zusätzlich eine Differenz der angesaugten Luftmasse in dem zweiten Stationärzustand SZ2 zu dem ersten Stationärzustand SZ1 ermittelt wird. Bei einer Undichtigkeit in der Ansaugluftführung ist die angesaugte Luftmasse, die mittels des Sensors 4 ermittelt wird, niedriger als in dem Stationärzustand SZ1, da im zweiten Stationärzustand SZ2 schon durch die erhöhte Falschluft in der Ansaugluftführung genügend Luft für die Verbrennung vorhanden ist. Dadurch wird die Drosselklappe 12 den Öffnungswinkel verkleinern, um dem dritten Abschnitt A3 in der Ansaugluftführung weniger Luft zuzuführen. Durch Versuche können Schwellwerte festgestellt werden, bei deren Unterschreitung der Verdacht für eine Undichtigkeit besteht, wobei über einen weiteren Schwellwert auf eine Unsicherheit sicher geschlossen werden kann. Die Bestimmung erfolgt somit wiederum durch einen Vergleich des Ergebnisses des ermittelten Differenzwerts der Luftmasse mit den vorab bestimmten Schwellwerten.
In Versuchen hat es sich als zweckmäßig herausgestellt, zwei Schwellwerte zur Beurteilung der Dichtigkeit zu verwenden: Ist der Differenzwert der Luftmasse DIFF_HFM größer als ein dritter Schwellwert SW3 (der z.B. zu SW3 = -0,5 kg/h gewählt ist), so wird von einer dichten Ansaugluftführung ausgegangen. Ist der Differenzwert der Luftmasse DIFF_{_}HFM kleiner als ein vierter Schwellwert SW4 (der z.B. zu SW4 = -1 kg/h gewählt ist), ist von einer Undichtigkeit von mehr als 20 l/min in der Ansaugluftführung auszugehen. Liegt der Differenzwert der Luftmasse DIFF_HFM zwischen dem dritten und dem vierten Schwellwert, d.h. SW4 < DIFF_HFM < SW3, so liegt in Abhängigkeit des Werts des Bewertungsfaktors LIM eine vermutete Undichtigkeit vor.
Für bestimmte Orte der Leckagen in der Ansaugluftführung stellen sich verschiedene Werte für den Bewertungsfaktor LIM und den Differenzwert der Luftmasse ein. Die verschiedenen Paarungen können in einer Tabelle oder Matrix hinterlegt werden, um durch einen rechnergestützten Vergleich mit den im Rahmen des Motortests ermittelten Werten verglichen zu werden. Dabei kann dann eine Eingrenzung auf den wahrscheinlichen Ort einer Leckage vorgenommen werden.
Allgemein kann darüber hinaus vorgesehen sein, die vorab bestimmten Schwellwerte für den Bewertungsfaktor LIM sowie die Schwellwerte für die Differenzwerte der Luftmasse in Abhängigkeit eines Sauerstoffanteils im Kraftstoff festzulegen. In unterschiedlichen Ländern gibt es Kraftstoffsorten mit unterschiedlichen Oktanzahlen und verschiedenen Ethanolgehalten. Vereinzelt sind Kraftstoffe mit 85% (E85) und 100% (E100) Ethanolgehalt erhältlich. Durch einen Sensor kann der Ethanolgehalt des bekannten Kraftstoffes erkannt werden. Ab 50% Ethanolgehalt magert der Motor so stark aus, dass ein Motor ohne Anpassungen nicht mehr lauffähig wäre. Da Ethanol der Verbrennung einen Eigenanteil an Sauerstoff zuführt, verändert sich das stöchiometrische Luftverhältnis in Abhängigkeit der Höhe des Ethanolgehalts.
Die Kombination des Bewertungsfaktors LIM und des Differenzwerts der Luftmasse dient dazu, die Schadensaussage zu festigen und Fehlinterpretationen zu vermeiden.
4 zeigt einen Ablaufplan, der die wesentlichen Schritte zur Bestimmung einer Leckage in der Ansaugluftführung eines Verbrennungsmotors zeigt. In Schritt S41 erfolgt ein Verringern des Saugrohrdruckdifferenzdrucks. In Schritt S42 erfolgt ein Erhöhen der Saugrohrdruckdifferenzdruck. Gemäß Schritt S43 erfolgt eine Auswertung der Messwerte, wie oben beschrieben.
5 zeigt einen detaillierteren Ablaufplan, der die Schritte zur Bestimmung einer Leckage in der Ansaugluftführung des Verbrennungsmotors illustriert. Nach Start des Motortests wird gemäß Schritt S51 abgewartet, bis der Katalysator 8 ausreichend aufgeheizt hat und betriebsbereit ist. Um den Einfluss der Betriebshistorie des zu prüfenden Fahrzeugs vernachlässigen zu können, werden gemäß Schritt S52 optional zu Beginn der Messungen die Lambdaadaptionen gelöscht (Reset-Wert = 1), wenn dies in Bezug auf umgebende Diagnoseabläufe sinnvoll ist. In Schritt S53 erfolgt ein Schließen des Ventils der Tankentlüftung. Im regulären Betrieb werden die entweichenden Treibstoffgase aus dem Tank, ebenso wie die Blow-by-Gase, in einen Sammler hinter der Drosselklappe 12 rückgeführt und würden somit die Reaktionen des Lambdareglers möglicherweise verfälschen. In Schritt S54 erfolgt die Einstellung der Leerlaufdrehzahl auf einen festen Wert, um den Motor in einen stabilisierten Zustand zu versetzen. In Schritt S55 wird der Motorlüfter aktiviert, damit der Motor so lange wie möglich auf niedrigen Temperaturen bleibt. Der Grund hierfür ist, dass bei zunehmender Aufwärmung Leckageraten zum Teil verkleinert und damit schlechter detektierbar werden. In Schritt S56 erfolgen die Reduktion der Saugrohrdruckdifferenz und die Ermittlung der Messwerte λ_SZ1 , LR_SZ1 , und LA_SZ1 , um in Schritt S57 erhöht zu werden und eine Änderung des angesaugten Falschluftmassenstroms und damit einen Sprung des Lambdareglers (ΔLR, ΔLA) ermitteln zu können. In Schritt S58 erfolgt dann die Ermittlung und Auswertung des Bewertungsfaktors LIM.
Bezugszeichenliste

1: Ladeluftkühler
2: Schubumluftventil
3: Ansauggeräuschdämpfer
4: Heißfilm-Luftmassenmesser (Sensor)
5: Abgasturbolader
6: Wastegate-Ventil
7: Lambdasonde vor dem Katalysator
8: Katalysator
9: Lambdasonde nach dem Katalysator
10: digitale Motorelektronik (DME)
11: Saugrohrdrucksensor
12: Drosselklappe
13: Ladelufttemperaturdrucksensor
A1: erster Abschnitt der Ansaugluftführung
A2: zweiter Abschnitt der Ansaugluftführung
A3: dritter Abschnitt der Ansaugluftführung
SZ1: erster Stationärzustand
SZ2: zweiter Stationärzustand
LR: Wert einer Lambdaregelung
LA: Wert einer Lambdaadaption
PSR: Saugrohrdruck
S41 - S43: Verfahrensschritt
S51 - S58: Verfahrensschritt

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer Leckage in einer Ansaugluftführung eines Verbrennungsmotors mit zumindest einer Brennkammer, wobei die Ansaugluftführung in zumindest zwei Abschnitte, umfassend einen Abschnitt (A1, A2) vor einer Drosselklappe (12) und einen Abschnitt (A3) nach der Drosselklappe (12), aufgeteilt ist, bei dem - im Rahmen eines Motortests eine Saugrohrdruckvariation mit einem ersten Stationärzustand (SZ1), in dem in der Ansaugluftführung ein erster Saugrohrdruck eingestellt wird, und einem zweiten Stationärzustand (SZ2), in dem in der Ansaugluftführung ein zweiter Saugrohrdruck eingestellt wird, durchgeführt wird; - für die unterschiedlichen Saugrohrdrücke in dem ersten und dem zweiten Stationärzustand (SZ1, SZ2) gemäß einer vorgegebenen Berechnungsvorschrift, welche den Lambda-Istwert (λ), den Wert (LA) einer Lambdaadaption und den Wert (LR) eines Lambdareglers verarbeitet, ein Bewertungsfaktor (LIM) ermittelt wird; und - aus einem Ergebnis eines Vergleichs des ermittelten Werts des Bewertungsfaktors (LIM) mit vorab bestimmten Schwellwert (SW1, SW2) auf eine Leckage in der Ansaugluftführung geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem in dem ersten Stationärzustand (SZ1), ausgehend von einer Referenz-Saugrohrdruckdifferenz im Leerlauf des Motors, eine gegenüber der Referenz-Saugrohrdruckdifferenz kleinere Saugrohrdruckdifferenz herbeigeführt wird, und in dem zweiten Stationärzustand (SZ2) eine gegenüber der Referenz-Saugrohrdruckdifferenz größere Saugrohrdruckdifferenz herbeigeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der erste Stationärzustand (SZ1) zeitlich vor dem zweiten Stationärzustand (SZ2) liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Saugrohrdruckvariation in dem Abschnitt (A3) nach der Drosselklappe (12) durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Berechnungsvorschrift eine Veränderung des Werts (LR) des Lambdareglers und des Werts (LA) der Lambdaadaption zwischen dem ersten und dem zweiten Stationärzustand (SZ1, SZ2) umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in der vorgegebenen Berechnungsvorschrift der Mittelwert des Lambda-Istwerts (λ) während eines durch die Saugrohrdruckvariation herbeigeführten Saugrohrdrucks verarbeitet wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem der Mittelwert des Lambda-Istwerts in dem ersten Stationärzustand (SZ1) in der vorgegebenen Berechnungsvorschrift verarbeitet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in der vorgegebenen Berechnungsvorschrift jeweilige Mittelwerte des Werts (LR) des Lambdareglers und des Werts (LA) der Lambdaadaption in dem ersten Stationärzustand (SZ1) und in dem zweiten Stationärzustand (SZ2) verarbeitet werden.
Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Mittelwerte aus den zeitabhängigen Messwerten in einem jeweiligen Mittelungszeitraum des ersten und zweiten Stationärzustands (SZ1, SZ2) erhoben werden, die auf einen zeitlich jeweils vorhergehenden Stabilisierungszeitraum folgen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in der vorgegebenen Berechnungsvorschrift jeweilige Differenzwerte des Werts (ΔLR) des Lambdareglers und des Werts (ΔLA) der Lambdaadaption zwischen den zugeordneten Mittelwerten im ersten Stationärzustand (SZ1) und im zweiten Stationärzustand (SZ2) verarbeitet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Bewertungsfaktor (LIM) nach folgender Formel berechnet wird, $LIM = λ_{SZ 1} * ({LR}_{SZ1} + {LA}_{SZ1}) * (Δ LR + Δ LA + 1),$
wobei gilt: λ_SZ1 der Mittelwert des Lambda-Istwerts im ersten Stationärzustand SZ1, LR_SZ1 der Mittelwert des Werts (LR) des Lambdareglers im ersten Stationärzustand SZ1, LA_SZ1 der Mittelwert des Werts (LA) der Lambdaadaption im ersten Stationärzustand SZ1, ΔLR der Betrag der Differenz der Mittelwerte der Werte des Lambdareglers zwischen dem ersten und dem zweiten Stationärzustand SZ1, SZ2 (LR_SZ2 - LR_SZ1), ΔLA der Betrag der Differenz der Mittelwerte der Werte der Lambdaadaption zwischen dem ersten und dem zweiten Stationärzustand SZ1, SZ2 (LA_SZ2 - LA_SZ1).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem beim Überschreiten eines ersten Schwellwerts (SW1) auf eine vermutete Leckage in der Ansaugluftführung, insbesondere dem Abschnitt (A3) nach der Drosselklappe (12), geschlossen wird und beim Überschreiten eines zweiten, im Vergleich zu dem ersten Schwellwert höheren Schwellwerts (SW2) auf eine sicher detektierte Leckage in der Ansaugluftführung, insbesondere dem Abschnitt (A3) nach der Drosselklappe (12), geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in die Entscheidung, ob eine Leckage in der Ansaugluftführung vorliegt, eine Differenz der angesaugten Luftmasse in dem zweiten Stationärzustand (SZ2) zu dem ersten Stationärzustand (SZ1) verarbeitet wird, und aus einem Ergebnis eines Vergleichs des ermittelten Differenzwerts der Luftmasse mit einem vorab bestimmten Schwellwert auf eine Leckage in der Ansaugluftführung geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die vorab bestimmten Schwellwerte in Abhängigkeit eines Sauerstoffanteils im Kraftstoff festgelegt werden.
Computerprogrammprodukt, das direkt in den internen Speicher eines digitalen Computers geladen werden kann und Softwarecodeabschnitte umfasst, mit denen die Schritte gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgeführt werden, wenn das Produkt auf einem Computer läuft.
System zur Bestimmung einer Leckage in einer Ansaugluftführung eines Verbrennungsmotors mit zumindest einer Brennkammer, wobei die Ansaugluftführung in zumindest zwei Abschnitte, umfassend einen Abschnitt (A1, A2) vor einer Drosselklappe (12) und einen Abschnitt (A3) nach der Drosselklappe (12), aufgeteilt ist, das dazu ausgebildet ist, - im Rahmen eines Motortests eine Saugrohrdruckvariation mit einem ersten Stationärzustand (SZ1), in dem in der Ansaugluftführung ein erster Saugrohrdruck eingestellt wird, und einem zweiten Stationärzustand (SZ2), in dem in der Ansaugluftführung ein zweiter Saugrohrdruck eingestellt wird, durchzuführen; - für die unterschiedlichen Saugrohrdrücke in dem ersten und dem zweiten Stationärzustand (SZ1, SZ2) gemäß einer vorgegebenen Berechnungsvorschrift, welche den Lambda-Istwert (λ), den Wert (LA) einer Lambdaadaption und den Wert (LR) eines Lambdareglers verarbeitet, einen Bewertungsfaktor (LIM) zu ermitteln; und - aus einem Ergebnis eines Vergleichs des ermittelten Werts des Bewertungsfaktors (LIM) mit einem vorab bestimmten Schwellwert (SW1, SW2) auf eine Leckage in der Ansaugluftführung zu schließen.
System nach Anspruch 16, das weitere Mittel zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 2 bis 14 umfasst.