DE102021104061B3 - Detektion eines Abbrands in einer Sauganlage - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Fahrzeugantriebs, aufweisend zumindest die Verfahrensschritte Ermitteln eines theoretischen Verbrennungsluftverhältnisses der Brennkraftmaschine, Ermitteln eines gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses in der Abgasführung. Ferner betrifft die Erfindung ein Steuermittel zum Detektieren und/oder Bestimmen eines Abbrands in einer Sauganlage einer Brennkraftmaschine, das dazu eingerichtet ist, ein solches Verfahren durchzuführen, sowie einen Fahrzeugantrieb, aufweisend eine Brennkraftmaschine, eine Sauganlage, eine Abgasanlage und ein solches Steuermittel.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose eines Zustands und/oder Steuerung einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Detektion und/oder Bestimmung eines Abbrands, insbesondere eines Rußabbrands, in einer Sauganlage der Brennkraftmaschine, sowie ein Steuermittel zur Durchführung eines solchen Verfahrens und einen Fahrzeugantrieb mit einer Brennkraftmaschine, einer Sauganlage, einer Abgasanlage und einem solchen Steuermittel.
• Eine Diagnose von auftretenden Leckagen ist eine wünschenswerte Funktionalität eines modernen Fahrzeugantriebs. Allerdings ist eine derartige Diagnose unter anderem nur dann mit einer hohen Zuverlässigkeit möglich, wenn das Diagnosemittel auf Basis einer korrekten Erfassung bzw. Berechnung einer relativen Motorfüllung (je nach Motortyp auch als Liefergrad und/oder Luftaufwand bezeichnet) arbeitet.
• Typischerweise wird die relative Motorfüllung in modernen Motorsteuergeräten bzw. - routinen in Abhängigkeit von Betriebszuständen ermittelt, die - zwar unter Berücksichtigung von Lastfällen, Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen, aber dennoch orientiert an einem Regelbetrieb - die veränderten Gegebenheiten bei einem Abbrand nicht wiederspiegeln. Somit kann die relative Motorfüllung bei einem Abbrand häufig nicht ausreichend genau ermittelt werden.
• Aus der DE 10 2009 028 111 A1 ist ein Verfahren zum Bestimmen einer unerwünschten Verbrennung von Motoröl in einer Brennkraftmaschine bekannt. Dabei wird eine Bestimmung auf Grundlage eines ermittelten Bedienungszustandes eines der Brennkraftmaschine zugeordneten Fahrpedals, eines ermittelten Vorliegens eines Kraftschlusses zwischen der Brennkraftmaschine und einem der Brennkraftmaschine zugeordneten Getriebe sowie aufgrund eines ermittelten Sauerstoffgehalts des Abgases der Brennkraftmaschine und/oder aufgrund einer ermittelten Drehzahl der Brennkraftmaschine vorgenommen.
• Die DE 38 37 984 A1 beschreibt ein Verfahren zur Lambdaregelung, bei dem der Lambdawert des einer Brennkraftmaschine zuzuführenden Luft/Kraftstoff-Gemisches mit Hilfe des von einer vor einem Katalysator angeordneten Lambdasonde gemessenen Lambdaistwertes-Vorne auf einen Regel-Lambdasollwert geregelt wird, und bei dem durch eine zweite Lambdasonde der Lambdaistwert-Hinten hinter dem Katalysator gemessen wird. Dabei wird ein Unterschiedswert zwischen dem Lambdaistwerte -Hinten und einem Vorgabe-Lambdasollwert gebildet, der tatsächlich erreicht werden soll, mit dem Unterschiedswert ein Integrationswert gebildet wird, und der Regel-Lambdasollwert mit Hilfe des Integrationswertes gebildet.
• Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Steuerung einer Brennkraftmaschine zu verbessern, und insbesondere ein Verfahren zur Detektion und/oder Bestimmung eines Abbrands in einer Sauganlage der Brennkraftmaschine bereitzustellen bzw. zu verbessern.
• Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen Anspruch 1, ein Steuermittel mit den Merkmalen von Anspruch 9 und einen Fahrzeugantrieb mit den Merkmalen von Anspruch 10. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
• Gemäß einem Aspekt wird ein Verfahren zur Diagnose und/oder Steuerung eines Fahrzeugantriebs offenbart, der zumindest eine Brennkraftmaschine, einen Luftsammler und eine Abgasführung aufweist. Insbesondere weist der Fahrzeugantrieb eine Abgasrückführung auf, insbesondere von der Abgasführung hin zu dem Luftsammler.
• Das Verfahren wird gemäß einer Ausführung zur Detektion und/oder Bestimmung eines Abbrands in der Sauganlage durchgeführt, und weist einen, mehrere oder alle der folgenden Verfahrensschritte auf, die in der angegebenen oder einer anderen geeigneten Reihenfolge durchgeführt werden können:
• (i) Bestimmen eines Betriebszustands des Fahrzeugantriebs, der insbesondere definiert ist durch einen Lastfall der Brennkraftmaschine und/oder vorliegende Betriebs- und/oder Umgebungsbedingungen.
• (ii) Ermitteln eines theoretischen Verbrennungsluftverhältnisses der Brennkraftmaschine, insbesondere für den bestimmten Betriebszustand.
• (iii) Ermitteln eines gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses in der Abgasführung, insbesondere mittels einer dort angeordneten Lambdasonde.
• (iv) Ermitteln einer Unterschiedsgröße des theoretischen Verbrennungsluftverhältnisses und des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses zueinander, insbesondere für einen bestimmten Zeitpunkt und/oder den ermittelten Betriebszustand. Insbesondere ist die Unterschiedsgröße bestimmt durch einen Differenzwert zwischen dem theoretischen Verbrennungsluftverhältnis und dem gemessenen Verbrennungsluftverhältnis. Die Unterschiedsgröße kann aber beispielsweise auch ein Größenverhältnis des theoretisch ermittelten und des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses zueinander und/oder einen absoluten oder relativen Differenzwert der beiden ermittelten Verbrennungsluftverhältnisse angeben.
• Gemäß der Erfindung wird in Abhängigkeit von einem ermittelten Wert der Unterschiedsgröße eine Abbrandmenge ermittelt. Insbesondere kann die Abbrandmenge direkt aus dem Unterschied der beiden Lambdawerte berechnet werden. Jedenfalls können ausgehend von der ermittelten Abbrandmenge unmittelbar oder mittelbar geeignete Ersatzreaktionen zur Anpassung einer Motorfüllung ausgewählt und/oder ergriffen werden, beispielsweise ein Öffnen des AGR-Ventils, wodurch der Luftsammler mit inertem Gas befüllt, dem möglichen Brand der Sauerstoff entzogen und der Brand gelöscht wird.
• Das theoretische und/oder das gemessene Verbrennungsluftverhältnis repräsentiert insbesondere einen Kraftstoff- oder einen Sauerstoffüberschuss in einem Kraftstoff-Luft-Gemisch, bezogen auf ein stöchiometrisches Verhältnis (insbesondere von 1), bei welchem der gesamte Kraftstoff und der gesamte Sauerstoff des Gemischs vollständig miteinander reagieren, sodass nach einer Zündung weder ein Kraftstoff- noch Sauerstoffüberschuss in den Abgasen verbleibt bzw. nachweisbar ist.
• Anhand des ermittelten Wertes der Unterschiedsgröße kann detektiert werden, ob ein Abbrand in der Sauganlage stattfindet, insbesondere indem zu bestimmten Werten der Unterschiedsgröße, beispielsweise in einer Lookup-Tabelle eines Steuermittels des Fahrzeugantriebs, hinterlegt wird, dass dieser Wert für einen, ggf. in der Lookup-Tabelle detaillierter charakterisierten, Abbrand repräsentativ ist, oder anzeigt, dass kein relevanter Abbrand vorliegt.
• Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Steuermittel, insbesondere ein Detektions- und/oder Bestimmungsmittel, zum Detektieren und/oder Bestimmen eines Abbrands in einer Sauganlage einer Brennkraftmaschine offenbart, das dazu eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einer Ausführung der Erfindung durchzuführen.
• Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Fahrzeugantrieb, aufweisend eine Brennkraftmaschine, eine Sauganlage und eine Abgasanlage, offenbart. Der Fahrzeugantrieb weist ein Steuermittel gemäß einer Ausführung der Erfindung auf.
• Gemäß einer Ausführung weist der Fahrzeugantrieb zusätzlich eine Abgasrückführ-Leitung auf, welche dazu eingerichtet ist, die Abgasanlage mit der Sauganlage abgasführend zu verbinden.
• Für Fahrzeugantriebe, bei denen eine Abgasrückführung (AGR) vorgesehen ist, ist die Erfindung und die damit verbundene Möglichkeit einer Detektion von Abbrand im Regelbetrieb der Brennkraftmaschine besonders hilfreich. Denn das rückgeführte Abgas kann deutlich höhere Temperaturen erreichen als die komprimierte, aber gekühlt zugeführte, Frischluft, auch wenn die rückgeführten Abgase einen AGR-Kühler durchlaufen haben.
• Häufig ist der Luftsammler der Sauganlage - in den die AGR-Leitung mündet - mit einem Kunststoffwerkstoff ausgebildet, weshalb bei sehr ungünstigen Betriebsbedingungen, beispielsweise mit hohen Umgebungstemperaturen und einer dauerhaften Volllast der Brennkraftmaschine, Leckagen, beispielsweise durch den Temperatureintrag der rückgeführten Abgase und einen damit verbundenen Rußabbrand in einem Kunststoff-Luftsammler Leckagen auftreten können, insbesondere wenn bereits eine gewisse Versottung der am stärksten belasteten Wandpartien vorliegt.
• Der Erfindung liegt unter anderem die Überlegung zugrunde, dass die relative Motorfüllung ist eine zentrale Eingangsgröße für viele Motorfunktionen ist. Insbesondere zur Diagnose des Luftsystems (z.B. bei einer Erkennung von Leckagen) ist eine exakte Bestimmung der Motorfüllung von zentraler Bedeutung. Zur Berechnung der Motorfüllung ist die Temperatur des vom Motor angesaugten Massenstroms (beispielsweise Frischluft inkl. eventueller AGR) notwendig. Falls es in der Sauganlage zum Abbrand von Ablagerungen kommt (z.B. Ruß), erhöht sich die Temperatur darin sehr stark. Dieser Energieeintrag wird in der Berechnung nicht berücksichtigt, was die berechnete Motorfüllung im Falle eines Abbrandes stark verfälscht.
• Die Erfindung basiert nun unter anderem auf der Idee, die Temperaturerhöhung bei einem Abbrand in der Sauganlage, insbesondere einem Rußabbrand, folgendermaßen zu berücksichtigen:
• Der Lambdawert des Abgases (i.e. das gemessene Verbrennungsluftverhältnis) wird mit Hilfe einer Lambdasonde, insbesondere in der Abgasführung nach dem Turbolader, gemessen. Der gemessene Lambdawert berücksichtigt die verbrannte Kraftstoffmenge und einen eventuellen Abbrand von Ablagerungen in der Sauganlage.
• Zusätzlich kann auch - mit der eingespritzten Kraftstoffmenge und der angesaugten Frischluftmasse (Basis ist der Frischluftmassenmesser) - ein theoretischer Lambdawert (i.e. theoretisches Verbrennungsluftverhältnis) berechnet werden, insbesondere unter Verwendung von Betriebsmodellen des Fahrzeugantriebs.
• Gibt es keinen Abbrand, sind beide Lambdawerte - der gemessene und der berechnete - gleich; zumindest abgesehen von Modell- und/oder Sensorungenauigkeiten. Gemäß einer Ausführung ist in dem Steuermittel vorbestimmt, bis zu welchem relativen und/oder absoluten Unterschied (z.B. im Sinne eines vordefinierten Schwellenwerts) zwischen dem berechneten und dem gemessenen Lambdawert noch kein Abbrand, sondern eine Messabweichung o.ä. interpretiert und damit detektiert wird.
• Bei vorhandenem Abbrand sind die Lambdawerte nicht gleich (und weichen voneinander mehr als im Sinne des Schwellenwerts ab); der Unterschied kann in eine theoretische (z.B. Ruß-) Abbrandmenge umgerechnet werden. Daraus kann eine Heizleistung ermittelt werden, die in einer, insbesondere modellbasierten, Temperaturberechnung des Ansaugmassenstroms berücksichtigt wird.
• Dadurch erhöht sich die Genauigkeit der Berechnung der Motorfüllung im Falle eines Abbrands wesentlich.
• Gemäß einer Ausführung wird ein Abbrand in der Sauganlage detektiert, wenn die Unterschiedsgröße eine, insbesondere relevante, Abweichung zwischen dem theoretisch ermittelten und dem gemessenen Wert aufzeigt. und/oder
• Zusätzlich oder alternativ wird gemäß dieser Ausführung ein Regelbetrieb in der Sauganlage detektiert, wenn die Unterschiedsgröße keine oder keine relevante Abweichung zwischen dem theoretisch ermittelten und dem gemessenen Wert aufzeigt.
• Auf diese Weise kann der nicht in den Betriebsmodellen der Brennkraftmaschine und/oder des Fahrzeugantriebs hinterlegte Einfluss eines Abbrands auf den realen Lambdawert der Abgase in der Abgasführung detektiert werden, und insbesondere dessen Unterschied zu dem modellbasiert, i.e. theoretisch, ermittelten Lambdawert.
• Unter einem Regelbetrieb ist insbesondere zu verstehen, dass der Betrieb zumindest im Wesentlichen in der Weise stattfindet, wie es für diesen Betriebszustand hinsichtlich der verwendeten Modellgrößen, insbesondere auch das Verbrennungsluftverhältnis, in den Betriebsmodellen des Fahrzeugantriebs modelliert ist.
• Gemäß einer Ausführung zeigt die Unterschiedsgröße einen Abbrand auf, wenn das theoretische Verbrennungsluftverhältnis einen magereren Betrieb ergibt als das gemessene Verbrennungsluftverhältnis.
• Dadurch kann ein Zusammenhang abgebildet werden, nach welchem ein Abbrand eine höhere Gastemperatur im Luftsammler verursacht, sodass eine Motorfüllung der Zylinder mit Sauerstoff niedriger ausfällt als für die niedrigere, modellierte (und entsprechend auch in etwa real eintretende) Temperatur bei einem Regelbetrieb; was wiederum einen Kraftstoffüberschuss bei der Verbrennung im Zylinder bedingen kann, der ein im Abgas gemessenes Verbrennungsluftverhältnis bedingt, das fetter ist als durch das modellbasiert theoretisch ermittelte Verbrennungsluftverhältnis vorhergesagt bzw. angenommen.
• Gemäß einer Ausführung wird das theoretische Verbrennungsluftverhältnis durch eine modellbasierte Berechnung ermittelt, in die im Modell hinterlegte Annahmen zu Zusammenhängen zwischen einer Temperatur im Luftsammler und einer Zusammensetzung der Abgase der Verbrennung in einem regulären Betrieb der Brennkraftmaschine im bestimmten Betriebszustand einfließen.
• Dies ermöglicht eine Referenz für eine qualitative (z.B. Unterschied ja/nein) und/oder eine quantitative (z.B. Größe des Unterschieds) Aussage zur Abweichung vom Modell für Fälle, bei denen ein Abbrand vorliegt.
• Gemäß einer Ausführung wird in Abhängigkeit von einem ermittelten Wert der Unterschiedsgröße und/oder einer ermittelten Abbrandmenge eine Heizleistung im Luftsammler ermittelt. Insbesondere kann die Heizleistung direkt mit dem Heizwert und der Abbrandmenge berechnet werden. Dazu kann zusätzlich eine Annahme über den Heizwert erforderlich sein. Da die genaue Zusammensetzung des Brennmaterials im Ausführungsbeispiel nicht bekannt ist, wird hier von reinem Kohlenstoff ausgegangen, was in Näherung bezüglich der benötigten Genauigkeit ausreicht. Jedenfalls können ausgehend von der ermittelten Heizleistung unmittelbar oder mittelbar geeignete Ersatzreaktionen zur Anpassung einer Motorfüllung ausgewählt und/oder ergriffen werden.
• Im Falle einer zu hohen ermittelten Heizleistung, insbesondere bei einem Überschreiten einer Gefahrenschwelle (die beispielsweise in der Motorsteuerung, insbesondere in dem Steuermittel, hinterlegt sein kann), kann beispielsweise eine Anweisung an den Fahrer zum sofortigen Anhalten und/oder eine Abschaltung der Brennkraftmaschine erfolgen.
• Gemäß einer Ausführung wird in Abhängigkeit von einem ermittelten Wert der Unterschiedsgröße und/oder einer ermittelten Abbrandmenge und/oder einer ermittelten Heizleistung im Luftsammler eine Temperatur, insbesondere eine Temperaturerhöhung im Vergleich zu einem modellbasierten Temperaturwert für den betrachteten Betriebszustand der Brennkraftmaschine, im Luftsammler ermittelt. Mit der ermittelten Heizleistung kann direkt mit Hilfe des Luftmassenstroms die Temperaturerhöhung ausgerechnet werden. Jedenfalls können ausgehend von der ermittelten Temperatur und/oder Temperaturerhöhung unmittelbar oder mittelbar geeignete Ersatzreaktionen zur Anpassung einer Motorfüllung ausgewählt und/oder ergriffen werden.
• Gemäß einer Ausführung wird in Abhängigkeit von einem ermittelten Wert der Unterschiedsgröße und/oder einer ermittelten Abbrandmenge und/oder einer ermittelten Heizleistung im Luftsammler und/oder einer Temperatur, insbesondere eine Temperaturerhöhung im Vergleich zu einem modellbasierten Temperaturwert für den betrachteten Betriebszustand der Brennkraftmaschine, im Luftsammler eine Motorfüllung, insbesondere eine Veränderung der Motorfüllung im Vergleich zu einem modellbasierten Wert der Motorfüllung für den betrachteten Betriebszustand der Brennkraftmaschine, ermittelt.
• Ausgehend von der benötigten Veränderung der Motorfüllung kann eine Eignung und/oder ein Umfang benötigter Ersatzreaktionen zur Anpassung bestimmt und/oder die entsprechenden Ersatzreaktionen im benötigten Umfang ergriffen werden.
• Gemäß einer Ausführung wird in Abhängigkeit von einem ermittelten Wert der Unterschiedsgröße oder einer da-von abhängig ermittelten Größe eine Ersatzreaktion zur Anpassung einer Motor-füllung ausgewählt und/oder ergriffen.
• Dadurch kann im Optimalfall ein weiterer Regelbetrieb des Fahrzeugantriebs auf-recht erhalten werden, ggf. bis zu einem Werkstattaufenthalt, insbesondere wenn die Heizleistung durch den Abbrand nicht eine Gefahrenschwelle überschreitet.
• Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
• 1 zeigt einen Fahrzeugantrieb mit einem Steuermittel gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung.
• 2 zeigt ein Ablaufdiagramm mit Verfahrensschritten eines Verfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung, durchgeführt an dem Fahrzeugantrieb aus 1.
• 1 zeigt einen Fahrzeugantrieb 1, aufweisend eine Brennkraftmaschine 2. Die Brennkraftmaschine 2 ist im Ausführungsbeispiel als Vierzylinder-Dieselmotor ausgebildet. Die Brennkraftmaschine 2 ist zur Versorgung mit Sauerstoff an eine Sauganlage 4 angeschlossen, und zur Reinigung der Abgase an eine Abgasanlage 6.
• Die Sauganlage 4 weist eine Frischluftführung 8, eine Ladeluftkühler 10, eine Drosselklappe 12 und eine Luftsammler 14 auf.
• Die Abgasanlage 6 weist entlang einer Abgasführung 16 einen Abgaskrümmer 18 sowie eine Abgasnachbehandlungsanordnung 20 auf, die zumindest einen Dreiwegekatalysator aufweist, insbesondere aber weitere Nachbehandlungseinrichtungen wie beispielsweise wenigstens einen Partikelfilter und/oder wenigstens einen SCR-Katalysator aufweist.
• Zur Steigerung der Leistung der Brennkraftmaschine 2 ist in der Frischluftführung 8 der Sauganlage 4 und in der Abgasführung 16 der Abgasanlage 6 ein zweistufiger Abgasturbolader 22 angeordnet, wobei die Verdichter des Abgasturboladers 22 in der Frischluftführung 8 und die Turbine des Abgasturboladers 22 in der Abgasführung 16 angeordnet sind.
• Der Hochdruckverdichter und die Hochdruckturbine des Abgasturboladers 22 sind im Ausführungsbeispiel jeweils mittels eines schaltbaren Bypasses umgehbar ausgebildet.
• Die Sauganlage 4 und die Abgasanlage 6 sind mittels einer schaltbaren Hochdruck-AGR-Leitung 24 verbindbar, sodass heißes Abgas aus dem Abgaskrümmer 17 in den Luftsammler 14 geführt und dort mit der Frischluft vermischt werden kann. Im Ausführungsbeispiel können die Abgase in der AGR-Leitung 24 schaltbar durch einen AGR-Kühler und/oder daran vorbei geführt werden.
• An einem Frischlufteingang 7 der Frischluftführung 8 ist ein Heißfilmluftmassenmesser HFM zur Messung eines Luftmassenstroms mHFM sowie ein Temperatursensor zur Messung einer Frischlufttemperatur T10 angeordnet.
• Zwischen den beiden Verdichter ist 8 ein Drucksensor zur Messung eines Verdichterdrucks p12 in der Frischluftführung angeordnet.
• Zwischen dem Ladeluftkühler 10 und der Drosselklappe 12 ist ein Temperatursensor zur Messung einer Vordrosseltemperatur T21 in der Frischluftführung angeordnet.
• In dem Luftsammler 14 ist ein Drucksensor zur Messung eines Ladedrucks p22 angeordnet.
• In der AGR-Leitung 24 ist ein Temperatursensor zur Messung einer AGR-Gemischtemperatur T-nAGR beim Eintritt in den Luftsammler 14 angeordnet.
• In dem Abgaskrümmer 17 ist ein Drucksensor zur Messung eines Vorturbinendrucks p31 angeordnet.
• Zwischen der Niederdruckturbine des Abgasturboladers 22 und der Abgasnachbehandlungsanordnung 20 ist eine Lambdasonde 26 zur Messung einer Gemischzusammensetzung der Abgase vor dem Eintritt in die Abgasnachbehandlungsanordnung 20 angeordnet.
• Der Fahrzeugantrieb 1 weist zudem eine Motorsteuerung 30 auf, die dazu eingerichtet ist, den Fahrzeugantrieb 1 und alle Komponenten davon entsprechend der Betriebserfordernisse des Kraftfahrzeugs anzusteuern. Die Motorsteuerung 30 ist auch dazu eingerichtet, für eine optimale Ansteuerung des Fahrzeugantriebs und seiner Komponenten Messwerte aller oben erwähnten Sensoren zu berücksichtigen, sowie auf an sich übliche Betriebsmodelle, Lookup-Tabellen, etc. zuzugreifen, gegebenenfalls unter Verwendung der erfassten und/oder verarbeiteten Sensorwerte.
• Die Motorsteuerung 30 weist ein Steuer-, Detektions- und Bestimmungsmittel 32 (nachfolgend kurz Steuermittel 32 genannt) auf, das dazu eingerichtet ist, ein beispielhaftes Verfahren zur Detektion und Bestimmung eines Abbrands, insbesondere eines Rußabbrands, in der Sauganlage 4 durchzuführen und nötigenfalls Ersatzreaktionen bei einem detektierten Abbrand auszuwählen und ggf. zu ergreifen. Zur Verrichtung dieser Aufgaben ist die Motorsteuerung 30 und/oder das Steuermittel 32 dazu eingerichtet, in gegenwärtigen Kraftfahrzeugen typischerweise hinterlegte Betriebsmodelle 34 des Fahrzeugs, des Fahrzeugantriebs und/oder des wenigstens einen Antriebsmotors zu verwenden, insbesondere also dort zugreifbare Daten, Sensorwerte, Lookup-Tabellen 36 und/oder Modellprädiktionen im Sinne der Erfindung nu verwenden.
• Die Durchführung des beispielhaften Verfahrens ist nachfolgend detailliert anhand von Erläuterungen zu der Darstellung der 2 beschrieben.
• In 2 ist ein Ablaufdiagramm mit den Verfahrensschritten S10 bis S70 eines beispielhaften Diagnose-, Bestimmungs- und Steuerungsverfahrens gemäß einer beispielhaften Ausführung der Erfindung gezeigt, durchgeführt am Fahrzeugantrieb 1 der 1.
• In dem Schritt S10 erfolgt ein Bestimmen eines Betriebszustands BZ des Fahrzeugantriebs 1, der definiert ist durch den angeforderten Lastfall sowie die vorliegenden Betriebs- und Umgebungsbedingungen. Die Bestimmung erfolgt anhand an sich bekannter, vorliegend nicht dargestellter Betriebsmodelle, auf die die Motorsteuerung 30 zugreifen kann.
• In dem Schritt S20 erfolgt ein Ermitteln eines theoretischen Verbrennungsluftverhältnisses λ_t der Brennkraftmaschine für den bestimmten Betriebszustand, indem die vorgesehene Frischluftmasse, gegebenenfalls die vorgesehene AGR-Masse (mit modelliertem Sauerstoffanteil) sowie die vorgesehene Kraftstoff-Einspritzmenge moderiert und zueinander in Relation gesetzt werden.
• In dem Schritt S30 erfolgt ein Ermitteln eines gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses λ_s in der Abgasführung 6 mittels der dort angeordneten Lambdasonde 26.
• In dem Schritt S40 erfolgt ein Ermitteln einer Unterschiedsgröße X. Im Ausführungsbeispiel wird zur Ermittlung der Unterschiedsgröße ein Größenverhältnis des theoretischen Verbrennungsluftverhältnisses λ_t und des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses λ_s zueinander ermittelt.
• In dem Schritt S52 wird ein Regelbetrieb R in der Sauganlage 4 detektiert, wenn die Unterschiedsgröße X keine oder keine relevante Abweichung zwischen dem theoretisch ermittelten und dem gemessenen Lambdawert aufzeigt, vorliegend also das Größenverhältnis X zwischen 0,8 und 1,2 liegt. In diesem Fall wird das Verfahren zum Zeitpunkt t_n nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalls Δt erneut durchgeführt.
• In dem Schritt S51 wird ein Abbrand A in der Sauganlage 4 detektiert, wenn der ermittelte Wert des Größenverhältnisses X der beiden Lambdawerte kleiner als 0,8 oder größer als 1,2 ist.
• Auf diese Weise kann der nicht in den Betriebsmodellen 34 der Brennkraftmaschine 2 und/oder des Fahrzeugantriebs hinterlegte Einfluss eines Abbrands auf den realen Lambdawert λ_s der Abgase in der Abgasführung detektiert werden, und insbesondere dessen Unterschied zu dem modellbasiert, i.e. theoretisch, ermittelten Lambdawert λ_T.
• Dies ermöglicht eine Referenz für eine qualitative (Unterschied ja/nein) und/oder eine quantitative (Größe des Unterschieds) Aussage zur Abweichung vom Modell für Fälle, bei denen ein Abbrand vorliegt.
• Das Größenverhältnis X wird so berechnet, dass die Unterschiedsgröße einen Abbrand aufzeigt, wenn das theoretische Verbrennungsluftverhältnis λ_T einen magereren Betrieb aufzeigt als das gemessene Verbrennungsluftverhältnis λ_s.
• Dadurch kann ein Zusammenhang abgebildet werden, nach welchem ein Abbrand eine um einen Temperaturbeitrag ΔT des Abbrands erhöhte Gastemperatur T₂₂ + ΔT im Luftsammler verursacht, sodass eine Motorfüllung RF der Zylinder mit Sauerstoff niedriger ausfällt als für die niedrigere, modellierte (und entsprechend auch in etwa real eintretende) Ladetemperatur T₂₂ bei einem Regelbetrieb R; was wiederum einen Kraftstoffüberschuss bei der Verbrennung im Zylinder bedingen kann, der ein im Abgas gemessenes Verbrennungsluftverhältnis bedingt, das fetter ist als durch das modellbasiert theoretisch ermittelte Verbrennungsluftverhältnis vorhergesagt bzw. angenommen.
• Wenn ein Abbrand A detektiert ist, wird in dem Schritt S61 in Abhängigkeit von dem ermittelten Wert der Unterschiedsgröße X unter Berücksichtigung des aktuellen Betriebspunktes BP (bspw. in Form wenigstens zweier der folgenden Größen: der aktuellen Frischluftmasse, der aktuellen Einspritzmenge, des gemessenen Lambdawerts) eine Abbrandmenge m_R ermittelt. Im Ausführungsbeispiel erfolgt dies mittels einer Lookup-Tabelle 36, die experimentell befüllt ist.
• Zusätzlich oder alternativ zur Ermittlung der Unterschiedsgröße X gemäß Schritt S40 kann im Sinne des Ausführungsbeispiels aber auch eine Differenz der Absolutwerte des theoretischen Verbrennungsluftverhältnisses λ_t und des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses λ_s ermittelt werden.
• In dem Schritt S62 wird dann in Abhängigkeit von der ermittelten Abbrandmenge m_R eine Heizleistung Q im Luftsammler 14 ermittelt. Im Ausführungsbeispiel erfolgt dies mittels einer Lookup-Tabelle 36, die experimentell befüllt ist.
• Im Falle einer zu hohen ermittelten Heizleistung Q und/oder davon abgeleiteten Größe, die in dem Steuermittel 32 hinterlegt ist, kann eine Anweisung an den Fahrer erfolgen, insbesondere zum sofortigen Anhalten, und/oder eine Abschaltung der Brennkraftmaschine 2.
• In dem Schritt S63 wird in Abhängigkeit von der ermittelten Heizleistung Q im Luftsammler 14 eine Temperaturerhöhung ΔT im Vergleich zu dem modellbasiert ermittelten Temperaturwert T₂₂ für den betrachteten Betriebszustand BZ der Brennkraftmaschine, im Luftsammler ermittelt. Im Ausführungsbeispiel erfolgt dies mittels einer Lookup-Tabelle 36, die experimentell befüllt ist.
• In dem Schritt S64 wird in Abhängigkeit von der Ladetemperatur T₂₂ und von der Temperaturerhöhung ΔT im Luftsammler 14 eine Motorfüllung RF, und damit auch eine Veränderung der Motorfüllung im Vergleich zu einem modellbasierten Wert der Motorfüllung für den betrachteten Betriebszustand BZ der Brennkraftmaschine 2, ermittelt.
• Ausgehend von der benötigten Motorfüllung für den Betriebszustand BZ kann mit der ermittelten, abweichenden Motorfüllung RF (die aufgrund der veränderten Temperatur T₂₂+ΔT vorliegt), wird in dem Schritt S70 eine Eignung und ein Umfang benötigter Ersatzreaktionen zur Anpassung der Motorfüllung bestimmt und die entsprechenden Ersatzreaktionen im benötigten Umfang ergriffen. Angesteuert werden die Ersatzreaktionen mittels des Steuermittels 30.
• Die zur Auswahl stehenden Ersatzreaktionen sind an sich unabhängig von der Erfindung auswählbar. Beispielsweise kommt ein Öffnen des AGR-Ventils in Betracht, um den Luftsammler mit inertem Gas zu befüllen, dem möglichen Brand der Sauerstoff zu entziehen und den Brand zu löschen.
• Eine mögliche Ersatzreaktion kann beispielsweise ein Öffnen des AGR-Ventils sein. Dadurch wird der Luftsammler mit inert-Gas befüllt, dem möglichen Brand der Sauerstoff entzogen und der Brand gelöscht.
• Dadurch kann im Optimalfall ein Regelbetrieb R des Fahrzeugantriebs erreicht und weiter aufrechterhalten werden, ggf. bis zu einem Werkstattaufenthalt.
• Parallel wird das Verfahren zum Zeitpunkt t_n nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitintervalls Δ_t erneut durchgeführt.
• Bezugszeichenliste

1

Fahrzeugantrieb

2

Brennkraftmaschine

4

Sauganlage

6

Abgasanlage

8

Frischluftführung

10

Ladeluftkühler

12

Drosselklappe

14

Luftsammler

16

Abgasführung

20

Abgasnachbehandlungsanordnung

22

Abgasturbolader

24

Hochdruck-AGR-Leitung

26

Lambdasonde

30

Motorsteuerung (symbolisch dargestellt)

32

Diagnosemittel (symbolisch dargestellt)

34

Betriebsmodelle (symbolisch dargestellt)

36

Lookup-Tabellen (symbolisch dargestellt)

A

Abbrand

BZ

Betriebszustand

Δt

Zeitintervall

ΔT

Temperaturänderung durch den Abbrand

HFM

Heißfilm-Luftmassenmesser

mR

Abbrandmenge

p0

Umgebungsdruck

p12

Verdichterdruck

p22

Ladedruck

p31

Vorturbinendruck

Q

Heizleistung

R

Regelbetrieb

RF

relative Motorfüllung

S10-S70

Verfahrensschritte

t

Zeitpunkt einer Durchführung des Verfahrens

T10

Frischlufttemperatur

T21

Vordrosseltemperatur

T22

Luftsammlertemperatur

T-nAGR

AGR-Gemischtemperatur

λs

gemessenes Kraftstoff-Luft-Verhältnis

λT

theoretisches, modellbasiert ermitteltes, Kraftstoff-Luft-Verhältnis

X

Verhältnis der unterschiedlich ermittelten Lambdawerte

Claims (11)

1. Verfahren zur Diagnose eines Zustands (A, R) eines Fahrzeugantriebs (1), aufweisend zumindest die Verfahrensschritte: - (S20) Ermitteln eines theoretischen Verbrennungsluftverhältnisses (λ_T) einer Brennkraftmaschine (2) des Fahrzeugantriebs, - (S30) Ermitteln eines gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses (λ_s) in einer Abgasführung (6) des Fahrzeugantriebs, - (S40) Ermitteln einer Unterschiedsgröße (X) des theoretischen Verbrennungsluftverhältnisses und des gemessenen Verbrennungsluftverhältnisses zueinander dadurch gekennzeichnet, dass (S61) in Abhängigkeit von einem ermittelten Wert der Unterschiedsgröße eine Abbrandmenge (m_R) ermittelt wird.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - (S51) ein Abbrand (A) in einer Sauganlage (4) des Fahrzeugantriebs detektiert wird, wenn die Unterschiedsgröße eine, insbesondere relevante, Abweichung zwischen dem theoretisch ermittelten und dem gemessenen Wert aufzeigt, und/oder - (S52) ein Regelbetrieb (R) in der Sauganlage detektiert wird, wenn die Unterschiedsgröße keine oder keine relevante Abweichung zwischen dem theoretisch ermittelten und dem gemessenen Wert aufzeigt.
3. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterschiedsgröße einen Abbrand aufzeigt, wenn das theoretische Verbrennungsluftverhältnis einen magereren Betrieb aufzeigt als das gemessene Verbrennungsluftverhältnis.
4. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das theoretische Verbrennungsluftverhältnis durch eine modellbasierte Berechnung ermittelt wird.
5. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (S62) in Abhängigkeit von einem ermittelten Wert der Unterschiedsgröße und/oder einer ermittelten Abbrandmenge eine Heizleistung (Q) im Luftsammler ermittelt wird.
6. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (S63) in Abhängigkeit von einem ermittelten Wert der Unterschiedsgröße und/oder einer ermittelten Abbrandmenge und/oder einer ermittelten Heizleistung im Luftsammler eine Temperatur, insbesondere eine Temperaturerhöhung (ΔT) im Vergleich zu einem modellbasierten Temperaturwert (T₂₂) für einen betrachteten Betriebszustand (BZ) der Brennkraftmaschine, in einem Luftsammler (14) des Fahrzeugantriebs ermittelt wird.
7. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (S64) in Abhängigkeit von einem ermittelten Wert der Unterschiedsgröße und/oder einer ermittelten Abbrandmenge und/oder einer ermittelten Heizleistung im Luftsammler und/oder einer Temperatur, insbesondere einer Temperaturerhöhung, im Luftsammler eine Motorfüllung (RF), insbesondere eine Veränderung der Motorfüllung im Vergleich zu einem modellbasierten Wert der Motorfüllung für den betrachteten Betriebszustand der Brennkraftmaschine, ermittelt wird.
8. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass (S70) in Abhängigkeit von einem ermittelten Wert der Unterschiedsgröße oder einer davon abhängig ermittelten Größe eine Ersatzreaktion zur Anpassung einer Motorfüllung ausgewählt und/oder ergriffen wird.
9. Steuermittel (30) zum Detektieren und/oder Bestimmen eines Abbrands (A) in einer Sauganlage (4) einer Brennkraftmaschine (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Steuermittel dazu eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
10. Fahrzeugantrieb (1), aufweisend eine Brennkraftmaschine (2), eine Sauganlage (4) und eine Abgasanlage (6), gekennzeichnet durch ein Steuermittel (30) gemäß Anspruch 9.
11. Fahrzeugantrieb gemäß Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine AbgasrückführLeitung (24), welche dazu eingerichtet ist, die Abgasanlage mit der Sauganlage abgasführend zu verbinden.

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