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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug
mit einem Verbrennungsmotor mit zugeordnetem Sekundärluftlader
zum Einblasen von Sekundärluft
in ein Abgasrohr des Verbrennungsmotors, wobei der Sekundärluftlader
eine in einem Bypass zu einer zu einem Saugrohr des Verbrennungsmotors
führenden Frischluftleitung
angeordnete, über
ein im Bypass angeordnetes Regelventil mit Frischluft beaufschlagbare
Turbine und einen über
diese antreibbaren Verdichter aufweist.
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Ein Sekundärluftsystem für ein Kraftfahrzeug der
eingangs genannten Art ist beispielsweise aus
DE 196 41 467 C2 bekannt.
Das Einblasen von Sekundärluft
in das Abgasrohr des Verbrennungsmotors dient zur Verbesserung der
Aufoxidation der Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxyde. Der Sekundärluftlader
selbst umfasst eine Turbine und einen Verdichter, wobei die Turbine
in einem Bypass zur zu einem Saugrohr des Verbrennungsmotors führenden
Frischluftleitung angeordnet ist und aufgrund einer herrschenden
Druckdifferenz zwischen Saugrohrdruck und Umgebungsdruck bei geöffnetem
Regelventil betrieben wird. Über
die Turbine wird der Verdichter angetrieben, der dann die Sekundärluft in en
Abgasstrang des Motors bläst.
Ein solches Sekundärluftsystem
kommt weitgehend ohne elektrische oder elektromechanische Komponenten
aus, der eigentliche Luftzufuhrbetrieb erfolgt rein pneumatisch.
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Da immer strengere Anforderungen
an die Vollständigkeit
der Verbrennung und damit die möglichst
schadstofffreie Zusammensetzung des Abgases gestellt werden kommt
der Funktion des Sekundärluftladers
eine zentrale Bedeutung zu. Der Sekundärluftlader wird in der Regel
dann genutzt, wenn das Fahrzeug im kalten Zustand gestartet wird,
da hierdurch der Katalysator schnell auf Betriebstemperatur gebracht
werden kann. Das schnelle Errei chen der Katalysatorbetriebstemperatur
ist aber häufig
auch eine Voraussetzung für
die Zulassung eines neuen Kraftfahrzeugtyps, so dass eine korrekte
Funktion des Sekundärluftladers
eine wichtige Betriebsvoraussetzung ist.
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Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein
Kraftfahrzeug anzugeben, bei dem die Möglichkeit einer Funktionskontrolle
des Sekundärluftladers gegeben
ist.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei
einem Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen,
dass Mittel zum Erfassen und Auswerten wenigstens eines sich bei
durch eine Inbetriebnahme des Sekundärluftladers einstellenden oder ändernden
Parameters sowie zum Ausgeben eines Fehlersignals bei einer auswertungsbedingten
Ermittlung eines nicht oder nicht ordnungsgemäß arbeitenden Sekundärluftladers
vorgesehen sind.
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Wird beim erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug
der Sekundärluftlader
durch Öffnen
des Regelventils, das erst den Betrieb der den Verdichter antreibenden
Turbine ermöglicht,
in Betrieb genommen, so erfolgt im Wesentlichen unmittelbar damit
die Erfassung wenigstens eines Parameters, der ein Maß für den ordnungsgemäßen oder
nicht ordnungsgemäßen Betrieb
des Sekundärluftladers
darstellt. Dieser Parameter muss sich beispielsweise bei einer korrekten
Inbetriebnahme in einer bestimmten Weise ändern oder es muss sich der
Parameter in einer bestimmten Weise bei einem ordnungsgemäß arbeitenden
Sekundärluftlader
einstellen, was im Rahmen der Auswertung des Parameters überprüft wird.
Ergibt nun die Auswertung, dass der erfasste Parameter sich nicht
oder nicht hinreichend ändert
bzw. sich der überwachte
Parameter nicht eingestellt hat, so liegt der Schluss nahe, dass
der Sekundärluftlader nicht
oder nicht ordnungsgemäß arbeitet.
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Es wird also eine Diagnose des Sekundärluftladers
bei Inbetriebnahme desselben vorgeschlagen, die ein exaktes Erfassen
seiner Funktionstüchtigkeit
ermöglicht.
Ergibt die Auswertung, dass der Sekundärluftlader nicht ordnungsgemäß arbeitet,
so sind die Erfassungs- und Auswertemittel zum Aus geben eines Fehlersignals
ausgebildet, das in noch zu beschreibender Weise verwendet bzw.
verarbeitet werden kann.
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Insgesamt kann durch die vorzugsweise
bei jeder Inbetriebnahme des Sekundärluftladers – die letztlich
primär
nur beim Kaltstart des Kraftfahrzeugs erfolgt – erfolgende Funktionsdiagnose
eine kontinuierliche Funktionskontrolle erfolgen, etwaige Fehler im
Sekundärluftlader
können
sofort erkannt werden.
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Als Parameter kann über die
Erfassungs- und Auswertemittel jedweder physikalische oder mechanische
Parameter erfasst werden, der in irgendeiner Weise ein Maß für den Betrieb
des Sekundärluftladers
darstellt, der sich also bei ordnungsgemäßem Ladenbetrieb ändert oder
einstellt. Beispielsweise kann als Parameter die Position einer
in der Frischluftleitung angeordneten Drosselklappeneinrichtung erfasst
werden, das heißt
die Mittel sind zur Erfassung der Klappenposition ausgebildet. Wird
das Regelventil geöffnet
und damit der Sekundärluftlader zugeschalten,
so wird aus der Frischluftleitung, die zur Ansaugseite des Motors
führt, über den
Bypass ein bestimmter Luftanteil geführt, der die Turbine antreibt
und der anschließend
hinter der in der Frischluftleitung angeordneten Drosselklappeneinrichtung wieder
in die Frischluftleitung eingeblasen wird. Um aufgrund des Luftüberschusses
eine Erhöhung
der Motordrehzahl zu vermeiden, muss aufgrund des zusätzlichen
Lufteintrags die Drosselklappe in ihrer Position verändert werden,
so dass der Frischluftstrom, der direkt über die Frischluftleitung zur
Ansaugseite des Motors geführt
wird, entsprechend reduziert wird. Die Drosselklappeneinrichtung
muss sich also bei ordnungsgemäß arbeitender
Turbine in ihrer Position ändern. Ändert sich
die Klappenposition jedoch nicht, so arbeitet das Sekundärluftladersystem
voraussichtlich nicht ordnungsgemäß. Wird die Drosselklappe jedoch
um einen bestimmten Winkel geschlossen als ohne zugeschaltetem Sekundärluftlader
so arbeitet das System korrekt. Wenngleich die Klappenverstellung
kein unmittelbares Indiz für
die Funktion der Turbine ist, so kann dennoch indirekt darauf geschlossen
werden, da die Klappe nur bei einer Änderung der pneumatischen Verhältnisse,
eben hervorgerufen durch den Turbinenbetrieb, betätigt wird.
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Für
eine einfache Auswertung ist es zweckmäßig, wenn die Mittel zum Vergleichen
des erfassten Drosselklappenwinkels mit einem die Position der Drosselklappe
vor dem Öffnen
des Regelventils beschreibenden Parameter oder mit einem vorbestimmten
Schwellwert ausgebildet sind. Es erfolgt also entweder ein Vergleich
der Ist-Position nach Zuschalten des Sekundärluftladers mit der Ist-Position vor
dem Zuschalten, die entweder ebenfalls vorab gemessen wurde, oder
die einen definierten Wert bei Stillstand des Motors aufweist. Alternativ
dazu besteht auch die Möglichkeit,
die erfasste Ist-Position mit
einem vorbestimmten Schwellwert unabhängig von dem Klappenwert vor
dem Zuschalten des Systems zu vergleichen.
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Als weiterer, entweder selbstständig oder
zusätzlich
erfassbarer Parameter ist die Drehzahl des Verbrennungsmotors zu
nennen, das heißt
die Mittel sind zur Drehzahlerfassung und zum Auswerten des erfassten
Drehzahlparameters ausgebildet. Im Idealfall erhöht sich bei korrekt arbeitendem
Sekundärluftladersystem
die Motordrehzahl bei Betrieb der Turbine nicht, wenn die Drosselklappe
korrekt verstellt und damit die über
die Frischluftleitung angesaugte Luftmasse reduziert wird. Wird
also eine Drehzahlerhöhung
erfasst, so ist auch dies ein Indiz für eine korrekt arbeitende Turbine
und damit für
einen korrekt arbeitenden Sekundärluftlader,
auch wenn die Klappe hierbei noch nicht komplett verstellt ist.
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Auch hier können die Mittel zum Vergleichen des
erfassten Drehzahlparameters mit einem die Drehzahl vor dem Öffnen des
Regelventils beschreibenden Parameter oder einem vorbestimmten Drehzahlschwellwert
ausgebildet sein.
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Ein weiterer Parameter, zu dessen
Erfassung die Mittel erfindungsgemäß ausgebildet sein können, ist
der Saugrohrdruck. Durch das Einblasen der Sekundärluft über den
Primärzweig
des Sekundärluftladers,
also über
die Turbine in das Saugrohr steigt dort der Druck, wobei dies im
Wesentlichen unmittelbar nach dem Öffnen des Regelventils erfolgt. Eine
korrekt arbeitende Turbine wird also dann diagnostiziert, wenn der
Saugrohrdruck ansteigt und entweder höher ist als der Saugrohrdruck
vor dem Öffnen
des Regelventils oder aber höher
als ein vorbestimmter Schwellwert ist.
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Es besteht die Möglichkeit, lediglich einen der
Parameter zu erfassen und darüber
die korrekte Funktion des Sekundärluftladers
bzw. der Turbine erfassen zu können.
Daneben besteht natürlich
auch die Möglichkeit,
dass wenigstens zwei oder alle der genannten Parameter erfasst werden.
Es kann nun der Fall auftreten, dass insbesondere bei einem Vergleich
des jeweiligen Parameters mit einem vorbestimmten Schwellwert dieser
Schwellwert aufgrund der äußeren Umstände etc.
noch nicht überschritten wurde,
wenngleich eine geringfügige Änderung
des Parameters tatsächlich
eingetreten ist. So kann beispielsweise die Motordrehzahl noch sehr
niedrig sein und damit unter der vorbestimmten Vergleichsschwelle
liegen, gleichwohl hat sich jedoch bereits aufgrund des Öffnens des
Ventils etwas geändert.
In diesem Fall ist es zweckmäßig, wenn
die Mittel zur Überprüfung der
Kombination der erfassten Parameter hinsichtlich einer gemeinsamen Änderung
ausgebildet sind. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass
die Parameter rechnerisch verarbeitet werden und mit einem zweiten
Schwellwert, einem Kombinations-Schwellwert verglichen werden. Liegt
der rechnerisch ermittelte Kombinationswert über dem Schwellwert, so haben
sich alle drei Parameter hinreichend in ihrer Kombination geändert, so
dass von einer korrekt arbeitenden Turbine ausgegangen werden kann.
Auch besteht natürlich
die Möglichkeit,
jedem der Parameter wenigstens einen zweiten Schwellwert zuzuordnen. Übersteigen
dann alle erfassten Parameter diesen zweiten Schwellwert, so kann
aufgrund der gesamten Parameteränderung von
einem korrekt arbeitenden Sekundärluftlader ausgegangen
werden.
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Wird ein Fehler diagnostiziert, so
kann das Fehlersignal auf unterschiedliche Weise verarbeitet werden.
Beispielsweise kann ein den Fehler anzeigendes Anzeigemittel, insbesondere
in Form einer Warnleuchte betätigt
werden, die dem Fahrer anzeigt, dass ein Fehler seitens des Sekundärluftladers gegeben
ist und er eine Werkstatt aufsuchen möchte. Alternativ dazu oder
zusätzlich
besteht die Möglichkeit,
bei Gabe des Fehlersignals einen Fehlerspeichereintrag in ein im
Rahmen einer Fahrzeugdiagnose auszulesendes Speicher mittel einzuschreiben. Hierbei
kann dann beispielsweise auch das Datum der Fehlererfassung eingeschrieben
werden sowie beispielsweise die seitdem gefahrenen Kilometer etc.,
also sämtliche
Informationen, die im Rahmen einer späteren Fahrzeugdiagnose oder
Wartung wissenswert sind.
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Neben dem Kraftfahrzeug betrifft
die Erfindung ferner ein Verfahren zur Diagnose des Primärzweigs
(der Turbinenseite) eines Sekundärluftladers
eines Kraftfahrzeugs, welcher Sekundärluft in ein Abgasrohr des
Verbrennungsmotors einbläst,
wobei der Sekundärluftlader
eine in einem Bypass zu einer zu einem Saugrohr des Verbrennungsmotors
führenden
Frischluftleitung angeordnete, über
ein im Bypass angeordnetes Regelventil mit Frischluft beaufschlagbare
Turbine und einen über
diese antreibbaren Verdichter aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren
zeichnet sich dadurch aus, dass mit einem Erfassungs- und Auswertemittel
wenigstens ein sich durch eine Inbetriebnahme des Sekundärluftladers einstellender
oder ändernder
Parameter erfasst und ausgewertet wird, wobei in Abhängigkeit
des Auswerteergebnisses ein Fehlersignal bei einer auswertungsbedingten
Ermittlung eines nicht oder nicht ordnungsgemäß arbeitenden Sekundärluftladers
ausgegeben wird. Weitere zweckmäßige Erfindungsausgestaltungen
des Verfahrens sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der
Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel
sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 eine
Prinzipskizze eines Sekundärluftladersystems
und
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2 ein
Diagramm zur Darstellung einer Diagnoseprozedur gemäß der Erfindung.
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1 zeigt
in Form einer Prinzipskizze ein Sekundärluftladersystem 1 umfassend
einen Sekundärluftlader 2 mit
einer Turbine 3 und einem Verdichter 4. Die Turbine 3 ist
in einem Bypass 5 zu einer Frischluftleitung 6,
der Frischluft über
einen Luftfilter 7 zugeführt wird, angeordnet. Die Turbine 3 und
damit der gesamte Sekundärluftlader 2 kann über ein Regelventil 8 zugeschaltet
werden. Sie wird durch das Druckgefälle zwischen dem Umgebungsdruck
in der Frischluftleitung vor einer in dieser angeordneten Drosselklappe 9 und
dem Saugrohrdruck in dem nachgeschalteten Frischluftleitungsabschnitt,
der zu den Ansaugrohren 10 des Verbrennungsmotors 11 führt, angetrieben. Über die
Turbine 3 wird der Verdichter 4 angetrieben, der
wiederum dazu dient, über einen
vorgeschalteten Verdichterluftfilter 12 angesaugte Luft über ein
Absperrventil 13 in das Abgassystem 14 des Motors 11 einzublasen.
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Zur Inbetriebnahme des Sekundärluftladers 2 muss
das Regelventil 8 geöffnet
werden. Über
dieses Regelventil wird generell der Laderbetrieb, der nur für eine begrenzte
Zeit benötigt
wird, geregelt, das heißt
das Regelventil wird je nach Bedarf geöffnet oder geschlossen.
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Wird bei auf Durchgang geschaltetem
Regelventil 8 die Turbine 3 des Sekundärluftladers 2 angetrieben,
so teilt sich der vom Verbrennungsmotor 11 angesaugte Luftstrom
in zwei Zweige auf, nämlich den
Zweig, der unmittelbar über
die Frischluftleitung 6 und über die Drosselklappe 9 führt, und
den Zweig über
den Bypass 5, der über
die Turbine des Sekundärluftladers
führt.
Die Luft dieses Zweigs wird anschließend wiederum in die Frischluftleitung 6 eingebracht.
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Da der Motor 11 in einem
bestimmten Betriebspunkt, z. B. Kaltleerlauf, immer eine relativ
gleiche Luftmasse ansaugt, muss die Drosselklappe bei Öffnen des
Regelventils 8 weiter geschlossen werden, damit der Motor 11 bei
geöffnetem
Regelventil 8 in seinem vorgegebenen Betriebspunkt bleiben
kann. Wird die Drosselklappenposition bei aktivem, also betriebenem
Sekundärluftlader
nicht korrigiert, so steigt der Saugrohrdruck an und die Motordrehzahl steigt.
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Um nun die Funktionstüchtigkeit
des Sekundärluftladers
bzw. der Turbine (und damit des Primärzweigs des Sekundärluftladers 2)
diagnostizieren zu können
ist ein Mittel 15 zur Erfassung und Auswertung von Parametern,
die sich bei aktiver Turbine 3 ändern oder einstellen, vorgesehen.
Das Mittel 15, bei dem es sich um eine geeignete Sensorik
samt Prozessoreinheit handeln kann, die entsprechende Sensorsignale
aufnehmen und verarbeiten kann, ist zum einen dazu ausgebildet,
die Position der Drosselklappe 9 zu erfassen, wozu sie
z. B. mit einem geeigneten Positionssensor 16 an der Drosselklappe 9 kommuniziert.
Die Winkelstellung der Drosselklappe ändert sich nur, wenn tatsächlich Luft über den
Bypass 5 in die Frischluftleitung 6 geführt wird,
das heißt
wenn die Turbine 3 tatsächlich
arbeitet.
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Ferner sind die Mittel 15 zur
Erfassung bzw. Verarbeitung des über
einen geeigneten Sensor 17 erfassten Saugrohrdrucks ausgebildet.
Betrachtet man allein diesen Parameter, so wird der Saugrohrdruck
bei aktiver Turbine 3 zwangläufig etwas ansteigen, vor allem
wenn die Drosselklappe 9 nicht oder verzögert geändert wird.
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Schließlich kann als weiterer Parameter über einen
geeigneten Sensor 18 die Drehzahl des Motors 11 erfasst
werden. Zwangsläufig
nimmt die Drehzahl aufgrund des Luftüberschusses bei aktiver Turbine 3 (und
primär
bei nicht oder verzögert
geschlossener Drosselklappe) etwas zu, was ebenfalls nur dann der Fall
ist, wenn die Turbine 3 arbeitet.
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Haben die Mittel 15 das
ordnungsgemäße Arbeiten
der Turbine 3 und damit des Sekundärluftladers 2 erfasst,
so ist der Testzyklus beendet. Falls die Erfassung des einen oder
aller Parameter jedoch anzeigt, dass der Primärzweig, also die Turbinenseite des
Sekundärluftladers 2 nicht
korrekt arbeitet, so liegt ein Fehler im Sekundärluftsystem vor. Die Mittel 15 geben
ein Fehlersignal aus, das auf unterschiedliche Weise verarbeitet
werden kann. Zum einen kann hierüber
eine Warnlampe 19 betätigt
werden, die dem Fahrer einen Fehlerfall anzeigt und ihn auffordert,
eine Werkstatt aufzusuchen. Alternativ oder zusätzlich dazu kann das Fehlersignal
zu einem Eintrag in einem Speichermittel 20, das im Rahmen
der üblichen
Wartungsarbeiten ausgelesen wird, führen.
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2 zeigt
in Form eines Diagramms ein Beispiel einer Diagnoseprozedur des
Primärzweigs des
Sekundärluftladers.
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Im Schritt a wird die Testprozedur
durch Öffnen
des Regelventils 8 des Sekundärluftladers 2 gestartet.
Im Schritt b wird zunächst überprüft, ob die Drosselklappe 9 weiter
geschlossen ist als ohne aktiven Sekundärluftlader (der im Diagramm
mit SLL abgekürzt
ist), bzw. ob die Position der Drosselklappe und damit der erfasste
Parameter einen Schwellwert übersteigen.
Falls dem so ist, und die Drosselklappe also korrekt geschlossen
wurde, gelangt man auf den rechten Pfad des Diagramms, es ist damit
deutlich, dass der Primärzweig
in Ordnung ist (Schritt j). Die Testprozedur kann verlassen werden
(Schritt i).
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Falls die Drosselklappe nicht hinreichend weit
geschlossen wurde und der Schwellwert nicht überschritten wird, was beispielsweise
durch ein verzögertes
Schließen
der Fall sein kann, so gelangt man zum Schritt c, wo überprüft wird,
ob die Motordrehzahl höher
ist als ohne aktiviertem Sekundärluftlader
bzw. ob der Motordrehzahl einen Schwellwert überschreitet. Falls dem so
ist gelang man ebenfalls wieder auf den rechten Diagrammzweig, der
Sekundärluftlader
arbeitet korrekt.
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Nun kann der Fall auftreten, dass
bei relativ niedriger Drehzahl der Schwellwert trotz einer korrekten Änderung
der Drehzahl aufgrund des Turbinenbetriebs nicht überschritten
wird. In diesem Fall gelangt man zum Schritt d, wo als weiterer
Parameter der Saugrohrdruck erfasst wird und überprüft wird, ob dieser höher ist
als ohne aktivem Sekundärluftlader bzw.
ob der Saugrohrdruckparameter einen Schwellwert übersteigt. Der Saugrohrdruck
ist der Parameter, der sich am schnellsten nach dem Öffnen des
Regelventils 8 und dem Start der Turbine 3 ändert. Ergibt
sich hier eine hinreichende Änderung
bzw. wird der Schwellwert überschritten,
so gelangt man auch hier auf den rechten Diagrammzweig, der Sekundärluftlader
ist in Ordnung.
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Sollte der Fall auftreten, dass auch
der Saugrohrdruck sich zwar ändert,
jedoch die Änderung noch
zu gering ist, um den Schwellwert zu übersteigen, so gelangt man
zum Schritt e. Hier werten die Mittel 15 alle drei aufgenommenen
Parameter aus, das heißt
die Parameterkombination insgesamt wird untersucht. Ergibt sich
dabei, dass die wenngleich geringen Änderungen des Saugrohrdrucks,
des Drosselklappenwinkels und der Motordrehzahl in Kombination (gegebenenfalls
nach vorheriger rechnerischer Verarbeitung zu einem Kombinationswert) einen
vorbestimmten Kombinations-Schwellwert übersteigen, so kann daraus
geschlossen werden, dass in Kombination aller Parameter trotzdem
von einer korrekt arbeitenden Turbine auszugehen ist. Die Testprozedur
kann dann verlassen werden. Alternativ zur rechnerischen Verarbeitung
und zum Vergleich mit einem gemeinsamen Kombinations-Schwellwert besteht
auch die Möglichkeit,
jedem Parameter einen zweiten, niedrigeren Schwellwert als Vergleichswert gegenüberzustellen.
Ein korrektes Arbeiten der Turbine wird in diesem Fall nur dann
diagnostiziert, wenn jeder der zweiten Schwellwerte vom jeweiligen
Parameter überschritten
wird.
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Ergibt sich auch in diesem Fall,
dass der Kombinations-Schwellwert oder einer der zweiten Schwellwerte
nicht überschritten
wird, so ist davon auszugehen, dass der Primärzweig des Sekundärluftladers,
also die Turbine 3 nicht korrekt arbeitet (Schritt f),
es liegt ein Fehler im Sekundärluftsystem im
Ergebnis vor (Schritt g), das Fehlersignal wird gemäß Schritt
h ausgegeben, anschließend
wird die Testprozedur verlassen, siehe Schritt i.
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Die dargestellte Diagnoseprozedur
ist lediglich ein Ausführungsbeispiel
für die
Art und Weise der Parameterverarbeitung. Selbstverständlich ist
es denkbar, andere Prozedurabläufe
zur Parameteraufnahme und -auswertung zu wählen.