DE19713180C1 - Verfahren zur Überwachung des Sekundärluftmassenstroms einer Abgasreinigungsanlage - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung des Se­ kundärluftmassenstroms einer Abgasreinigungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Sekundärluft wird dem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine zu­ geführt, um die Abgasqualität der Brennkraftmaschine zu ver­ bessern. Zur Einhaltung gesetzlicher Abgasvorschriften ist der Sekundärluftmassenstrom zu überwachen.

DE 41 20 891 A1 beschreibt eine Brennkraftmaschine mit einer Sekundärluftpumpe, bei der die Förderleistung der Sekundär­ luftpumpe überwacht wird. Hierzu wird die Ist-Leistung an de­ finierten 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 berech­ net wird, die den vom Sekundärluftsystem in den Abgaskanal der Brennkraftmaschine eingeblasenen Sekundärluftstrom kenn­ zeichnet. Die erste Größe wird aus dem der Brennkraftmaschine zugeführten Luftstrom, aus dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis des von der Brennkraftmaschine angesaugten Gemisches und aus dem stromab der Einmündung der Sekundärluftleitung in dem Abgas­ kanal herrschenden Luft/Kraftstoffverhältnisses berechnet. Die erste Größe wird mit einem vorgegebenen Intervall vergli­ chen und bei einer Abweichung eine Fehlfunktion des Sekundär­ luftsystems erkannt.

Die Aufgabe der Erfindung beruht darin, einen Fehler in der Zufuhr der Sekundärluftmasse zum Abgastrakt zu erkennen.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch die Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst. Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung be­ steht darin, daß die zeitliche Änderung des vom Sekundärluft­ massenmesser gemessenen Sekundärluftmassenstrom mit vorgege­ benen, plausiblen Werten verglichen wird und auf diese Weise eine Fehlfunktion des Sekundärluftmassenmessers erkannt wird.

Weitere vorteilhafte Ausbildungen und Verbesserungen der Er­ findung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert; es zeigen:

Fig. 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Abgasreinigungsan­ lage,

Fig. 2 einen Programmablauf zur Durchführung des Verfahrens und

Fig. 3 Meßsignalverläufe des Sekundärluftmassenmessers.

Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1, die an einen Ansaug­ trakt 2 und einen Abgastrakt 3 angeschlossen ist. Der Ab­ gastrakt 3 ist zu einem Katalysator 4 geführt. Zwischen der Brennkraftmaschine 1 und dem Katalysator 4 ist eine Sekundär­ luftleitung 5 über ein steuerbares Sekundärluftventil 13 an den Abgastrakt 3 angeschlossen. Vorzugsweise ist die Sekun­ därluftleitung 5 am Motorblock direkt nach den Auslaßventilen an den Abgastrakt angeschlossen. Das Sekundärluftventil 13 ist dabei vorzugsweise direkt am Motorblock angeordnet. An der Sekundärluftleitung 5 ist eine Sekundärluftpumpe 6 ange­ ordnet, die über einen Sekundärluftmassenmesser 7 Sekundär­ luft ansaugt und in den Abgastrakt 3 pumpt. Es ist ein Steu­ ergerät 8 vorgesehen, das über Daten- und Steuerleitungen mit der Brennkraftmaschine 1, der Sekundärluftpumpe 6, dem Sekun­ därluftventil 13 und dem Sekundärluftmassenmesser 7 verbunden ist. Das Steuergerät 8 ist zudem über eine Datenleitung an einen Datenspeicher 9 angeschlossen.

Im Ansaugtrakt 2 ist ein Luftmassenmesser 10 eingebracht, der die von der Brennkraftmaschine 1 angesaugte Motorluftmasse mißt. Der Luftmassenmesser 10 ist über eine Signalleitung mit dem Steuergerät 8 verbunden. Weiterhin ist im Abgastrakt 3 ein Lambda-Sensor 11 zur Messung des Luft/Kraftstoff- Verhältnisses vorgesehen, der über eine Signalleitung mit dem Steuergerät 8 in Verbindung steht. Zudem ist das Steuergerät 8 über eine zweite Signalleitung an einen Gaspedalgeber 12 angeschlossen.

Das Steuergerät 8 steuert in Abhängigkeit von den gemessenen Abgaswerten und der angesaugten Motorluftmasse die Einsprit­ zung der Brennkraftmaschine 1, wobei der Fahrerwunsch, der über den Gaspedalgeber 12 gemessen wird, berücksichtigt wird. Zudem schaltet das Steuergerät 8 abhängig von der angesaugten Motorluftmasse und abhängig vom Luft-/Kraftstoffverhältnis im Abgastrakt 3 in Abhängigkeit von im Datenspeicher 9 abgeleg­ ten Daten die Sekundärluftpumpe 6 in der Weise, daß der Kata­ lysator 4 optimal aufgeheizt wird. Zur Kontrolle ermittelt das Steuergerät 8 über den Sekundärluftmassenmesser 7 den von der Sekundärluftpumpe 6 tatsächlich geförderten Sekundärluft­ massenstrom als Sekundärluftmasse pro Sekunde.

Die Zufuhr der Sekundärluftmasse wird anhand des schemati­ schen Programmablaufes der Fig. 2 überwacht. Bei Programm­ punkt 20 startet das Steuergerät 8 die Brennkraftmaschine 1 und überprüft anschließend bei Programmpunkt 21, ob die Se­ kundärluftpumpe 6 eingeschaltet ist. Ist dies nicht der Fall, so wird nach Programmpunkt 22 verzweigt und bei Programmpunkt 22 der Sekundärluftmassenstrom vom Sekundärluftmassenmesser 7 gemessen und mit einem ersten Schwellwert verglichen, der, vorzugsweise kleiner als 3 kg/h ist.

Ist der gemessene Sekundärluftmassenstrom größer als der er­ ste Schwellwert, so wird anschließend bei Programmpunkt 23 eine Fehlfunktion des Sekundärluftmassenmessers 7 erkannt. Dies wird vorzugsweise im Datenspeicher 9 in einem Fehler­ speicher abgelegt und/oder dem Fahrer angezeigt. Anschließend wird vom Steuergerät 8 durch einen Dateneintrag im Datenspei­ cher 9 die Sekundärluftpumpe 6 gesperrt und die Brennkraftma­ schine ohne eine Sekundärluftzufuhr betrieben.

Ergibt die Abfrage bei Programmpunkt 22, daß der gemessene Sekundärluftmassenstrom kleiner als der erste Schwellwert ist, so wird anschließend nach Programmpunkt 21 zurückver­ zweigt.

Ergibt die Abfrage bei Programmpunkt 21, daß die Sekundär­ luftpumpe eingeschaltet ist, so wird anschließend bei Pro­ grammpunkt 24 nach einer Anlaufzeit von vorzugsweise 3 Sekun­ den der Sekundärluftpumpe 6 der Sekundärluftmassenstrom ge­ messen und mit einem zweiten Schwellwert verglichen, der vor­ zugsweise größer als 10 kg/h ist. Ist der Sekundärluftmassen­ strom kleiner als der zweite Schwellwert, so wird anschlie­ ßend nach Programmpunkt 25 verzweigt.

Während der Anlaufzeit der Sekundärluftpumpe wird der minimal und der maximal geförderte Sekundärluftmassenstrom Lmin, Lmax gemessen. Die Differenz zwischen dem minimalen und der maxi­ malen Sekundärluftmassenstrom stellt den Differenzstrom LD dar: LD = Lmax - Lmin. Bei Programmpunkt 25 wird der Differenz­ strom mit einer ersten Differenzschwelle DIF1 verglichen, die vorzugsweise 7 kg/h beträgt.

Ergibt die Abfrage bei Programmpunkt 25, daß der Differenz­ strom größer als die erste Differenzschwelle DIF1 ist, so wird anschließend bei Programmpunkt 28 vom Steuergerät 8 festgestellt, daß die Sekundärluftpumpe und der Sekundärluft­ massenmesser 7 korrekt funktionieren. Im Datenspeicher 9 wird in einem Fehlerspeicher abgelegt, daß das Sekundärluftventil 13 oder die Sekundärluftleitung 5 verstopft sind. Anschlie­ ßend wird nach Programmpunkt 30 verzweigt.

Ergibt die Abfrage bei Programmpunkt 25, daß der Differenz­ strom LD kleiner als die erste Differenzschwelle DIF1 ist, so wird anschließend bei Programmpunkt 26 vom Steuergerät 8 festgestellt, daß entweder die Sekundärluftpumpe 6 oder der Sekundärluftmassenmesser 7 defekt ist. Dies wird in einem Fehlerspeicher im Datenspeicher 9 festgehalten.

Anschließend wird bei Programmpunkt 29 vom Steuergerät 8 vor­ zugsweise bei den nächsten fünf auftretenden Lastwechselvor­ gängen, d. h. bei Brems- oder Beschleunigungsvorgängen, der minimale und der maximale Sekundärluftmassenstrom jeweils während eines Lastwechsels ermittelt und der Differenzstrom gebildet. Ein Lastwechsel wird beispielsweise durch eine Än­ derung der angesaugten Motorluftmasse von 30 kg/h oder eine Drehzahländerung von 1000 Umdrehungen/Minute definiert.

Beim folgenden Programmpunkt 31 vergleicht das Steuergerät 8 die fünf Differenzströme jeweils mit einer zweiten Differenz­ schwelle. Ergibt der Vergleich, daß von den fünf Differenz­ strömen mindestens drei größer als die zweite Differenz­ schwelle DIF2 sind, so wird anschließend bei Programmpunkt 42 vom Steuergerät 8 erkannt, daß die Sekundärluftpumpe 6 defekt ist und ein entsprechender Fehlereintrag in den Datenspeicher 9 vorgenommen. Anschließend wird mit dem Motorbetrieb fortge­ fahren, wobei die Sekundärluftpumpe gesperrt ist. Die zweite Differenzschwelle beträgt vorzugsweise 2 kg/h.

Ergibt die Abfrage bei Programmpunkt 31, daß weniger als drei Differenzströme größer als die zweite Differenzschwelle sind, so wird anschließend bei Programmpunkt 43 erkannt, daß der Sekundärluftmassenmesser 7 defekt ist. Das Steuergerät nimmt einen entsprechenden Fehlereintrag in den Datenspeicher 9 vor. Anschließend wird mit dem Motorbetrieb fortgefahren, oh­ ne die Sekundärluftpumpe 6 einzuschalten.

Ergibt die Abfrage bei Programmpunkt 24, daß der gemessene Sekundärluftmassenstrom größer als der zweite Schwellwert ist, so wird anschließend nach Programmpunkt 27 verzweigt. Bei Programmpunkt 27 erkennt das Steuergerät 8, daß der Se­ kundärluftmassenmesser 7 und die Sekundärluftpumpe 6 korrekt funktionieren. Zudem wird festgestellt, daß das Sekundärluft­ ventil 13 geöffnet ist.

Anschließend wird bei Programmpunkt 30 eine Durchsatzdiagnose durchgeführt. Bei der Durchsatzdiagnose wird der von der Se­ kundärluftpumpe 6 geförderte und vom Sekundärluftmassenmesser 7 gemessene Sekundärluftmassenstrom mit einem theoretisch be­ rechneten Sekundärluftmassenstrom verglichen. Die Berechnung des Sekundärluftmassenstromes erfolgt in Abhängigkeit vom Ab­ gasgegendruck, der im Abgastrakt 3 vorherrscht und proportio­ nal zur angesaugten Motorluftmasse ist. Zudem wird die Lei­ stung berücksichtigt, mit dem das Steuergerät 8 die Sekundär­ luftpumpe 6 ansteuert. Aus dem Vergleich zwischen der Ansteu­ erleistung der Sekundärluftpumpe 6 und dem Abgasgegendruck 3 wird ein entsprechend theoretisch zu fördernder Sekundärluft­ massenstrom berechnet. Unterscheiden sich der berechnete und der gemessene Sekundärluftmassenstrom um einen vorgegebenen Wert, so wird eine Fehlfunktion der Sekundärluftzufuhr er­ kannt.

Nach Programmpunkt 30 wird zu Programmpunkt 32 verzweigt, bei dem gewartet wird, bis die Sekundärluftpumpe 6 abgeschaltet wird. Nach dem Abschalten der Sekundärluftpumpe 6 wird bei Programmpunkt 33 in einer Weiterbildung der Erfindung eine Diagnose durchgeführt, bei der ein Klemmen des Sekundärluft­ ventiles 13 überprüft wird. Bei einfachen Systemem wird keine Diagnose des Sekundärluftventiles durchgeführt.

Das Sekundärluftventil 13 wird im wesentlichen auf zwei ver­ schiedene Arten überprüft. Beim ersten Verfahren schaltet das Steuergerät 8 bei Programmpunkt 34 die Sekundärluftpumpe 6 ein und schließt das Sekundärluftventil 13. Dann ermittelt bei Programmpunkt 35 das Steuergerät 8 einen Mittelwert des Meßsignals des Sekundärluftmassenmessers 7 während eines vor­ gegebenen Zeitintervalls und vergleicht das gemittelte Meßsi­ gnal mit einem dritten Schwellwert.

Ergibt der Vergleich bei Programmpunkt 35, daß der Mittelwert des Sekundärluftmassenstromes kleiner als der dritte Schwell­ wert ist, so wird anschließend bei Programmpunkt 37 das Se­ kundärluftventil 13 als korrekt funktionierend erkannt und anschließend in den normalen Motorbetrieb geschaltet.

Wird bei Programmpunkt 35 festgestellt, daß der Mittelwert des Sekundärluftmassenstromes größer als der dritte Schwell­ wert ist, so wird anschließend bei Programmpunkt 36 vom Steu­ ergerät 8 festgestellt, daß das Sekundärluftventil 13 im of­ fenen Zustand klemmt. Dies wird im Datenspeicher 9 als Feh­ lereintrag abgelegt und/oder dem Fahrer angezeigt. Anschlie­ ßend wird in den normalen Motorbetrieb übergegangen.

Beim zweiten Verfahren zur Überprüfung des Sekundärluftventi­ les 13 wird von Programmpunkt 33 nach Programmpunkt 38 ver­ zweigt, bei dem das Steuergerät 8 die Sekundärluftpumpe 6 einschaltet und das Sekundärluftventil 13 öffnet. Anschlie­ ßend ermittelt das Steuergerät 8 bei den nächsten fünf auf­ tretenden Lastwechselvorgängen, d. h. bei Brems- oder Be­ schleunigungsvorgängen, jeweils einen minimalen und einen ma­ ximalen Sekundärluftmassenstrom während eines Lastwechsels und bildet jeweils den Differenzstrom aus dem minimalen und dem maximalen Sekundärluftmassenstrom eines Lastwechsels.

Bei Programmpunkt 39 vergleicht das Steuergerät 8 die fünf Differenzstöme jeweils mit einer dritten Differenzschwelle DIF3. Ergibt der Vergleich, daß von den fünf Differenzströmen mindestens drei größer als die dritte Differenzschwelle DIF3 sind, so erkennt bei Programmpunkt 40 das Steuergerät 8, daß das Sekundärluftventil 13 im offenen Zustand klemmt. Dies wird als Fehlereintrag im Datenspeicher 9 abgelegt und/oder dem Fahrer angezeigt. Anschließend wird der Motorbetrieb ohne eine Sekundärluftzufuhr weitergeführt.

Ergibt die Abfrage bei Programmpunkt 39, daß von den fünf Differenzströmen weniger als drei größer als die dritte Dif­ ferenzschwelle DIF3 sind, so wird anschließend bei Programm­ punkt 40 vom Steuergerät 8 erkannt, daß das Sekundärluftven­ til 13 geschlossen ist. Anschließend wird der Motorbetrieb fortgeführt. In einer einfachen Ausführung wird nur ein Dif­ ferenzstrom während eines Lastwechsels ermittelt und dieser mit der dritten Differenzschwelle verglichen und aus diesem Vergleich ein offen klemmendes Sekundärluftventil 13 erkannt.

Fig. 3 zeigt in Abhängigkeit von der Zeit T die Funktion der Sekundärluftpumpe 6 in Fig. 3a, das Meßsignal des Sekundär­ luftmassenmessers 7 für verschiedene Betriebszustände in den Fig. 3b, 3c und in 3d.

Zum Zeitpunkt 0 wird die Brennkraftmaschine 1 gestartet. Zu diesem Zeitpunkt ist die Sekundärluftpumpe 6 noch nicht ein­ geschaltet und deshalb weist das in Fig. 3a dargestellte Steuersignal für die Sekundärluftpumpe 6 den Wert 0 auf. Die Sekundärluftpumpe 6 wird vom Steuergerät 8 zum Zeitpunkt TS eingeschaltet. Dabei geht das Steuersignal in Fig. 3a vom Wert 0 auf den Wert 1 über. Die Sekundärluftpumpe 6 wird zum Zeitpunkt TE vom Steuergerät 8 wieder abgeschaltet.

Parallel zur Funktionsweise der Sekundärluftpumpe 6 ist in Fig. 3b das Meßsignal des Sekundärluftmassenmessers 7 darge­ stellt. Zwischen der Zeit 0 und dem Einschaltzeitpunkt TS der Sekundärluftpumpe 6 befindet sich das Meßsignal auf dem Wert 0. Nach dem Einschaltzeitpunkt TS steigt das Meßsignal auf einen Betriebswert an und fällt zum Ausschaltzeitpunkt TE wieder auf den Wert 0 ab. In diesem Fall entspricht das vom Sekundärluftmassenmesser 7 gemessene Meßsignal dem Wert, der vom Steuergerät 8 als zu fördernde Sekundärluftmasse theore­ tisch berechnet wurde. Damit entspricht das Signal der Fig. 3b einem Sekundärluftmassenmesser 7, der korrekt funktio­ niert.

Fig. 3c zeigt ein Meßsignal des Sekundärluftmassenmessers 7, das über der ersten Schwelle Sl liegt, obwohl die Sekundär­ luftpumpe 6 nicht eingeschaltet ist. Dies ist ein Fehlerfall entsprechend Programmpunkt 23.

Fig. 3d zeigt ein Meßsignal des Sekundärluftmassenmessers 7, das kurz nach dem Einschalten der Sekundärluftpumpe 6 wieder abfällt. Der Differenzstrom liegt dabei unter der ersten Dif­ ferenzschwelle DIF1. Somit stellt Fig. 3d einen Fehlerfall entsprechend Programmpunkt 26 dar.

Eine weitere Möglichkeit der Fehlerüberprüfung besteht darin, das Meßsignal des Sekundärluftmassenmessers 7 über die Zeit zu integrieren. Bei einer korrekten Funktionsweise steigt der integrierte Wert ab dem Einschaltzeitpunkt TS stetig an. Bei einer Fehlfunktion bleibt der integrierte Wert bei einem kon­ stanten Wert stehen.

Claims (9)

1. Verfahren zum Überwachen eines Sekundärluftmassenstromes, der von einer Sekundärluftpumpe (6) einem Abgastrakt (3) einer Brennkraftmaschine (1) vor dem Katalysator (4) zuge­ führt wird, und der von einem Sekundärluftmassenmesser (7) gemessen wird, dadurch gekennzeichnet,

• 1. daß das Meßsignal des Sekundärluftmassenmessers (7) erfaßt wird,
• 2. daß die zeitliche Änderung des Meßsignales ermittelt wird, und daß eine Fehlfunktion der Sekundärluftzufuhr erkannt wird, wenn die Änderung nicht einer vorgegebenen Änderung entspricht.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei eingeschalteter Sekundärluftpumpe (6) und bei geöffnetem Se­ kundärluftventil (13) während eines Lastwechsels der Brenn­ kraftmaschine (1) das Meßsignal ermittelt wird, und daß eine Fehlfunktion der Sekundärluftzufuhr erkannt wird, wenn sich das Meßsignal während des Lastwechsels weniger als einen vor­ gegebenen Wert ändert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein maximales und ein minimales Meßsignal während eines Last­ wechsels der Brennkraftmaschine (1) ermittelt werden, daß die Differenz aus dem maximalen und dem minimalen Meßsi­ gnal mit einem zweiten Differenzschwellwert verglichen wer­ den,
daß eine Fehlfunktion des Sekundärluftmassenmessers (7) er­ kannt wird, wenn die Differenz kleiner als der zweite Diffe­ renzschwellwert ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ei­ ne Fehlfunktion der Sekundärluftpumpe (6) erkannt wird, wenn die Differenz größer als der zweite Differenzschwellwert ist.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei geöffnetem Sekundärluftventil (13) ein maximales und ein minimales Meßsignal während der Anlaufzeit der Sekundärluft­ pumpe (6) ermittelt werden,
daß die Differenz aus dem maximalen und dem minimalen Meßsi­ gnal mit einem ersten Differenzschwellwert verglichen wird,
daß eine Fehlfunktion der Sekundärluftpumpe (6) oder des Se­ kundärluftmassenmessers (7) erkannt wird, wenn der Differenz­ wert kleiner als der erste Differenzschwellwert ist.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein geschlossen klemmendes Sekundärluftventil (13) oder eine ver­ stopfte Sekundärluftleitung (5) erkannt wird, wenn die Diffe­ renz größer als der erste Differenzschwellwert ist und klei­ ner als ein zweiter Schwellwert ist, der größer als der erste Differenzschwellwert ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei geöffnetem Sekundärluftventil (13) und eingeschalteter Sekundärluftpumpe (6) das Meßsignal des Sekundärluftmassen­ messers (7) mit einem zweiten Schwellwert verglichen wird,
daß ein maximales und ein minimales Meßsignal während der An­ laufzeit nach dem Start der Sekundärluftpumpe (6) ermittelt werden, wenn das Meßsignal kleiner als der zweite Schwellwert ist,
daß die Differenz aus dem maximalen und dem minimalen Meßsi­ gnal mit einem ersten Differenzschwellwert verglichen wird,
daß ein geschlossen klemmendes Sekundärluftventil (13) oder eine verstopfte Sekundärluftleitung (5) erkannt wird, wenn die Differenz größer als der erste Differenzschwellwert ist.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Meßsignal für den Vergleich mit dem zweiten Schwellwert erst nach einer vorgegebenen Anlaufzeit der Sekundärluftpumpe (6) gemessen wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei geöffnetem Sekundärluftventil (13) und eingeschalteter Sekundärluftpumpe (6) das Meßsignal des Se­ kundärluftmassenmessers (7) über die Zeit aufintegriert wird, und daß eine Fehlfunktion der Sekundärluftzufuhr erkannt wird, wenn das integrierte Meßsignal außerhalb vorgegebener Wertebereiche liegt.