DE112006003630B4

DE112006003630B4 - Verfahren zum Überwachen des Sekundärluftsystems in einer Abgasreinigungsanlage

Info

Publication number: DE112006003630B4
Application number: DE112006003630.0T
Authority: DE
Inventors: Frank Hacker
Original assignee: Vitesco Technologies GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2006-01-20
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2022-09-29
Anticipated expiration: 2026-11-10
Also published as: US8024108B2; DE112006003630A5; WO2007087905A1; US20100222981A1

Abstract

Verfahren zum Überwachen des Sekundärluftsystems einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine (10), mit dem Sekundärluft in das Abgas der Brennkraftmaschine (10) eingebracht wird, wobei- die einzelnen Zylinder (Z1-Z8) der Brennkraftmaschine (10) in mindestens zwei Zylinderbänke (ZB1, ZB2) aufgeteilt sind und jeder Zylinderbank (ZB1, ZB2) ein separater Abgaskanal (16, 17) zugeordnet ist,- Sekundärluft mit Hilfe eines Verdichtungsmittels (SLP) gefördert und über eine der Anzahl der Abgaskanäle (16, 17) entsprechende Anzahl von individuellen Sekundärluftleitungen (26, 27) in die jeweiligen Abgaskanäle (16, 17) eingeleitet wird,- der Fluss des Sekundärluftmassenstromes mit Hilfe von elektrisch steuerbaren Durchflusssteuermittel (SLV1, SLV2) unabhängig voneinander in jeder der individuellen Sekundärluftleitungen (26, 27) eingestellt werden kann zum Einbringen von zylinderbankindividuellen Sekundärluftmassenströmen,- aus dem Signal (SAF) eines Sekundärluftmassenmessers (24) ein Wert für den gesamten Sekundärluftmassenstrom, der in die Abgaskanäle (16, 17) eingeleitet wird, ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass- die Durchflusssteuermittel (SLV1, SLV2) in eine Offenstellung gesteuert werden,- der Wert für den gesamten Sekundärluftmassenstrom (SAV) erfasst wird,- anschließend die Durchflusssteuermittel (SLV1, SLV2) einzeln in zeitlichen Abständen zueinander in eine Geschlossenstellung gesteuert werden,- die Werte für die dabei auftretenden-Sekundärluftmassenströme vor und nach dem Schließen der einzelnen Durchflusssteuermittel (SLV1, SLV2) erfasst werden,- diese Werte mit mehreren, unterschiedlichen Schwellenwerten (SW1, SW2) verglichen werden und- in Abhängigkeit des Ergebnisses der Vergleiche eine Unterscheidung des Fehlerortes hinsichtlich der jeweiligen Zylinderbank (ZB1, ZB2) getroffen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen des Sekundärluftsystems in einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylinderbänken.
Zur Senkung von Abgasemissionen bei einer Brennkraftmaschine haben sich Dreiwege-Abgaskatalysatoren (im Folgenden vereinfacht als Katalysator bezeichnet) seit langer Zeit bewährt. Bei betriebswarmer Brennkraftmaschine können bis zu 98% der Kohlenwasserstoff-, Kohlenmonoxid- und Stickoxidemissionen mit auf dem Markt befindlichen Systemen konvertiert werden.
Unzureichend ist das Emissionsverhalten beim Kaltstart und der sich unmittelbar daran anschließenden Warmlaufphase von Otto-Brennkraftmaschinen, da der Katalysator und die Lambdasonde hier noch nicht ihre Betriebstemperaturen erreicht haben.
Eine mögliche Maßnahme zur Steigerung der Abgasqualität besteht darin, Frischluft (so genannte Sekundärluft) in den Abgaskrümmer nahe den Auslassventilen zuzugeben, so dass die beim Start aufgrund eines fetten Gemisches nicht verbrannten Abgasbestandteile durch Nachverbrennung bei Temperaturen bis zu 600°C oxidiert werden. Diese exotherme Reaktion führt zu einer Erhöhung der Abgastemperatur und somit zu einer Verkürzung der Aufheizzeit des Katalysators. Gleichzeitig werden die unverbrannten Abgasbestandteile verringert.
Zum Einbringen der Sekundärluft wird eine so genannte Sekundärluftpumpe eingesetzt. Dabei handelt es sich um einen elektrisch angetriebenen Verdichter, der Luft aus der Umgebung ansaugt und über Sekundärluftleitungen, in welche ein in der Regel pneumatisches Abschaltventil eingeschaltet ist, nahe den Auslassventilen in den Abgastrakt einbläst.
Eine leistungsfähige Alternative zu der elektrisch angetriebenen Sekundärluftpumpe stellt der Sekundärluftlader dar. Er besteht aus einer Turbine und einem Verdichter, wobei die Turbine von der Druckdifferenz an der Drosselklappe im Ansaugtrakt angetrieben wird. Der Verdichter ist in einem Sekundärluftbypass zur Drosselklappe angeordnet und fördert Frischluft in den Abgastrakt.
Bei Brennkraftmaschinen mit einer Vielzahl von Zylindern, beispielsweise 6, 8, oder 12 Zylinder sind die Zylinder sogenannten Zylinderbänken zugeordnet. Bei einer 8 -Zylinder-Brennkraftmaschine zum Beispiel sind einer ersten Zylinderbank die Zylinder 1-4 und einer zweiten Zylinderbank die Zylinder 5-8 zugeordnet. Dabei kann jede Zylinderbank mittels einer eigenen Sekundärluftpumpe mit zugehörigen Sekundärluftleitungen mit Luft versorgt werden oder eine einzige Sekundärluftpumpe versorgt beide Zylinderbänke, wobei sich dann eine am Pumpenausgang angeschlossene Leitung verzweigt und je eine Sekundärluftleitung zu den einzelnen Zylinderbänken führt. Es erfolgt somit eine bankselektive Sekundärlufteinblasung.
Da das Sekundärluftsystem eine abgasrelevante Komponente innerhalb des mit der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeuges darstellt, muss es auch auf auftretende Fehler hin überprüft werden. Zukünftige Gesetzgebungsmaßnahmen (ARB, air recources board, LEV II) sehen vor, dass nicht nur das Sekundärluftsystem als solches, d.h. global auf Funktionstüchtigkeit überprüft werden muss, sondern bei einem System mit mehreren Zylinderbänken und damit mehreren Sekundärluftpfaden jedes einzelne Teilsystem diagnostiziert werden muss und eine bankselektive Unterscheidung im Fehlerfalle erfolgen muss. Die DE 41 20 891 A1 beschreibt eine Brennkraftmaschine mit einer Sekundärluftpumpe, bei der die Förderleistung der Sekundärluftpumpe überwacht wird. Hierzu wird die Ist-Leistung an definierten Betriebspunkten mit der Soll-Leistung verglichen.
Aus DE 43 43 639 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung eines Sekundärluftsystems bekannt, bei dem eine erste Größe berechnet wird, die den vom Sekundärluftsystem in den Abgaskanal der Brennkraftmaschine eingeblasenen Sekundärluftstrom kennzeichnet. Die erste Größe wird aus dem der Brennkraftmaschine zugeführten Luftstrom, aus dem Luft-/Kraftstoffverhältnis des von der Brennkraftmaschine angesaugten Gemisches und aus dem stromabwärts der Sekundärluftleitung in dem Abgaskanal herrschenden Luft-/Kraftstoffverhältnisses berechnet. Die erste Größe wird mit einem vorgegebenen Intervall verglichen und bei einer Abweichung eine Fehlfunktion des Sekundärluftsystems erkannt.
In der DE 197 13 180 C1 ist ein Verfahren zur Überwachung des Sekundärluftmassenstroms einer Abgasreinigungsanlage für eine Brennkraftmaschine beschrieben. Mittels einer Sekundärluftpumpe wird Sekundärluft einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine stromaufwärts eines Abgaskatalysators zugeführt, wobei das Messsignal eines Sekundärluftmassenmessers erfasst wird. Es wird die zeitliche Änderung des Messsignals ermittelt und eine Fehlfunktion der Sekundärluftzufuhr wird erkannt, wenn die Änderung nicht einer vorgegebenen Änderung entspricht.
Aus der EP 0 928 366 B1 ist ein Sekundärluftsystem für eine Brennkraftmaschine bekannt, die ein Sekundärluftrohr aufweist, das über eine Einmündungsöffnung mit einem Ansaugtrakt und über eine Auslassöffnung mit einem Abgastrakt verbunden ist. Die Einmündungsöffnung ist stromabwärts eines, die in die Zylinder der Brennkraftmaschine einströmende Luftmasse erfassenden Luftmassenmessers und stromaufwärts einer Drosselklappe angeordnet. Das Sekundärluftsystem umfasst ein Sekundärluftventil, das in dem Sekundärluftrohr angeordnet ist und eine Steuerungseinrichtung mit einem Beobachter, die den Öffnungsgrad des Sekundärluftventils steuert. Der Beobachter, der ein physikalisches Modell des Ansaugtraktes und des Sekundärluftsystems umfasst, ermittelt einen Schätzwert eines Sekundärluftmassenstromes abhängig von dem Öffnungswinkel der Drosselklappe, der Drehzahl und einem Messwert eines ersten Luftmassenstromes, der von dem Luftmassenmesser ermittelt wird.
In der DE 196 09 922 A1 ist ein Verfahren zur Überwachung der Sekundärlufteinblasung bei einer Brennkraftmaschine mit einem Messfühler zur Erfassung des Sauerstoffgehalts im Abgas bekannt. Das Verfahren beruht auf der Basis der Reaktion des Messfühlers auf das Zuschalten der Sekundärluft, wobei die Menge der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luft bei der Zufuhr von Luft zum Abgas vergrößert wird.
In der DE 102 49 421 A1 ist ein Verfahren zum Überwachen der Zufuhr von Sekundärluft in das Abgas einer Brennkraftmaschine beschrieben, wobei die Brennkraftmaschine zumindest zwei teilweise getrennte Abgasstränge aufweist, in denen jeweils ein Abgaskatalysator und stromaufwärts davon je eine Lambdasonde angeordnet sind. Es ist eine Sekundärluftpumpe vorgesehen, welche die angesaugte Sekundärluft zunächst über eine einzige, ein elektrisch steuerbares Sekundärluftventil enthaltende Sekundärluftleitung, fördert und die sich stromab-, wärts des Sekundärluftventils in eine der Anzahl der Abgasstränge entsprechende Anzahl von individuellen Sekundärluftleitungen zum Fördern von Sekundärluft in die jeweiligen Abgasstränge verzweigt. Aus dem Signal zumindest eines Luftmassenmessers wird ein Wert für den gesamten Luftmassenstrom, der in die Abgasstränge eingeleitet wird, ermittelt. Zur Bestimmung der in die einzelnen Abgasstränge eingeleiteten tatsächlichen Luftmasse werden die Ausgangssignale der Lambdasonden in den Abgassträngen herangezogen, um eine Ungleichverteilung der den einzelnen Abgassträngen zugeführten Luftmasse festzustellen.
Aus der DE 100 65 963 A1 ist eine Vorrichtung zur zylinderindividuellen Zufuhr von Sekundärluft zum Abgas einer Brennkraftmaschine bekannt, mit zumindest zwei teilweise getrennten Abgasleitungen und einer Sekundärluftpumpe mit Sekundärluftleitungen, welche die Auslassseite der Sekundärluftpumpe mit je einer der genannten getrennten Abgasleitungen verbinden. in jeder der genannten Sekundärluftleitung ist ein separat steuerbares Durchflusssteuermittel vorgesehen. Zusätzlich ist auslassseitig der Sekundärluftleitung wenigstens eine weitere steuerbare Öffnung vorgesehen, deren Öffnungszustand den Druck in den genannten Sekundärluftleitungen beeinflusst. Eine Diagnose der einzelnen Sekundärluftleitungen ist nicht angesprochen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überwachen des Sekundärluftsystems in einer Abgasreinigungsanlage einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylinderbänken anzugeben, das bzw. die es erlaubt, zylinderbankselektive Fehler festzustellen.
Die Aufgabe wird durch die im unabhängigen Verfahrensanspruch 1 und im unabhängigen Vorrichtungsanspruch 10 angegebenen Merkmale jeweils gelöst.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Überwachen des Sekundärluftsystems einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, wobei die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine in mindestens zwei Zylinderbänke aufgeteilt sind und jeder Zylinderbank ein separater Abgaskanal zugeordnet ist. Sekundärluft wird mit Hilfe eines Verdichtungsmittels gefördert und über eine der Anzahl der Abgaskanäle entsprechende Anzahl von individuellen Sekundärluftleitungen in die jeweiligen Abgaskanäle eingeleitet. Der Fluss des Sekundärluftmassenstromes wird mit Hilfe von elektrisch steuerbaren Durchflusssteuermitteln unabhängig voneinander in jeder der.individuellen Sekundärluftleitungen eingestellt. Aus dem Signal eines Sekundärluftmassenmessers wird ein Wert für den gesamten Sekundärluftmassenstrom, der in die Abgaskanäle eingeleitet wird, ermittelt.
Die Durchflusssteuermittel werden in eine Offenstellung gesteuert, der Wert für den gesamten Sekundärluftmassenstrom erfasst und anschließend die Durchflusssteuermittel einzeln in zeitlichen Abständen zueinander in eine Geschlossenstellung gesteuert, die Werte für die dabei auftretenden Sekundärluftmassenströme vor und nach dem Schließen der einzelnen Durchflusssteuermittel erfasst und diese Werte mit mehreren, unterschiedlichen Schwellenwerten verglichen und in Abhängigkeit des Ergebnisses der Vergleiche eine Unterscheidung des Fehlerortes hinsichtlich der jeweiligen Zylinderbank getroffen.
Durch zeitlich aufeinander folgendes Schließen der einzelnen Durchflusssteuermittel und Beobachten des sich einstellenden Sekundärluftmassenstromes lässt sich auf einfache Weise bestimmen, ob ein möglicher Fehler vorliegt und wenn ein Fehler vorliegt, in welchem Teilsystem des Sekundärluftsystems der Fehler liegt, d.h. welche Zylinderbank davon betroffen ist.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert; es zeigen:

1 eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasreinigungsanlage und einem Sekundärluftsystem,
2 einen Programmablauf zur Durchführung des Verfahrens und
3 Signalverläufe bei der Durchführung des Verfahrens

1 zeigt in Form eines Blockschaltbildes eine Brennkraftmaschine 10, wobei nur diejenigen Komponenten explizit dargestellt sind, die für das Verständnis der Erfindung nötig sind. Insbesondere sind die Kraftstoffversorgung mit den zugehörigen Einspritzventilen und die Zündeinrichtung weggelassen. Die Brennkraftmaschine weist 8 Zylinder Z1-Z8 auf, wobei die Zylinder Z1-Z4 einer ersten Zylinderbank ZB1 und die Zylinder Z5-Z8 einer zweiten Zylinderbank ZB2 zugeordnet sind.
Die Erfindung wird anhand einer Brennkraftmaschine mit einem so genannten V-Motor mit 8 Zylindern erläutert, bei dem die Zylinder in zwei Ebenen, die miteinander einen Winkel einschließen und deren Schnittlinie durch die Kurbelwellenachse geht oder parallel zu ihr liegt. Sie ist aber auch für jede andere Brennkraftmaschine anwendbar, die mehrere Zylinder und mindestens 2 Zylinderbänke aufweist, wobei das Motorkonzept (Reihenmotor, V-Motor, W-Motor, Boxermotor etc.) keine Rolle spielt, sofern für jede Zylinderbank eine eigene Sekundärluftleitung mit zugeordneten Sekundärluftventilen vorgesehen ist.
Der Brennkraftmaschine 10 wird über einen Ansaugkanal 11 Frischluft zugeführt. Im Ansaugkanal 11 sind in Strömungsrichtung der angesaugten Luft gesehen ein Luftmassenmesser 12, ein Drosselklappenblock 13 mit einer Drosselklappe 14 und mit einem nicht dargestellten Drosselklappensensor zur Erfassung des Öffnungswinkel der Drosselklappe 14 vorgesehen.
Der Zylinderbank ZB1 ist ein Abgaskanal 16 mit einem Abgassensor 18, der Zylinderbank ZB2 ist ein Abgaskanal 17 mit einem Abgassensor 19 zugeordnet. Die Abgassensoren 18, 19 sind in vorteilhafter Weise als Lambdasonden ausgebildet. Dabei können sowohl so genannte binäre Lambdasonden eingesetzt werden, die bei einem Luftverhältnis von Lambda = 1 bezüglich ihres Ausgangssignals eine Sprungcharakteristik aufweisen, oder so genannte lineare Lambdasonden, die einen im Wesentlichen linearen Verlauf in ihrem Ausgangssignal zeigen. Die beiden Abgaskanäle 16, 17 münden an einer Stelle stromabwärts der Abgassensoren 18, 19 in einen gemeinsamen Abgaskanal 20, in dessen weiterem Verlauf ein zur Konvertierung schädlicher Abgasbestandteile dienender Dreiwege-Katalysator 21 eingeschaltet ist. Diesem Abgaskatalysator können noch weitere Abgasnachbehandlungskomponenten wie beispielsweise NOx-Speicherkatalysatoren (Nox-Trap) nachgeschaltet sein.
Zur schnellen Aufheizung dieses Katalysators 21 bei einem Kaltstart und anschließender Warmlaufphase der Brennkraftmaschine ist ein bankselektives Sekundärluftsystem vorgesehen. Eine elektrisch angetriebene Sekundärluftpumpe SLP saugt über einen Luftfilter 23 und einen Sekundärluftmassenmesser 24 Frischluft an. Vom Ausgang der Sekundärluftpumpe SLP führt eine gemeinsame Sekundärluftleitung 25 in Richtung zu den einzelnen Abgaskanälen und verzweigt sich dann in der räumlichen Nähe der Zylinderbänke ZB1, ZB2 in zwei zylinderbankselektive Teil-Sekundärluftleitungen 26, 27. In die Teil-Sekundärluftleitung 26 ist ein elektrisch ansteuerbares Sekundärluftventil SLV1, in die Teil-Sekundärluftleitung 27 ist ein elektrisch ansteuerbares Sekundärluftventil SLV2 eingeschaltet. Beide Sekundärluftventile SLV1, SLV2 sind unabhängig voneinander ansteuerbar. Vorzugsweise sind die Teil-Sekundärluftleitungen 26, 27 am Motorblock direkt nach den Auslassventilen an den Abgaskanälen angeschlossen. Die Sekundärluftventile SLV1, SLV2 sind vorzugsweise ebenfalls direkt am Motorblock angeordnet, lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit sind sie in der 1 in den Teil-Sekundärluftleitungen 26, 27 entfernt von dem Motorblock eingezeichnet.
Zur Bereitstellung der Sekundärluft können anstelle der Sekundärluftpumpe auch andere Verdichtungsmittel, die Frischluft in Richtung zum Abgasstrang befördern, vorgesehen sein, insbesondere kann ein Sekundärluftlader der eingangs genannten Bauweise verwendet werden.
Des Weiteren ist es möglich, als Sekundärluftpumpe eine Pumpe zu verwenden, die nur im Ein/Aus-Betrieb, arbeitet oder eine Pumpe zu verwenden, deren Förderleistung einstellbar ist. Es ist auch möglich, den Sekundärluftmassenmesser und die Sekundärluftpumpe zu einer Komponente zusammenzufassen, wodurch eine besonders kompakte, Platz sparende Einheit geschaffen wird.
Als Durchflusssteuermittel zum Einstellen des Sekundärluftmassenstromes zu den einzelnen Abgaskanälen sind hier Sekundärluftventile genannt. An Stelle elektrisch ansteuerbarer Sekundärluftventile können auch elektrisch-pneumatisch ansteuerbare Sekundärluftventile verwendet werden. Es ist nur erforderlich, dass die Sekundärluftventile aktiv ein- und ausgeschaltet werden können unabhängig von dem durch die Sekundärluftpumpe oder Sekundärluftlader gelieferten Druck.
Es ist eine Steuerungseinrichtung (ECU, electronic control unit) 30 vorgesehen, die über Daten- und Steuerleitungen mit der Brennkraftmaschine 10, der Sekundärluftpumpe SLP, den Sekundärluftventilen SLV1, SLV2, dem Sekundärluftmassenmesser 24 und dem Luftmassenmesser 12 im Ansaugkanal verbunden ist. Auch die Signale der beiden Abgassensoren 18, 19, sowie weitere Eingangssignale ES, insbesondere das Signal eines Temperatursensors 33, der an geeigneter Stelle an dem Motorblock angeordnet ist und ein der Temperatur des Kühlmittels der Brennkraftmaschine entsprechendes Signal abgibt, werden der Steuerungseinrichtung 30 zugeführt. Weitere Ausgangssignale AS für Aktoren, die zum Betrieb der Brennkraftmaschine 10 nötig sind, sind in der Figur nur schematisch eingezeichnet. Die Steuerungseinrichtung 30 ist zudem über nicht näher bezeichnete Datenleitungen an einen Datenspeicher 31 und an einen Fehlerspeicher 32 angeschlossen.
Die Steuerungseinrichtung 30 steuert u.a. in Abhängigkeit von den gemessenen Abgaswerten (Abgassensoren 18,. 19) und der angesaugten Luftmasse (Luftmassenmesser 12) die Einspritzung der Brennkraftmaschine 10, wobei der Fahrerwunsch, der beispielsweise über einen Gaspedalgeber gemessen wird, berücksichtigt wird. Zudem schaltet die Steuerungseinrichtung 30 abhängig von der angesaugten Luftmasse und abhängig vom Luft-/Kraftstoffverhältnis in den Abgaskanälen 16, 17 in Abhängigkeit von im Datenspeicher 31 abgelegten Daten die Sekundärluftpumpe SLP in der Weise, dass der Katalysator 21 optimal aufgeheizt wird. Zur Kontrolle ermittelt die Steuerungseinrichtung 30 über den Sekundärluftmassenmesser 24 den von der Sekundärluftpumpe SLP tatsächlich geförderten Sekundärluftmassenstrom als Sekundärluftmasse pro Sekunde.
Zum Überwachen dieses Sekundärluftsystems ist in der Steuerungseinrichtung 30 ein Programm gespeichert, das im Folgenden anhand des Ablaufdiagrammes nach 2 näher erläutert wird.
Voraussetzung für eine solche Diagnose ist, dass die Sekundärluftpumpe SLP tatsächlich Frischluft fördert, was mittels eines bekannten Verfahrens, beispielsweise nach dem in der DE 197 13 180 C1 beschriebenen Verfahrens überprüft werden kann.
Das Programm wird in einem Schritt S20 gestartet, bevorzugt - zeitgleich mit dem Start der Brennkraftmaschine 10. In dem Schritt S20 können gegebenenfalls Parameter initialisiert werden.
In dem Schritt S21 wird überprüft, ob ein Aufheizen des Katalysators 21 überhaupt nötig ist. Wurde die Brennkraftmaschine 10 z.B. nur kurz abgestellt, nachdem sie längere Zeit betrieben wurde, so befindet sich der Katalysator 21 noch auf einem Temperaturniveau, welches das Aktivieren zusätzlicher Maßnahmen zum Aufheizen erübrigt und das Verfahren verzweigt zu Schritt S22, die Sekundärluft-Funktion wird nicht aktiviert. Ob eine Aufheizung des Katalysators 21 nötig ist, kann bevorzugt über die Temperatur des Kühlmittels der Brennkraftmaschine abgefragt werden. Hierzu wird das Signal des Temperatursensors 33 ausgewertet. Liegt die Temperatur des Kühlmittels beim Start der Brennkraftmaschine 10 unterhalb eines vorgegebenen Schwellenwertes, so werden Maßnahmen zum Aufheizen des Katalysators 21 eingeleitet. In dem Schritt S23 wird in diesem Fall die Sekundärluftfunktion aktiviert, d.h. die Sekundärluftpumpe SLP, bzw. der Sekundärluftlader über elektrische Signale der Steuerungseinrichtung 30 eingeschaltet und die beiden Sekundärluftventile SLV1, SLV2 geöffnet. Gegebenenfalls können zur Unterstützung der Sekundärluftfunktion weitere Maßnahmen, wie Spätverstellung des Zündzeitpunktes, Mehrfach- oder Nacheinspritzung ausgeführt werden.
In dem nachfolgenden Schritt S24 wird überprüft, ob eine vorgegebene Zeitspanne seit Aktivieren der Sekundärluftfunktion abgelaufen ist. Diese Aktivierungszeit ist unter anderem abhängig von den konstruktiven Gegebenheiten, wie Einbauort und Größe des Katalysators 21 und wird empirisch ermittelt und ist in dem Datenspeicher 31 der Steuerungseinrichtung 30 abgelegt. Typische Werte für die Aktivierungszeit betragen beispielsweise 30-40 Sekunden. Solange diese Zeitspanne noch nicht abgelaufen ist, bleibt die Sekundärluftpumpe bzw. der Sekundärluftlader eingeschaltet, die beiden Sekundärluftventile SLV1 und SLV2 geöffnet, wodurch der Abgaskatalysator 21 aufgrund der auftretenden Exothermie aufgeheizt wird. Während dieser Zeit werden mittels des Sekundärluftmassenmessers 24 laufend, d.h. in einem festen Zeitraster die Werte der Sekundärluftmasse SAV erfasst und beispielsweise pro Segment gemittelt oder mit Hilfe eines bekannten Verfahrens gefiltert.
Nach Ablauf der Aktivierungszeit ist ein fortdauernder Betrieb der Sekundärluftpumpe zum Zwecke des Aufheizens des Katalysators nicht mehr notwendig und diese könnte wieder abgeschaltet und die beiden Sekundärluftventile wieder geschlossen werden. In dem Schritt S25 wird aber zum Zwecke der Diagnose des Sekundärluftsystems die Sekundärluftpumpe weiterbetrieben.
In dem Schritt S26 wird über elektrische Signale der Steuerungseinrichtung 30 das der ersten Zylinderbank ZB1 zugeordnete Sekundärluftventil SLV1 geschlossen und dabei weiterhin, die Werte für die Sekundärluftmasse SAF erfasst. In dem Schritt S27 wird die Differenz Δ SAF zwischen den Werten für die Sekundärluftmasse SAF vor und nach dem Schließen des Sekundärluftventils SLV1 gebildet und mit einem vorgegebenen Schwellenwert SW1 verglichen. Der Schwellenwert SW1 wird experimentell ermittelt und ist in dem Datenspeicher 31 der Steuerungseinrichtung abgelegt.
Hat das Sekundärluftventil SLV1 ordnungsgemäß geschlossen, so muss der Sekundärluftmassenstrom SAF, den die Sekundärluftpumpe fördert, absinken, d.h. Δ SAF unter den Schwellenwert SW1 sinken. Ist dies nicht der Fall, so wird in dem Schritt S28 festgestellt, dass das Sekundärluftventil SLV1 in seiner Offenstellung klemmt oder ein Leck in der Teil-Sekundärluftleitung 26 stromab der Sekundärluftpumpe SLP vorhanden ist. In dem Schritt S29 erfolgt dann ein entsprechender Fehlereintrag in den Fehlerspeicher 32 und das Verfahren verzweigt zum Schritt S30.
Ist das Ergebnis der Abfrage in dem Schritt S27 positiv, d.h. der Wert Δ SAF liegt unterhalb des Schwellenwertes SW1, so wird direkt zum Schritt S30 verzweigt. In diesem Schritt S30 wird abgefragt, ob der Wert für den Sekundärluftmassensstrom SAF gleich Null ist. Ist dies der Fall, so wird in dem Schritt S32 auf ein im geschlossenen Zustand klemmendes Sekundärluftventil SLV2 geschlossen und im Schritt S33 erfolgt ein entsprechender Fehlereintrag in den Fehlerspeicher 32.
Liefert die Abfrage in dem Schritt S30 ein negatives Ergebnis, so wird in dem Schritt S31 festgestellt, dass das Sekundärluftsystem für die Zylinderbank ZB1 in Ordnung ist, d.h. das Sekundärluftventil SLV1 ordnungsgemäß schließt und kein Leck in der Teil-Sekundärluftleitung 26 vorhanden ist.
Anschließend wird in dem Schritt S34 von der Steuerungseinrichtung 30 ein elektrisches Signal an das Sekundärluftventil SLV2 angelegt, um es in seine Schließrichtung zu bringen. In dem folgenden Schritt S35 wird abgefragt, ob der Wert Δ SAF unterhalb eines Schwellenwertes SW2 liegt. Auch dieser Schwellenwert SW2 wird experimentell festgelegt, wobei gilt, dass dieser Wert SW2 größer ist als der Schwellenwert SW1 bei der Abfrage in Schritt S27.
Liefert die Abfrage in dem Schritt S35 ein positives Ergebnis, so wird in dem Schritt S36 festgestellt, dass das Sekundärluftsystem für die Zylinderbank ZB2 in Ordnung ist, d.h. das Sekundärluftventil SLV2 ordnungsgemäß schließt und kein Leck in der Teil-Sekundärluftleitung 27 vorhanden ist.
Ist das Ergebnis der Abfrage in dem Schritt S35 negativ, d.h. der Wert Δ SAF liegt nicht unterhalb des Schwellenwertes SW2, so wird in dem Schritt S37 auf ein in seiner Offenstellung klemmendes Sekundärluftventil SLV2 oder auf ein Leck in der Teil-Sekundärluftleitung 27 stromab der Sekundärluftpumpe SLP erkannt und es erfolgt in dem nachfolgenden Schritt S38 ein entsprechender Fehlereintrag in den Fehlerspeicher 32 der Steuerungseinrichtung 30. Anschließend werden von der Steuerungseinrichtung 30 im Schritt S39 elektrische Signale zum Schließen der beiden Sekundärluftventile SLV1 und SLV2 ausgegeben und die Sekundärluftpumpe SLP abgeschaltet und das Verfahren ist im Schritt S40 zu Ende.
3 zeigt in Abhängigkeit von der Zeit t ausgewählte Verläufe von Signalen bei der Durchführung des Verfahrens, nämlich das Steuersignal für die Sekundärluftpumpe SLP in 3A, das Steuersignal für das Sekundärluftventil SLV1 in 3B, das Steuersignal für das Sekundärluftventil SLV2 in 3C, und das Messsignal SAV des Sekundärluftmassenmessers 24.
Zum Zeitpunkt t0 wird die Brennkraftmaschine 10 gestartet. Zu diesem Zeitpunkt ist die Sekundärluftpumpe SLP noch nicht eingeschaltet und deshalb weist das in 3A dargestellte Steuersignal für die Sekundärluftpumpe SLP den Wert 0 auf. Ebenso sind die beiden Sekundärluftventile SLV1 und SLV2 noch geschlossen. Die Sekundärluftpumpe SLP wird von der Steuerungseinrichtung 30 zum Zeitpunkt t1 eingeschaltet und gleichzeitig die beiden Sekundärluftventile SLV1 und SLV2 geöffnet. Nach dem Einschalten der Sekundärluftpumpe steigt zunächst das Signal SAF des Sekundärluftmassenmessers 24 an und verbleibt dann bei einem stationären Wert. Zum Zeitpunkt t2, bei dem die Zeitdauer für das Aufheizen des Katalysators erreicht ist, wird wie bereits anhand des Ablaufdiagramms nach der 2 (Schritte S24 und S25) beschrieben, das Sekundärluftventil SLV1 geschlossen und zum Zeitpunkt t3 das Sekundärluftventil SLV2 geschlossen, während die Sekundärluftpumpe SLP erst zum Zeitpunkt t4 abgeschaltet wird. Sind beide Sekundärluftventile in Ordnung, und kein Leck in den beiden Teil-Sekundärluftleitungen 26, 27 stromab der Sekundärluftpumpe SLP, so ergibt sich ein Verlauf des Messsignales SAF des Luftmassenmessers 24, wie es mit der durchgezogenen Linie dargestellt ist.
Der mit strichlinierter Linie eingezeichnete Verlauf in 3D ergibt sich, wenn das Sekundärluftventil SLV2 geschlossen klemmt, der mit strichpunktlinierter Linie eingezeichneter Verlauf ergibt sich, wenn das Sekundärluftventil SLV1 geschlossen klemmt.
Um eine noch schnellere Aufheizung des Abgaskatalysators mittels Sekundärluft zu erreichen, ist es möglich, das Sekundärluftsystem nicht erst zu dem Zeitpunkt t1 zu aktivieren, sondern zugleich mit dem Starten der Brennkraftmaschine.

Claims

Verfahren zum Überwachen des Sekundärluftsystems einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine (10), mit dem Sekundärluft in das Abgas der Brennkraftmaschine (10) eingebracht wird, wobei - die einzelnen Zylinder (Z1-Z8) der Brennkraftmaschine (10) in mindestens zwei Zylinderbänke (ZB1, ZB2) aufgeteilt sind und jeder Zylinderbank (ZB1, ZB2) ein separater Abgaskanal (16, 17) zugeordnet ist, - Sekundärluft mit Hilfe eines Verdichtungsmittels (SLP) gefördert und über eine der Anzahl der Abgaskanäle (16, 17) entsprechende Anzahl von individuellen Sekundärluftleitungen (26, 27) in die jeweiligen Abgaskanäle (16, 17) eingeleitet wird, - der Fluss des Sekundärluftmassenstromes mit Hilfe von elektrisch steuerbaren Durchflusssteuermittel (SLV1, SLV2) unabhängig voneinander in jeder der individuellen Sekundärluftleitungen (26, 27) eingestellt werden kann zum Einbringen von zylinderbankindividuellen Sekundärluftmassenströmen, - aus dem Signal (SAF) eines Sekundärluftmassenmessers (24) ein Wert für den gesamten Sekundärluftmassenstrom, der in die Abgaskanäle (16, 17) eingeleitet wird, ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass - die Durchflusssteuermittel (SLV1, SLV2) in eine Offenstellung gesteuert werden, - der Wert für den gesamten Sekundärluftmassenstrom (SAV) erfasst wird, - anschließend die Durchflusssteuermittel (SLV1, SLV2) einzeln in zeitlichen Abständen zueinander in eine Geschlossenstellung gesteuert werden, - die Werte für die dabei auftretenden-Sekundärluftmassenströme vor und nach dem Schließen der einzelnen Durchflusssteuermittel (SLV1, SLV2) erfasst werden, - diese Werte mit mehreren, unterschiedlichen Schwellenwerten (SW1, SW2) verglichen werden und - in Abhängigkeit des Ergebnisses der Vergleiche eine Unterscheidung des Fehlerortes hinsichtlich der jeweiligen Zylinderbank (ZB1, ZB2) getroffen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass - in einem ersten Schritt ein erstes der Durchflusssteuermittel (SLV1) geschlossen wird, - die Differenz (ΔSAF) zwischen den Werten für den Sekundärluftmassenstrom vor und nach dem Schließen des ersten Durchflusssteuermittels (SLV1) gebildet und mit einem ersten Schwellenwert (SW1) verglichen wird, - bei Überschreiten des ersten Schwellenwertes (SW1) auf ein im offenen Zustand klemmendes Durchflusssteuermittel (SLV1) in der Sekundärluftleitung (26) der ersten Zylinderbank (ZB1) oder auf eine Leckage in der Sekundärluftleitung (26) der ersten Zylinderbank (ZB1) geschlossen wird, - überprüft wird, ob der Wert des Sekundärluftmassenstromes (SAF) gleich Null ist und im positiven Fall auf ein im geschlossenen Zustand klemmendes Durchflusssteuermittel (SLV1) in der Sekundärluftleitung (26) der weiteren Zylinderbank (ZB2) geschlossen wird, - andernfalls das Sekundärluftsystem der ersten Zylinderbank als in Ordnung eingestuft wird.
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte: - Schließen eines weiteren Durchflusssteuermittel(SLV2), - Bilden der Differenz (ΔSAF) zwischen den Werten für den Sekundärluftmassenstrom vor und nach dem Schließen des weiteren Durchflusssteuermittels (SLV1) und Vergleich mit einem zweiten Schwellenwert (SW2), - bei Überschreiten des zweiten Schwellenwertes (SW2) wird auf ein im offenen Zustand klemmendes Durchflusssteuermittel (SLV2) in der Sekundärluftleitung (27) der zweiten Zylinderbank (ZB2) oder auf eine Leckage in der Sekundärluftleitung (27) der zweiten Zylinderbank (ZB2) geschlossen, - andernfalls wird das Sekundärluftsystem der zweiten Zylinderbank (ZB2) als in Ordnung eingestuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen von Fehlfunktionen des Sekundärluftsystems ein entsprechender Eintrag in einen Fehlerspeicher (32) der Steuerungseinrichtung (30) erfolgt und/oder das Auftreten der Fehlfunktion dem Fahrer des mit der Brennkraftmaschine (10) angetriebenen Fahrzeuges übermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdichtungsmittel (SLP) eine elektrisch angetriebene Sekundärluftpumpe dient.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Verdichtungsmittel (SLP) ein Sekundärluftlader dient, dessen Turbine von der Druckdifferenz an einer Drosselklappe (14) im Ansaugkanal (11) der Brennkraftmaschine (10) angetrieben wird und dessen -Verdichter in einem Sekundärluftbypass zu der Drosselklappe (14) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Durchflusssteuermittel (SLV1, SLV2) elektrisch steuerbare Sekundärluftventile eingesetzt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Durchflusssteuermittel (SLV1, SLV2) elektrischpneumatische Sekundärluftventile eingesetzt werden
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwellenwerte (SW1, SW2) experimentell bestimmt und festgelegt werden, wobei der zweite Schwellenwert SW2 größer ist als der erste Schwellenwert SW1.
Vorrichtung zum Überwachen des Sekundärluftsystems einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine (10), mit dem Sekundärluft in das Abgas der Brennkraftmaschine (10) eingebracht wird, wobei - die Brennkraftmaschine mindestens zwei Zylinderbänke (ZB1, ZB2) aufweist, denen jeweils eine bestimmte Anzahl Zylinder (Z1-Z8) der Brennkraftmaschine zugeordnet sind und jede einzelne Zylinderbank (ZB1, ZB2) einen separaten Abgaskanal (16, 17) aufweist, - Sekundärluft mit Hilfe eines Verdichtungsmittels (SLP) gefördert und über eine der Anzahl der Abgaskanäle (16, 17) entsprechende Anzahl von individuellen Sekundärluftleitungen (26, 27) in die jeweiligen Abgaskanäle (16, 17) eingeleitet wird, - mit je einem, unabhängig voneinander mittels Signalen einer Steuerungseinrichtung (30) steuerbaren Durchflusssteuermittel (SLV1, SLV2) in jeder der individuellen Sekundärluftleitungen (26, 27) zum Einbringen von zylinderbankindividuellen Sekundärluftmassenströmen, - mit einem Luftmassenmesser (24) aus dessen Signal (SAF) ein Wert für den gesamten Sekundärluftmassenstrom, der in die Abgaskanäle (16, 17) eingeleitet wird, ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (30) derart ausgebildet ist, -dass sie die Durchflusssteuermittel (SLV1, SLV2) in eine Offenstellung ansteuert, - den Wert für den gesamten Sekundärluftmassenstrom (SAV) erfasst, - anschließend die Durchflusssteuermittel (SLV1, SLV2) einzeln in zeitlichen Abständen zueinander in eine Geschlossenstellung ansteuert, - die Werte für die dabei auftretenden Sekundärluftmassenströme vor und nach dem Schließen der einzelnen Durchflusssteuermittel (SLV1, SLV2) erfasst, - diese Werte mit mehreren, unterschiedlichen Schwellenwerten (SW1, SW2) vergleicht und - in Abhängigkeit des Ergebnisses der Vergleiche eine Unterscheidung des Fehlerortes hinsichtlich der jeweiligen Zylinderbank (ZB1, ZB2) trifft.