DE102023204320B3

DE102023204320B3 - Verfahren zur Modellierung des Drucks in einem eine Sekundärluftpumpe aufweisenden Sekundärluftsystem eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102023204320B3
Application number: DE102023204320.3A
Authority: DE
Inventors: Jaroslav Lipa
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2023-05-10
Filing date: 2023-05-10
Publication date: 2024-04-18
Anticipated expiration: 2043-05-11

Abstract

Verfahren zur Modellierung des Drucks in einem eine Sekundärluftpumpe aufweisenden Sekundärluftsystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend- Modellierung eines statischen Anteils Ps, wobei Ps aus einem von einer Bordspannung abhängigen Basisdruck Pvdadurch ermittelt wird, dass Pvauf Umgebungseinflüsse korrigiert wird, und- Modellierung eines Adaptionsanteils, umfassend- Messung eines Drucks Pmesim Sekundärluftsystem,- Rückwärtskorrektur des gemessenen Drucks Pmesauf Umgebungseinflüsse zur Ermittlung eines Druckes Pv' und- Ermittlung der Differenz aus dem Druck Pv' und dem Basisdruck Pvund Adaption über einen PT1-Filter, um den Adaptionsteil Pazu erhalten,- Ermittlung eines Druckmodellwerts Pmdurch Addition des statischen Anteils Pvund des Adaptionsteils Pa.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Modellierung des Drucks in einem eine Sekundärluftpumpe aufweisenden Sekundärluftsystem eines Kraftfahrzeugs, wobei die Sekundärluftpumpe mit einer Bordspannung betrieben wird. Sie betrifft ferner ein Verfahren zur Diagnose eines Sekundärluftsystems eines Kraftfahrzeugs.
Die Schadstoffemissionen eines Ottomotors können durch die katalytische Nachbehandlung in einem Abgaskatalysator reduziert werden. Für ein optimales Ergebnis muss der Abgaskatalysator seine Betriebstemperatur erreichen. Da in einem Abgastest der Großteil der Emissionen aufgrund des nicht betriebswarmen Katalysators emittiert werden, ist ein schnelles Erreichen der Betriebstemperatur vorteilhaft. Dies gilt für jede Aufwärmphase des Katalysators, beispielsweise bei einem Kaltstart des Motors oder in einem Hybrid-Fahrzeug beim Umschalten zwischen verschiedenen Betriebsmodi.
Die Aufheizung des Abgaskatalysators kann durch eine Sekundärlufteinblasung in den Abgastrakt des Verbrennungsmotors beschleunigt werden. Dabei fördert die Sekundärluftpumpe die Luft über ein Sekundärluftventil hinter die Auslassventile der Verbrennungskraftmaschine in das Abgas. Die exotherme Reaktion der Sekundärluft mit dem unverbrannten Kraftstoff im heißen Abgas und dessen weitere Oxidation vor und im Abgaskatalysator führt zu einer beschleunigten Aufheizung des Abgaskatalysators auf seine Betriebstemperatur und zu einer Reduzierung der Rohemissionen vor dem Katalysator.
Damit können Schadstoffemissionen in der Warmlaufphase des Verbrennungsmotors reduziert und die Betriebstemperatur des Katalysators schneller erreicht werden.
Aus Dokument DE 10 2021 209 417 A1 ist ein Verfahren zum Ermitteln einer mittels einer elektrischen Luftpumpe in einer Abgasanlage einer Brennkraftmaschine bereitgestellten Luftmenge bekannt. Dabei wird zumindest ein Ansteuerparameter der Luftpumpe und der bereitgestellte Luftmassenstroms anhand einer Rechenvorschrift aus dem zumindest einen Ansteuerparameter unter Verwendung einer Trägheit der Luftpumpe ermittelt.
Aufgrund von gesetzgeberischen Forderungen muss das Sekundärluftsystem während seines Betriebes überwacht werden. Für die Diagnose des Sekundärluftsystems ist ein Sekundärluftdrucksensor zwischen dem Sekundärluftventil und der Sekundärluftpumpe verbaut. Der an dieser Stelle gemessene Sekundärluftdruck wird während der Diagnosephasen mit einem Druckmodellwert verglichen und die Abweichung wird für die Diagnose des Sekundärluftsystems verwendet. Liegt diese Abweichung über einem vordefinierten Schwellwert, wird das Sekundärluftsystem als defekt erkannt.
Ein Diagnosesystem für ein System zur Sekundärlufteinblasung ist beispielsweise aus Dokument DE 103 44 910 A1 bekannt. Über eine Pumpe wird dabei über eine Rohrleitung Luft an das Abgassystem geliefert, und der Luftstrom durch die Rohrleitung wird durch ein Ventil gesteuert. Der Druck in der Rohrleitung wird mittels eines Drucksensors gemessen. Mittels eines Controllers, wird ein Druck in der Rohrleitung während erster, zweiter und dritter Betriebsphasen des Systems zur Sekundärlufteinblasung vorhergesagt und mit dem gemessenen Druck verglichen, um Systemstörungen des Systems zur Sekundärlufteinblasung zu identifizieren.
Dokument DE 10 2014 210 884 A1 offenbart ein Verfahren zum Bestimmen der Pumpleistung einer Pumpe eines Sekundärluftsystems für eine Brennkraftmaschine. Dabei wird mittels eines Drucksensors ein Ist-Druck stromabwärts von der Pumpe gemessen. Basierend auf dem gemessenen Ist-Druck wird ein Dynamik-Druck ermittelt, der charakteristisch ist für Änderungen des gemessenen Ist-Drucks, die von dem dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine verursacht werden. Weiterhin wird ein Basis-Drucks basierend auf aktuell vorliegenden Betriebsbedingungen des Sekundärluftsystems ermittelt.
Dann wird basierend auf dem ermittelten Basis-Druck und dem ermittelten Dynamik-Druck ein Modell-Druck ermittelt, worauf die Pumpleistung basierend auf einem Verhältnis zwischen dem berechneten Modell-Druck und dem gemessenen Ist-Druck bestimmt wird.
Das Druckmodell des Sekundärluftsystems ist abhängig von der Batteriespannung, der Umgebungstemperatur, dem Umgebungsdruck sowie dem Abgasgegendruck. Der Sollwert (Modellwert) wird auf empirischer Basis abhängig von diesen Größen ermittelt. Bei konstanten Bedingungen für Umgebungsdruck, Umgebungstemperatur sowie Abgasgegendruck ist der Druck in dem Sekundärluftsystem direkt abhängig von der Batteriespannung, da die Sekundärluftpumpe typischerweise nicht regelbar ist und ihre Pumpendrehzahl proportional zur Batteriespannung ist.
Sekundärluftpumpen weisen eine Produktionstoleranz auf, sodass der Druck im Sekundärluftsystem auch bei ansonsten identischen Bedingungen von einem System zum anderen variiert. Das Druckmodell wird daher mit einer „durchschnittlichen“ Pumpe aus der jeweiligen Produktionscharge kalibriert und die Diagnosegrenzen werden über die Verwendung von jeweils einer Pumpe mit dem schlechtesten und einer mit dem besten Wirkungsgrad aus der Produktionscharge eingestellt.
Die Kalibration des Druckmodells ist jedoch sehr zeitaufwendig und technisch herausfordernd. Insbesondere verursacht jeder Pumpenwechsel an einem Fahrzeug einen zeitlichen Aufwand und zusätzliche Kosten. Zudem weist das Druckmodell und damit auch die Diagnose des Sekundärluftsystems keine ausreichende Genauigkeit auf, um besonders strenge gesetzliche Vorgaben zu erfüllen, und es besteht die Gefahr, dass die Diagnose in Grenzbereichen falsche Ergebnisse liefert.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Modellierung des Drucks in einem Sekundärluftsystem anzugeben, das die beschriebenen Nachteile nicht aufweist und insbesondere eine besonders hohe Genauigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird gelöst mit dem Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Modellierung des Drucks in einem eine Sekundärluftpumpe aufweisenden Sekundärluftsystem eines Kraftfahrzeugs angegeben. Das Fahrzeug umfasst die Modellierung eines statischen Anteils Ps, wobei Ps aus einem von einer Bordspannung abhängigen Basisdruck P_v dadurch ermittelt wird, dass P_v auf Umgebungseinflüsse korrigiert wird. Ferner umfasst das Verfahren die Modellierung eines Adaptionsanteils, umfassend die Messung eines Drucks P_mes im Sekundärluftsystem, die Rückwärtskorrektur des gemessenen Drucks P_mes auf Umgebungseinflüsse zur Ermittlung eines Druckes P_v' sowie die Ermittlung der Differenz aus dem Druck P_v' und dem Basisdruck P_v und Adaption über einen PT1-Filter, um den Adaptionsteil P_a zu erhalten. Schließlich wird ein Druckmodellwert P_m durch Addition des statischen Anteils P_v und des Adaptionsteils P_a ermittelt.
Das Druckmodell besteht somit aus zwei Teilen, einem statischen Teil, in welchem der statische Anteil Ps berechnet wird, und einem Adaptionsteil, in welchem der Adaptionsteil P_a berechnet wird. Bei der Modellierung des statischen Anteils Ps wird aus der aktuellen Bordspannung der Basisdruck P_v berechnet, der unter Standardbedingungen herrschen würde. Dieser wird auf Umgebungseinflüsse korrigiert, um den statischen Anteil Ps zu erhalten.
Zur Modellierung des Adaptionsanteils wird zunächst der aktuell im Sekundärluftsystem herrschende Druck P_mes gemessen, wozu der im Sekundärluftsystem verbaute Drucksensor verwendet wird. Dieser Messwert des Drucks wird rückwärtskorrigiert, um die Umgebungseinflüsse herauszurechnen und den auf Standardbedingungen bezogenen Druck P_v' zu erhalten. Die Differenz aus dem Druck P_v' und dem Basisdruck P_v wird über einen PT1-Filter adaptiert, um den Adaptionsteil P_a zu erhalten. Der Adaptionsteil modelliert somit die Produktionstoleranz der Pumpe, da die Eigenschaften der Pumpe über die Messung des Drucks im Sekundärluftsystem berücksichtigt werden.
Schließlich werden beide Teile des Druckmodells addiert, um den Druckmodellwert P_m zu erhalten, der sich für eine Diagnose des Sekundärluftsystems eignet.
Das Verfahren hat den Vorteil, dass es die Berücksichtigung von Produktionstoleranzen der Sekundärluftpumpe erlaubt und somit besonders genau ist. Zudem hat das Verfahren den Vorteil, dass keine neue Kalibrierung bei einem Pumpenwechsel notwendig ist. Die Kalibration des statischen Teils des Druckmodells und der Diagnose wird lediglich für eine durchschnittliche Pumpe gemacht. Somit ist das Verfahren besonders genau und erfordert zudem einen geringeren technischen Aufwand.
Gemäß einer Ausführungsform wird die Bordspannung gemessen und der Basisdruck P_v aus einem bekannten Zusammenhang zwischen Bordspannung und Druck im Sekundärluftsystem ermittelt. Der Zusammenhang zwischen Bordspannung und Druck im Sekundärluftsystem kann insbesondere empirisch ermittelt und in einem Speicher des Fahrzeugs abgelegt worden sein.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Zusammenhang zwischen Bordspannung und Druck im Sekundärluftsystem für eine durchschnittliche Sekundärluftpumpe einer Produktionscharge ermittelt.
Als Umgebungseinflüsse, auf die der Basisdruck P_v korrigiert wird und die für die Rückwärtskorrektur des gemessenen Druckes P_mes verwendet werden, können insbesondere eine Umgebungstemperatur und/oder ein Umgebungsdruck und/oder ein Abgasgegendruck verwendet werden. Es können auch Proxies für diese Größen verwendet werden, beispielsweise eine Höhe über dem Meeresspiegel für den Umgebungsdruck.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Diagnose eines Sekundärluftsystems eines Kraftfahrzeugs angegeben, umfassend die Messung des Drucks P_mes im Sekundärluftsystem, die Modellierung des Drucks im Sekundärluftsystem gemäß dem beschriebenen Verfahren sowie den Vergleich des modellierten Druckmodellen Werts P_m mit dem gemessenen Druck P_mes, wobei ein Fehler festgestellt wird, wenn die Abweichung des modellierten Druckmodellwerts P_m von dem gemessenen Druck P_mes einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Dabei kann der vorgegebene Wert insbesondere einer Produktionstoleranz der Sekundärluftpumpe entsprechen und durch empirische Messungen an der betreffenden Produktionscharge ermittelt werden.
Gemäß einer Ausführungsform wird der Adaptionsteil des Druckmodells zurückgesetzt und die Adaption gesperrt, wenn die Abweichung des modellierten Druckmodellwerts P_m von dem gemessenen Druck P_mes den vorgegebenen Wert überschreitet.
Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielhaft beschrieben.

1 zeigt eine Skizze des Druckmodells für ein Verfahren zur Modellierung des Drucks in einem Sekundärluftsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung und
2 zeigt ein Ablaufdiagramm für das Verfahren zur Modellierung des Drucks in einem Sekundärluftsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Wie 1 zu entnehmen ist, setzt sich das Druckmodell aus zwei Teilen zusammen, nämlich einem statischen Teil in der oberen Hälfte der Figur und einen Adaptionsteil in der unteren Hälfte der Figur. Die Ergebnisse beider Teile werden zusammengeführt, um einen finalen Druckmodellwert P_m zu erhalten.
Im statischen Teil des Druckmodells wird eine Pumpe P mit einer Batteriespannung V_B betrieben. Die Pumpendrehzahl ist proportional zu der Batteriespannung V_B.
Aus der gemessenen Batteriespannung V_B wird ein Basisdruck Pv berechnet, der unter Standardbedingungen durch die Pumpe P für die gegebene Batteriespannung im Sekundärluftsystem bereitgestellt wird. Dieser Basisdruck Pv ist in der Umgebung U verschiedenen Einflüssen ausgesetzt, insbesondere einem Umgebungsdruck (AMP), einer Umgebungstemperatur (TAM) und einem Abgasgegendruck (EGBP). Der Basisdruck Pv wird daher korrigiert auf diese Umgebungseinflüsse, um den modellierten Druck P_s aus dem statischen Teil zu erhalten.
Im Adaptionsteil des Modells wird ein weiterer Beitrag zu dem Druckmodellwert P_m ermittelt, wobei dieser Beitrag Produktionstoleranzen der Sekundärluftpumpe berücksichtigt. Dazu wird durch den Sekundärluftdrucksensor S einen Druck P_mes im Sekundärluftsensor gemessen. Dieser ist abhängig von der Sekundärluftpumpe und somit auch von ihren Produktionstoleranzen. Der gemessene Druck P_mes wird rückwärtskorrigiert auf die bereits erwähnten Umgebungseinflüsse, insbesondere Umgebungsdruck (AMP), Umgebungstemperatur (TAM) und Abgasgegendruck (EGBP).
Es wird ein aus dem gemessenen Druck P_mes berechneter Druck P_V' bei Standardbedingungen erhalten. Dieser wird mit dem Basisdruck Pv aus dem statischen Teil des Druckmodells verglichen. Falls es sich bei der Sekundärluftpumpe um eine exakt durchschnittliche Pumpe handelt, ist keine Abweichung zwischen P_V und P_V' zu erwarten. Typischerweise wird jedoch eine von Null verschiedene Differenz zwischen Pv und P_V' ermittelt werden. Diese Differenz wird über einen PT1-Filter adaptiert und nach der Adaption A als Adaptionsteil des Druckmodells P_a ausgegeben. P_a ist somit der Beitrag aus dem Adaptionsteil des Druckmodells, während Ps der Beitrag aus dem statischen Teil ist. Schließlich werden P_a und Ps addiert, um den finalen Druckmodellwert P_m zu erhalten. Der Druckmodellwert P_m kann anschließend für die Diagnose des Sekundärluftsystems verwendet werden, insbesondere kann er mit einem gemessenen Drucksignal des Drucksensors verglichen werden, um das Sekundärluftsystem zu diagnostizieren und insbesondere eine Leckage, eine Blockade oder andere Probleme wie beispielsweise verkokte Kanäle oder eine fehlerhaft eingeblasene Luftmenge festzustellen.
2 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Modellierung des Drucks in einem Sekundärluftsystem gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Zunächst werden die Basisdrücke P_V und P_V' wie bereits anhand von 1 erläutert ermittelt. Anschließend wird die Differenz P_V - P_V' berechnet und mit einer Produktionstoleranz der Sekundärluftpumpe verglichen. Ist die ermittelte Differenz kleiner als die Produktionstoleranz, so wird sie über einem PT1-Filter adaptiert und anschließend zur Berechnung des Druckmodellwerts P_m verwendet. Ist die Differenz P_V - P_V' jedoch größer als die Produktionstoleranz der Sekundärluftpumpe, so wird der Adaptionsteil zurückgesetzt
Bezugszeichenliste

VB: Batteriespannung
P: Pumpe
U: Umgebung
S: Sensor
A: Adaption
PV: Basisdruck
Pmes: gemessener Druck
PV': rückwärtskorrigierter Druck
Ps: statischer Anteil
Pa: Adaptionsteil
Pm: Druckmodellwert
AMP: Umgebungsdruck
TAM: Umgebungstemperatur
EGBP: Abgasgegendruck

Claims

Verfahren zur Modellierung des Drucks in einem eine Sekundärluftpumpe aufweisenden Sekundärluftsystem eines Kraftfahrzeugs, umfassend - Modellierung eines statischen Anteils Ps, wobei Ps aus einem von einer Bordspannung abhängigen Basisdruck P_v dadurch ermittelt wird, dass P_v auf Umgebungseinflüsse korrigiert wird, und - Modellierung eines Adaptionsanteils, umfassend - Messung eines Drucks P_mes im Sekundärluftsystem, - Rückwärtskorrektur des gemessenen Drucks P_mes auf Umgebungseinflüsse zur Ermittlung eines Druckes P_v' und - Ermittlung der Differenz aus dem Druck P_v' und dem Basisdruck P_v und Adaption über einen PT1-Filter, um den Adaptionsteil P_a zu erhalten, - Ermittlung eines Druckmodellwerts P_m durch Addition des statischen Anteils P_v und des Adaptionsteils P_a.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bordspannung gemessen und der Basisdruck P_v aus einem bekannten Zusammenhang zwischen Bordspannung und Druck im Sekundärluftsystem ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Zusammenhang zwischen Bordspannung und Druck im Sekundärluftsystem für eine durchschnittliche Sekundärluftpumpe einer Produktionscharge ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei als Umgebungseinflüsse eine Umgebungstemperatur und/oder ein Umgebungsdruck und/oder ein Abgasgegendruck verwendet wird.
Verfahren zur Diagnose eines Sekundärluftsystems eines Kraftfahrzeugs, umfassend - die Messung des Drucks P_mes im Sekundärluftsystem, - die Modellierung des Drucks im Sekundärluftsystem gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 sowie - den Vergleich des modellierten Druckmodellwerts P_m mit dem gemessenen Druck P_mes, wobei ein Fehler festgestellt wird, wenn die Abweichung des modellierten Druckmodellwerts P_m von dem gemessenen Druck P_mes einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der vorgegebene Wert einer Produktionstoleranz der Sekundärluftpumpe entspricht.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, wobei der Adaptionsteil zurückgesetzt und die Adaption gesperrt werden, wenn die Abweichung des modellierten Druckmodellwerts P_m von dem gemessenen Druck P_mes den vorgegebenen Wert überschreitet.