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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Funktionsprüfung des Sekundärluftsystems eines Verbrennungsmotors. Außerdem betrifft die Erfindung ein Steuergerät.
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Die im Stand der Technik beschriebenen Verbrennungsmotoren weisen üblicherweise ein Sekundärluftsystem auf, welches dazu dient, Sauerstoff unter Umgehung der Brennräume des Verbrennungsmotors in dessen Abgassystem einzubringen bzw. einzublasen. Der dabei in das Abgassystem eingebrachte Sauerstoff hat den Zweck, dass die im Abgas vorhandenen Abgasbestandteile, wie beispielsweise Kohlenmonoxid oder unverbrannte Kohlenwasserstoffe, oxidieren. Solche Oxidationsreaktionen laufen exotherm ab und können daher zur schnellen Aufheizung des Abgases und dadurch von vom Abgas durchströmten Abgasnachbehandlungskomponenten, wie beispielsweise eines Katalysators, insbesondere bei einem Kaltstart, dienen. Eine Fehlfunktion eines derartigen Sekundärluftsystems kann die Aufheizung der Abgasnachbehandlungskomponente und damit allgemein die Abgasnachbehandlung negativ beeinflussen. Daher muss eine derartige Fehlfunktion des Sekundärluftsystems mit On-Board-Mitteln erkannt werden. Eine Fehlfunktion ist insbesondere eine Leckage oder eine Verstopfung des Sekundärluftsystems.
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Im Stand der Technik sind außerdem Verbrennungsmotoren bekannt, welche mehrere Zylindergruppen und ein Abgassystem mit mehreren Abgassträngen aufweisen, wobei jeder Zylindergruppe jeweils ein Abgasstrang zugeordnet ist. Ein derartiger Verbrennungsmotor ist beispielsweise ein V-Motor mit zwei Zylinderbänken und damit zwei Zylindergruppen. Bei derartigen Verbrennungsmotoren muss die Sekundärluft in beide, voneinander abgetrennte Abgasstränge eingeleitet werden, wodurch das Sekundärluftsystem je Abgasstrang jeweils einen Sekundärluftzweig mit jeweils einem Sekundärluftventil aufweist. Hierbei müssen Fehfunktionen in den getrennten Sekundärluftzweigen als solche erkannt und dem betroffenen Sekundärluftzweig zugeordnet werden.
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Ein derartiger Verbrennungsmotor und ein Verfahren zur Überwachung des Sekundärluftsystems ist beispielsweise aus der
DE 10 2006 020 596 A1 bekannt. Hierbei ist jedem Sekundärluftzweig jeweils ein Drucksensor zugeordnet, wobei basierend auf den Sensorsignalen der Drucksensoren eine Fehlfunktion als solche erkannt und dem Sekundärluftzweig zugeordnet werden kann. Außerdem ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass der Druck des Sekundärluftsystems durch einen einzigen Drucksensor erfasst wird und dieser mit einem vordefinierten Schwellenwert abgeglichen wird. Dabei wird bei der Funktionsprüfung zunächst ein erstes, dem ersten Sekundärluftzweig zugeordnetes Ventil geschlossen, ein zweites, dem zweiten Sekundärluftzweig zugeordnetes Ventil geöffnet und der durch den Drucksensor erfasste Druck mit einem vordefinierten Referenzwert abgeglichen. Anschließend wird das zweite Ventil geöffnet, das erste Ventil geschlossen und der erfasste Druck ebenfalls mit einem Referenzwert abgeglichen. Wenn die in den beiden Schritten erfassten Drücke dem Referenzwert entsprechen, liegt keine Fehlfunktion vor. Wenn einer der beiden Drücke vom Referenzwert abweicht, kann eine Fehlfunktion erkannt und eindeutig dem Sekundärluftzweig zugeordnet werden. In einem letzten Schritt werden beide Ventile geschlossen und das Sekundärluftsystem als Gesamtsystem überprüft.
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Problematisch an einer derartigen Funktionsprüfung ist, dass in den beiden Schritten, in welchen eines der beiden Ventile geschlossen ist und das andere Ventil geöffnet ist, der gesamte Sekundärluft-Massenstrom über einen einzigen Sekundärluftzweig strömt und der Verbrennungsmotor zum Ausgleich mit einem unterstöchiometrischen Kraftstoff-Luft-Verhältnis, d.h. mit einem fetten Gemisch, betrieben werden muss. Daraus resultiert, dass die Funktionsprüfung nicht emissionsneutral erfolgt, sondern bei jeder Funktionsprüfung eine gewissen Menge von im Abgas enthaltenen Schadstoffen in die Außenumgebung abströmt.
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Die
JP 2005-163 722 A offenbart einen Verbrennungsmotor mit einer Sekundärlufteinblasung, wobei zur druckbasierten Diagnose des Sekundärluftsystems verschiedene Phasen nacheinander vollständig durchlaufen werden. In einer der Phasen wird die Pumpe aktiviert und zwei Ventile des Sekundärluftsystems werden geschlossen. In einer anderen Phase wird die Pumpe aktiviert und eines der Ventile wird geöffnet, während das andere Ventil geschlossen ist. Die einzelnen Phasen der Diagnose werden immer vollständig durchlaufen.
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Die
DE 10 2015 200 090 A1 offenbart ebenfalls eine Diagnose eines Sekundärluftsystems für einen Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindergruppen, wobei die Sekundärluftventile der verschiedenen Zylindergruppen wechselseitig öffnend bzw. schließend angesteuert werden und der gemessene Druck mit einem Erwartungswert verglichen wird.
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Die Aufgabe der Erfindung ist, ein Verfahren zur Funktionsprüfung eines Sekundärluftsystems des Verbrennungsmotors bereitzustellen, durch welches eine Funktionsprüfung des Sekundärluftsystems mit reduzierten Schadstoffemissionen durchgeführt werden kann.
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Die Erfindung wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
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Das Verfahren zur Funktionsprüfung des Sekundärluftsystems ist bei einem Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindergruppen und einem gemeinsamen Sekundärluftsystem, d.h. einem Sekundärluftsystem mit einer einzigen Sekundärluftpumpe und eine einzigen, von der Sekundärluftpumpe ausgehenden Sekundärluftzuführleitung, anwendbar. Hierbei weist die Sekundärluftzuführleitung beispielsweise eine Y-Form auf, so dass ein erster, einer ersten Zylindergruppe zugeordneter Sekundärluftzweig und ein zweiter, einer zweiten Zylindergruppe zugeordneter Sekundärluftzweig über eine gemeinsame Sekundärluftleitung mit von der Sekundärluftpumpe ausgehenden Sekundärluft versorgt werden. Der Sekundärluftmassenstrom in die den einzelnen Zylindergruppe zugeordneten Abgasstränge eines Abgassystems wird durch jeweils ein Ventil gesteuert. Zur Funktionsprüfung ist ein Drucksensor vorgesehen, welcher den Ist-Druck des Sekundärluftsystems, insbesondere den Druck in Strömungsrichtung der Sekundärluft hinter der Sekundärluftpumpe und vor den Ventilen, erfasst.
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Bei der Funktionsprüfung des Sekundärluftsystems wird die Sekundärluftpumpe aktiviert und es werden zunächst beide Ventile geschlossen, wodurch sich bei einem fehlerfreien Sekundärluftsystems, insbesondere bei einem fluiddichten Sekundärluftsystem und fluiddicht dichtenden Ventile, ein vordefinierter Ist-Druck im Sekundärluftsystem vorliegen sollte. Der Ist-Druck des Sekundärluftsystems bei geschlossenen Ventilen wird durch den Drucksensor erfasst und mit einem ersten Referenzwert verglichen. Der Referenzwert entspricht im Wesentlichen dem im Sekundärluftsystem vorliegenden Druck bei einem fehlerfreien Sekundärluftsystem und geschlossenen Ventilen. Wenn der erfasste Ist-Druck vom Referenzdruck abweicht, wird ein Fehlerfall erkannt bzw. ermittelt. Hierbei ist entscheidend, ob der erfasste Ist-Druck dem Referenzdruck entspricht oder aufgrund einer Leckage des Sekundärluftsystems, insbesondere eines Ventils oder einer Sekundärluftleitung, unterhalb des Referenzdrucks liegt.
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Vorzugsweise sind die beiden Ventile vor dem Schließen beider Ventile offen, wobei der Ist-Druck bei geöffneten Ventilen erfasst wird und mit einem dritten Referenzwert abgeglichen wird. Die offene Stellung beider Ventile liegt insbesondere bei einem sogenannten Katheizen bei einem Kaltstart des Verbrennungsmotors vor. Wenn der ermittelte Ist-Druck von dem dritten Referenzdruck abweicht, wird ein Fehlerfall vermutet. Damit liegt in der bevorzugten Ausgestaltung eine zweifache Funktionsprüfung des Sekundärluftsystems als Gesamtsystem vor. Hierdurch kann einerseits auf eine Leckage des Sekundärluftsystems und andererseits auf eine Verstopfung des Sekundärluftsystems geschlossen werden.
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Erst wenn ein Fehlerfall erkannt wurde, wird eines der beiden Ventile geöffnet und erneut der Ist-Druck des Sekundärluftsystems erfasst. Der erfasste Ist-Druck wird mit einem zweiten Referenzwert abgeglichen. Der zweite Referenzwert entspricht einem Druck des Sekundärluftsystems, welcher zwischen den beiden Druckniveaus liegt, wenn beide Ventil offen sind und beide Ventile geschlossen sind. Bei einer wesentlichen Abweichung zwischen dem erfassten Ist-Druck und dem Referenzwert wird auf einen luftzweigbezogenen Fehlerfall geschlossen. Dieser Verfahrensschritt wird zweimal durchgeführt, wobei zunächst ein erstes, dem ersten Sekundärluftzweig zugeordnetes Ventil geöffnet wird und ein zweites, dem zweiten Sekundärluftzweig zugeordnetes Ventil geschlossen wird, der Ist-Druck erfasst wird und der Ist-Druck mit dem zweiten Referenzwert abgeglichen wird. Anschließend wird das zweite Ventil geöffnet, das erste Ventil geschlossen, und der erfasste Ist-Druck mit dem zweiten Referenzwert abgeglichen.
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Durch eine derartige Funktionsprüfung kann ein Fehlerfall, d.h. eine Leckage oder eine Verstopfung, des Sekundärluftsystems als Gesamtsystem und ein luftzweigbezogener Fehlerfall zuverlässig erkannt werden. Beim luftzweigbezogenen Fehlerfall kann die den Fehlerfall verursachende Fehlerstelle lokalisiert werden, wobei eine Aussage darüber getroffen werden kann, an welchem der beiden Sekundärluftzweigen der Fehlerfall ausgelöst wurde und welche Art des Fehlerfalls, d.h. eine Leckage oder eine Verstopfung, vorliegt. Dabei kann beispielsweise auf eine Leckage am ersten, dem ersten Sekundärluftzweig zugeordneten Ventil geschlossen werden, wenn das erste Ventil geschlossen ist und das zweite Ventil vollständig geöffnet ist, wobei der durch den Drucksensor erfasste Ist-Druck unterhalb des zweiten Referenzdrucks liegt. Anderenfalls kann beispielsweise eine Verstopfung des ersten Sekundärluftzweigs erkannt werden, wenn das erste Ventil geöffnet wird und das zweite Ventil geschlossen wird, wobei der durch den Drucksensor erfasste Ist-Druck über dem zweiten Referenzdruck liegt.
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Eine derartige Funktionsprüfung des Sekundärluftsystems erfolgt vielfach im Betrieb des Verbrennungsmotors, wobei bei einem fehlerfreien Sekundärluftsystem keine weiteren Maßnahmen erfolgen müssen. Bei einer aus dem Stand der Technik bekannten Funktionsprüfung des Sekundärluftsystems, bei welcher initial eines der beiden Ventile geschlossen wird und das andere Ventil geöffnet wird, muss, wie bereits erläutert, der Verbrennungsmotor mit einem fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben werden. Auch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren trifft zu, dass bei einem geöffneten Ventil und einem geschlossenen Ventil der Verbrennungsmotor mit einem fetten Kraftstoff-Luft-Gemisch betrieben werden muss. Der entscheidende Unterschied zwischen der aus dem Stand der Technik bekannten und der erfindungsgemäßen Funktionsprüfung ist, dass beim erfindungsgemäßen Verfahren der erste Schritt emissionsneutral ist und damit bei einer wiederkehrenden Funktionsprüfung und einem fehlerfreien Sekundärluftsystem keine Schadstoffemission an die Umgebung ausgestoßen werden. Der die Schadstoffemissionen verursachende Verfahrensschritt erfolgt erst und ausschließlich dann, wenn bereits im ersten Schritt ein Fehlerfall des Sekundärluftsystems als Gesamtsystem erkannt wurde.
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Auf diese Weise kann die Funktionsprüfung des Sekundärluftsystems mit einem reduzierten Schadstoffausstoß erfolgen.
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Die Aufgabe wird außerdem durch ein Steuergerät gelöst, welches eingerichtet ist, die Verfahrensschritte der Ansprüche 1 und 2 auszuführen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
- 1 zeigt schematisch einen Verbrennungsmotor, und
- 2 zeigt ein Flussdiagramm als Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt einen Verbrennungsmotor 10, welcher beispielsweise als V-Motor ausgeführt ist. Der Verbrennungsmotor 10 weist eine erste Zylindergruppe 20 mit mehreren Zylindern 22, 24, 26, 28 und eine zweite Zylindergruppe 30 mit mehreren Zylindern 32, 34, 36, 38 auf. Die im Betrieb des Verbrennungsmotors 10 entstehenden Abgase beider Zylindergruppe 20, 30 werden durch ein Abgassystem 40 abgeführt, wobei das Abgassystem zwei Abgasstränge 42, 44 aufweist. Der erste Abgasstrang 42 ist der ersten Zylindergruppe 20 zugeordnet. Der zweite Abgasstrang 44 ist der zweiten Zylindergruppe 30 zugeordnet. Beide Abgasstränge 42, 44 werden zusammengeführt bevor das Abgas eine Abgasnachbehandlungskomponente 46, insbesondere einen Katalysator, durchströmt. Ferner weist der Verbrennungsmotor ein Lufteinlasssystem 50 zur Einleitung von Luft in die Zylinder 22, 24, 26, 28, 32, 34, 36, 38 auf.
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Der Verbrennungsmotor 10 weist außerdem ein Sekundärluftsystem 60 mit einer Sekundärluftpumpe 62, einem ersten Ventil 64, einem zweiten Ventil 66 und einem Drucksensor 68 auf. In der Darstellung der 1 wird ein von der Sekundärluftpumpe 62 geförderter Sekundärluftstrom auf einen ersten Sekundärluftzweig 63 und einen zweiten Sekundärluftzweig 65 aufgeteilt. Dabei ist die Aufteilung durch eine entsprechende Ansteuerung der Ventile 64, 66 steuerbar.
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Die beiden Ventile 64, 66 stellen daher jeweils einen steuerbaren Sekundärluftquerschnitt dar. Zur Steuerung der Ventile 64, 66 und der Sekundärluftpumpe 62 ist ein Steuergerät 70 vorgesehen. Das Steuergerät 70 ist außerdem mit dem Drucksensor 68 signalmäßig verbunden. Der Drucksensor 68 misst den Ist-Druck, der im Sekundärluftsystem 60, d.h. zwischen der Sekundärluftpumpe 62 und den Ventilen 64, 66 herrscht, wobei die Messwerte des Drucksensors 68 von dem Steuergerät 70 verarbeitet werden. Das Steuergerät 70 kann ein eigenständiges Steuergerät zur Steuerung des Sekundärluftsystems 60 oder ein Bestandteil eines übergeordneten Steuergeräts sein, beispielsweise eines Motorsteuergeräts, das zum Beispiel auch die Kraftstoffdosierung und/oder Zündung des Verbrennungsmotors 10 steuert.
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Das Steuergerät 70 ist dazu eingerichtet, insbesondere programmiert, den Ablauf eines Verfahrens zur Funktionsprüfung des Sekundärluftsystems 60 zu steuern, wobei durch die Funktionsprüfung Fehlerfälle, insbesondere Undichtigkeiten und Verstopfungen, des Sekundärluftsystems 60 erkannt werden und basierend darauf entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden.
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Die Funktionsprüfung des Sekundärluftsystems 60 erfolgt in mehreren Schritten, welche in 2 anhand eines Flussdiagramms gezeigt sind. In einem Schritt 82 werden bei aktivierter Sekundärluftpumpe 62 beide Ventile 64, 66 geschlossen, wodurch sich bei einem fehlerfreien Sekundärluftsystem 60 ein vordefinierter Ist-Druck im Sekundärluftsystem 60 herrschen sollte. Anschließend wird der tatsächlich vorliegende Ist-Druck durch den Drucksensor 68 erfasst und im Steuergerät 70 mit einem ersten, im Steuergerät 70 hinterlegten Referenzwert verglichen. Der erste Referenzwert entspricht im Wesentlichen dem im Sekundärluftsystem 60 vorliegenden Druck bei einem fehlerfreien Sekundärluftsystem 60 und geschlossenen Ventilen 64, 66. Wenn der vom Drucksensor 68 erfasste Ist-Druck vom ersten Referenzdruck abweicht, wird ein Fehlerfall festgestellt. Hierbei wird insbesondere geprüft, ob der erfasste Ist-Druck unterhalb des ersten Referenzdrucks liegt, wobei hierbei eine Leckage des Sekundärluftsystems 60 vorliegen würde. Zusätzlich wird in einem dem Schritt 82 vorgeschalteten Schritt 80 bei einem sogenannten Katheizen, bei welchem beide Ventile 64, 66 offen sind, der Ist-Druck durch den Drucksensor 68 erfasst und mit einem dritten Referenzwert abgeglichen. Wenn der ermittelte Ist-Druck von dem dritten Referenzdruck abweicht, kann bereits ein Fehlerfall vermutet werden.
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Wenn kein Fehlerfall im Schritt 82 festgestellt wurde, ergibt sich eine Meldung 84, dass kein Fehlerfall vorliegt. Wenn ein Fehlerfall im Schritt 82 erkannt wurde, erfolgt eine Lokalisierung der Fehlerstelle durch die Schritte 86, 90, wobei ein luftzweigbezogener Fehlerfall ermittelt wird. Dabei wird im Schritt 86 durch die Ansteuerung der Ventile 64, 66 durch das Steuergerät 70 zunächst ein erstes, dem ersten Sekundärluftzweig 63 zugeordnetes Ventil 64 geschlossen und ein zweites, dem zweiten Sekundärluftzweig 65 zugeordnetes Ventil 66 geöffnet. Anschließend wird der Ist-Druck des Sekundärluftsystems 60 durch den Drucksensor 68 erfasst und mit einem zweiten, im Steuergerät 70 hinterlegten Referenzwert abgeglichen. Falls eine Abweichung zwischen dem erfassten Ist-Druck und dem zweiten Referenzwert vorliegt, wird auf einen Fehlerfall geschlossen und dieser durch den Schritt 88 ausgegeben. Der festgestellte Fehlerfall kann hierbei eine Undichtigkeit am ersten Sekundärluftzweig 63 oder auch eine Verstopfung am zweiten Sekundärluftzweig 65 sein. In Schritt 90 werden die Ventile 64, 66 durch das Steuergerät 70 derart angesteuert, dass das erste Ventil 64 geschlossen wird und das zweite Ventil 66 geöffnet wird. Anschließend wird erneut der Ist-Druck des Sekundärluftsystems 60 durch den Drucksensor 68 erfasst und mit dem zweiten Referenzwert abgeglichen. Falls eine Abweichung zwischen dem erfassten Ist-Druck und dem zweiten Referenzwert vorliegt, wird auf einen Fehlerfall geschlossen und dieser durch den Schritt 92 ausgegeben. Der festgestellte Fehlerfall kann hierbei eine Undichtigkeit am zweiten Sekundärluftzweig 65 oder auch eine Verstopfung am ersten Sekundärluftzweig 63 sein.
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Auf diese Weise kann grundsätzlich ein Fehlerfall des Sekundärluftsystems 60 sowie die Art und die Stelle des Fehlerfalls erkannt werden. Entscheidend bei dem vorliegenden Verfahren zur Funktionsprüfung ist, dass bei einem fehlerfreien Sekundärluftsystem 60 und einer wiederholenden Funktionsprüfung keine an die Außenumgebung abströmenden Schadstoffemissionen durch die Funktionsprüfung verursacht werden.
