DE19609922A1 - Sekundärluftsystemdiagnoseverfahren - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Zufuhr von Sekundärluft zum Abgas eines Verbrennungsmotors mit Katalysator.

Beim Betrieb von Verbrennungsmotoren wird dem Abgas der Brennkraftmaschine nach einem Start Luft zugeführt. Die exotherme Reaktion der zwischen den Auslaßventilen der Brennkraftmaschine und dem Katalysator eingeblasenen Luft mit dem heißen Abgas und dessen weitere Oxidation vor und im Katalysator führt zu einer beschleunigten Aufheizung des Katalysators auf seine Betriebstemperatur und damit zu einer Verringerung der Schadstoffemissionen in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine.

Gesetzgeberische Forderungen der US-Behörden sehen die Überwachung von Systemen zur Sekundärlufteinblasung auf die Zufuhr eines Mindestluftstroms vor.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose von Sekundärluftsystemen ist aus der DE-OS 43 09 854 bekannt. Nach dieser Schrift wird die Reaktion einer Abgassonde bzw. des mit der Abgassonde gekoppelten Lambdaregelkreises zur Einstellung der Zusammensetzung des Kraftstoffluftgemisches für die Brennkraftmaschine auf die Aktivierung einer elektrisch angetriebenen Sekundärluftpumpe ausgewertet. Ein intaktes Sekundärluftsystem führt dabei zu einem Sauerstoffüberschuß im Abgas. Insbesondere bei leistungsstarken Sekundärluftpumpen besteht das Problem, daß die Zufuhr einer großen Sekundärluftmenge eine starke Anfettung des Kraftstoffluftgemisches durch den Lambdaregelkreis auslöst. Da der Motor dann sehr fettes Gemisch verbrennt, steigt die Menge der emittierten Schadstoffe drastisch an. Unter Umständen kann sich auch das Laufverhalten des Motors deutlich verschlechtern. Um diese Nachteile möglichst gering zu halten, sieht das bekannte Verfahren eine Anpassung der zugeführten Sekundärluftmenge an den Wert der von dem Verbrennungsmotor gelieferten Abgasmenge über eine Variation der Förderleistung der Sekundärluftpumpe vor. Zu diesem Zweck sind Mittel vorgesehen, welche die Ansteuerung der Sekundärluftpumpe in mindestens zwei Stufen in Abhängigkeit von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ermöglichen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht in der Angabe eines Verfahrens zur Diagnose der Sekundärluftpumpe, das die genannten Probleme einer starken Anfettung durch den Lambdaregelkreis und/oder einer Verschlechterung des Laufverhaltens des Motors vermeidet und dabei ohne Mittel zur Variation der Förderleistung der Sekundärluftpumpe auskommt.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Ein wesentliches Merkmal der Erfindung liegt darin, daß die Anpassung des Sekundärluftstroms an die Abgasmenge nicht über eine Variation des Sekundärluftstroms, sondern über eine Variation der Abgasmenge erreicht wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird dazu die Motorlast über eine Spätverstellung der Zündung erhöht, wodurch der Anteil der Sekundärluft an der Gesamtabgasmenge reduziert wird. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird die Lambdaänderung durch den Lambdaregelkreis, die als Reaktion auf eine Aktivierung der Sekundärluftpumpe zu erwarten ist, deutlich verringert. Als Folge wird der Anstieg der Schadstoffemissionen und die mögliche Verschlechterung des Laufverhaltens des Motors deutlich reduziert.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht damit die Überprüfung der Sekundärluftzufuhr auch bei großen Pumpenleistungen ohne weitere Komponenten und ohne zusätzlichen Sensor. Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung mit Bezug auf die Figuren beschrieben.

Dabei zeigt die Fig. 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Sekundärluftpumpe, einem Steuergerät sowie weiteren Komponenten. Fig. 1 stellt damit das technische Umfeld dar, in dem die Erfindung zur Anwendung kommt. Fig. 2 verdeutlicht den Aufbau und die Funktionsweise des Steuergerätes. Fig. 3 stellt ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens dar und Fig. 4 offenbart verschiedene Ausführungsformen eines erfindungswesentlichen Schrittes aus dem Flußdiagramm der Fig. 3.

Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1, ein Ansaugrohr 2, ein Kraftstoffzumeßmittel 3, ein Abgasrohr 4 mit einem Katalysator 5 und einer Abgassonde 6, Sensoren 7 und 8 zur Erfassung der Drehzahl n bzw. der Temperatur T der Brennkraftmaschine, ein Steuergerät 8, Leitungen 9 für die Zufuhr von Sekundärluft in das Abgasrohr, eine Sekundärluftpumpe 10, ein Rückschlagventil 11, eine Drosselklappe 12 mit einem Leerlaufkontakt 13, ein Mittel 14 zum Erfassen der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luftmenge Q sowie ein Mittel 15 zur Anzeige oder Speicherung eines Signals, das einen Fehler in der Funktion der Sekundärluftpumpe anzeigt.

Das Steuergerät 8 empfängt wenigstens Signale Q über die Menge der angesaugten Luft, der Drehzahl n, der Temperatur t der Brennkraftmaschine, der Stellung der Drosselklappe sowie der augenblicklichen Kraftstoffluftgemischzusammensetzung Lambda. Es bildet aus einem Teil dieser Signale ein Kraftstoffzumeßsignal, beispielsweise eine Einspritzzeit ti zur Ansteuerung des Kraftstoffzumeßmittels 3. Die Bildung des Kraftstoffzumeßsignals erfolgt gesteuert oder auch durch eine Lambdaregelung. Ebenso kann die Einstellung der Leerlaufdrehzahl gesteuert oder geregelt erfolgen, wobei der Stelleingriff bspw. auf die Drosselklappe oder auf einen Leerlaufsteller in einem Bypaß zur Drosselklappe vorgenommen werden kann. Die DrehzahDie ReDas im Ansaugrohr 2 gebildete Kraftstoffluftgemisch wird in der Brennkraftmaschine 1 verbrannt. Der Restsauerstoffanteil der Abgase dieses Verbrennungsprozesses wird durch die Abgassonde 6 erfaßt, im Abgas vorhandene Schadstoffe werden im Katalysator 5 konvertiert. In bestimmten Betriebszuständen wird dem Abgas der Brennkraftmaschine Sekundärluft durch die Sekundärluftpumpe 10 zugeführt. Die Ansteuerung der Sekundärluftpumpe erfolgt durch das Steuergerät 8, beispielsweise abhängig vom Signal über die Stellung der Drosselklappe, und weiteren Signalen über Last, Drehzahl und Temperatur der Brennkraftmaschine. Wenn bei der Durchführung des Diagnoseverfahrens ein Fehler in der Sekundärluftzufuhr festgestellt wird, speichert das Steuergerät das Auftreten des Fehlers für spätere Abfragen und gibt u. U. ein entsprechendes Signal F an das Mittel 15, das den Fehler anzeigt speichert. Das Rückschlagventil 11 verhindert, daß Abgas über die Sekundärluftpumpe ins Freie gelangt.

Die Fig. 2 stellt ein an sich bekanntes Steuergerät 8 in Form von Funktionsblöcken dar. Einem Eingabeblock 17 werden die Signale der Sensoren aus der Fig. 1 (Q, T, L, LL, n) zugeführt. Ein Ausgabeblock 18 gibt beispielsweise ein Kraftzumeßsignal ti, ein Signal S zur Ansteuerung der Sekundärluftpumpe sowie ggf. das Fehlersignal F heraus. Zwischen den beiden Blöcken vermittelt eine Recheneinheit 19 nach einem Programm, das im Speicher 20 abgelegt sein kann. Der Speicher 20 kann daneben Daten enthalten, die für den Betrieb der Brennkraftmaschine verwendet werden, beispielsweise Kennfelder für Einspritzzeiten oder Zündzeitpunkte sowie die Informationen über erkannte Fehlfunktionen der Systeme.

Die Fig. 3 zeigt ein Flußdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens. In einem Schritt 3.1, der aus einem übergeordneten Hauptprogramm aus erreicht wird, wird zunächst überprüft, ob gewisse Bedingungen erfüllt sind, unter denen die Diagnose durchgeführt werden soll. Es kann beispielsweise überprüft werden, ob die Brennkraftmaschine betriebswarm ist und sich im Leerlauf oder im Teillastbereich befindet. Sind diese Bedingungen nicht erfüllt, wird die Diagnose nicht durchgeführt und das übergeordnete Hauptprogramm weiter abgearbeitet. Wird der Abfrageschritt 3.1 dagegen bejaht, wird zu dem erfindungswesentlichen Schritt 3.2 verzweigt, indem der Motorluftstrom erhöht wird. Anschließend wird in einem Schritt 3.3 die Sekundärluftpumpe aktiviert. Bei intaktem Sekundärluftsystem erhöht sich daraufhin der Sauerstoffgehalt im Abgas so daß die Abgasmeßsonde ein lambda < 1 signalisiert, worauf die Lambdaregelung anfettet.

Ob dies der Fall ist, wird im Schritt 3.4 überprüft. Eine Anfettung äußert sich bspw. darin, daß die Abgassonde einen Wert entsprechend Lambda < 1 liefert oder daß der Korrekturwert der Lambdaregelung, der bspw. ein abhängig von Last und Drehzahl gebildetes Grundzumeßsignal korrigiert, eine vorgegebene Schwelle überschreitet. Wenn dieser Abfrageschritt bejaht wird, gilt das Sekundärluftsystem als in Ordnung, die Sekundärluftpumpe wird im Schritt 3.5 ausgeschaltet und mit einem Schritt 3.6 in das Hauptprogramm zurückgekehrt. Wird die Abfrage im Schritt 3.4 dagegen verneint, ist dies ein Zeichen dafür, daß im Abgas kein ausreichender Sauerstoffüberschuß vorhanden ist, was auf ein defektes Sekundärluftsystem hindeutet (Schritt 3.7). Daraufhin wird in einem Schritt 3.8 eine Fehlermeldung ausgegeben und zum Hauptprogramm zurückgekehrt. Die Fig. 4 offenbart verschiedene Ausführungsformen des erfindungswesentlichen Schrittes 3.2 aus der Fig. 3. So wird nach Fig. 4a der Motorluftstrom durch eine Verstellung der Zündung in Richtung spät erhöht. Die Verstellung der Zündung in Richtung spät bewirkt ein Absinken des von der Brennkraftmaschine aufgebrachten Drehmomentes. Eine dadurch bedingte Tendenz zu einem Drehzahlabfall wird von der Leerlaufregelung kompensiert, indem ein Leerlaufsteller beispielsweise die Drosselklappe weiter öffnet. Auf diese Weise erhöht sich die von der Brennkraftmaschine angesaugte Luftmenge infolge der Verstellung der Zündung in Richtung spät. Eine weitere Möglichkeit den Motorluftstrom zu erhöhen, wird in Fig. 4b vorgestellt. Im Rahmen dieser Alternative wird der. Motorluftstrom durch eine Erhöhung der Leerlaufdrehzahl gesteigert. Eine weitere Möglichkeit den Motorluftstrom zu erhöhen, besteht im Zuschalten äußerer Lasten beispielsweise eines Klimakompressors. Um eine solche Zusatzbelastung ohne Drehzahleinbruch zu bewältigen, muß ebenfalls der Motorluftstrom beispielsweise durch eine Störgrößenaufschaltung in der Leerlaufregelung erhöht werden.

Claims (4)

1. Verfahren der Überwachung eines Systems zur Zufuhr von Luft zum Abgas einer Brennkraftmaschine mit einem Meßfühler zur Erfassung des Sauerstoffgehalts im Abgas auf der Basis der Reaktion des Meßfühlers auf eine Zufuhr von Luft zum Abgas, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luft bei der Zufuhr von Luft zum Abgas vergrößert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luft über eine Erhöhung der Motorlast über eine Spätverstellung der Zündung in Verbindung mit der Öffnung der Drosselklappe oder eines Bypasskanals bewirkt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luft durch eine Erhöhung der Leerlaufdrehzahl bewirkt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Menge der von der Brennkraftmaschine angesaugten Luft durch das im Zuschalten äußerer Lasten, beispielsweise eines Klimakompressors bewirkt wird.