DE19833148A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Funktionsüberprüfung eines druckbeaufschlagten Stellelements in einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zur Funktionsüberprüfung eines druckbeaufschlagten Stellelements in einer BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Bei einem Verfahren zur frühzeitigen Diagnose von Fehlfunktionen emissionsverbessernder Maßnahmen ist ein druckbeaufschlagtes Stellelement in einer Brennkraftmaschine vorgesehen, das in Abhängigkeit eines zugeführten Stelldrucks einen die Turbine eines Abgasturboladers überbrückenden Umgehungskanal öffnet und schließt, wobei zur Funktionsüberprüfung dem Stellelement als Stelldruck ein Diagnosedruck zugeführt wird und ein Fehlersignal erzeugt wird, falls der sich einstellende Istwert des Ansaugdrucks im Saugrohr der Brennkraftmaschine von einem Sollwert des Ansaugdrucks abweicht.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur
Funktionsüberprüfung eines druckbeaufschlagten Stellelements in
einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruches 1,
7 bzw. 10.
Aus der DE 33 06 484 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit einem
Abgasturbolader bekannt, dessen Turbine im Abgasstrang der
Brennkraftmaschine einen im Ansaugtrakt angeordneten Verdichter
zur Erhöhung des Ansaugdrucks antreibt. Um einen stromab der
Turbine im Abgasstrang gelagerten Abgaskatalysator in möglichst
kurzer Zeit auf Betriebstemperatur zu erwärmen, ist die Turbine
über einen Umgehungskanal überbrückbar, der von einem druckab
hängigen Stellglied geöffnet bzw. verschlossen werden kann. Bei
geöffnetem Umgehungskanal strömt ein Teil der heißen Abgase un
ter Umgehung der Turbine unmittelbar zum Katalysator und er
wärmt diesen in kurzer Zeit auf Betriebstemperatur, wodurch die
Schadstoffemissionen nach einem Kaltstart reduziert werden.
Das den Umgehungskanal öffnende und schließende Stellglied um
faßt eine von einer Feder beaufschlagte Membran in einem Gehäu
se mit einer Druckkammer, die über eine Druckleitung versorgt
wird. Wird die Druckkammer mit Unterdruck, der beispielsweise
beim Starten der Brennkraftmaschine im Leerlauf im Ansaugrohr
vorherrscht, beaufschlagt, wird die Membran und eine mit der
Membran verbundene Stellstange verschoben, wodurch der Umge
hungskanal geöffnet und das Abgas direkt zum Kat gelei
tet wird.
Bei einer Leckage der die Druckkammer des Stellglieds versor
genden Druckleitung wird die Druckkammer nicht mit dem für das
Öffnen des Umgehungskanals erforderlichen Unterdruck versorgt,
sondern mit Umgebungsdruck beaufschlagt, was zur Folge hat, daß
der Umgehungskanal geschlossen bleibt und die nutzbare Exergie
des Abgases für den Antrieb der Turbine, nicht jedoch zum di
rekten Erwärmen des Katalysators verwendet wird. Bei betriebs
kaltem Katalysator werden daraufhin größere Mengen ungereinig
ten Abgases emittiert.
Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, Fehlfunktionen emis
sionsverbessernder Maßnahmen frühzeitig zu diagnostizieren.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des An
spruches 1, 7 bzw. 10 gelöst.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren kann eine Überprüfung der
Funktionsfähigkeit des Stellelements und der das Stellelement
versorgenden bzw. vom Stellelement abzweigenden Leitungen vor
genommen werden. Das Stellelement wird bei der Diagnoseprüfung
mit einem Diagnosedruck beaufschlagt wird, der eine bestimmte
Einstellung des den Querschnitt des Umgehungskanals beeinflus
senden Stellelements zur Folge hat, so daß eine bestimmte Ab
gasmenge durch den Umgehungskanal strömt und der restliche Ab
gasstrom dem Antrieb der Turbine dient. Dem Abgasstrom durch
die Turbine kann ein Ansaugdruck-Sollwert bzw. ein bekannter
Sollwertverlauf zugeordnet werden; weicht der gemessene Ansaug
druck-Istwert vom Sollwert ab, wird ein Fehlersignal erzeugt,
das eine Fehlfunktion des Stellelements bzw. eines dem Stelle
lement zugeordneten Bauteils anzeigt.
Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß es für die Diagnose einer
Vielzahl unterschiedlich ausgebildeter, über Druck einstellba
rer Stellelemente geeignet ist. Das Verfahren kann in regelmä
ßigen Abständen bei unterschiedlichen oder gleichen Motor-Be
triebszuständen durchgeführt werden. Je nach Art des Stelle
lements und Betriebszustand kann die Beaufschlagung mit Diagno
sedruck im Fall korrekter Funktionsweise eine Druckänderung im
Ansaugtrakt oder einen etwa gleichbleibenden Druckverlauf des
Ansaugdrucks zur Folge haben. Weicht der tatsächliche Ansaug
druck vom Sollwert ab, wird ein Fehlersignal erzeugt.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung wird das Stellelement
bei einem Druckabfall des Stelldrucks innerhalb der Druckkammer
in Richtung Öffnungsstellung und bei einem Druckanstieg in
Richtung Schließstellung versetzt. In einer ersten bevorzugten
Ausführung wird dem Stellelement während dem Ladebetrieb als
Diagnosedruck erhöhter Ansaugdruck zugeführt, der zu einem
Schließen des Stellelements und folglich zu einem erhöhten Ab
gasmassestrom durch die Turbine mit ansteigendem Ansaugdruck
führt. Erreicht der ansteigende Ansaugdruck einen bestimmten
Druckwert, funktioniert das Stellelement fehlerfrei. Wird der
Druckwert nicht erreicht, so liegt ein Fehler vor und es wird
ein Fehlersignal generiert.
In einer zweiten bevorzugten Ausführung ist das Stellelement in
der Weise ausgebildet, daß bei einem gegebenen Normdruck - in
der Regel der Umgebungsdruck - der Umgehungskanal verschlossen
ist und bei einem oberhalb und auch unterhalb des Normdrucks
liegenden Stelldruck der Umgehungskanal geöffnet wird. Bei kor
rekter Funktion wird dem Stellelement der Ansaugdruck im Leer
lauf, insbesondere im Nachstart der Brennkraftmaschine, zuge
führt, bei dem das Stellelement aufgrund des Unterdruckniveaus
des Leerlaufdrucks in Öffnungsstellung verharrt, so daß ein
gleichbleibender Abgasstrom die Turbine durchströmt und der
Druckverlauf im Ansaugtrakt sich im wesentlichen nicht ändert.
Im Fehlerfall - bei undichter Leitung - wird dagegen dem Stell
element höherer Umgebungsdruck zügeführt, der das Stellelement
in Schließstellung versetzt, so daß die Turbine mit einem höhe
ren Abgasmassestrom beaufschlagt wird und aufgrund der gestei
gerten Verdichterleistung der Ansaugdruck ansteigt. Der Anstieg
wird diagnostiziert und führt zu einem Fehlersignal.
Die Diagnoseprüfung kann bei der zweiten Ausführung auch im La
debetrieb der Brennkraftmaschine durchgeführt werden, indem dem
Stellelement der Ansaugdruck p2S als Diagnosedruck zugeführt
wird, der oberhalb des Normdrucks, aber unterhalb von p2 liegt,
wodurch das Stellelement kurzfristig weiter als durch die Lade
druckregelung in Öffnungsstellung versetzt wird. Die durch die
Turbine strömende Abgasmenge nimmt geringfügig ab und entspre
chend sinkt der Ladedruck etwas ab. Im Fehlerfall wird das
Stellelement mit Umgebungsdruck beaufschlagt und dadurch in
Schließstellung verstellt, wodurch die Leistung des Turboladers
und folglich auch der Ladedruck erhöht wird, was zur Erzeugung
eines Fehlersignals genutzt wird.
Eine weitere Diagnosemöglichkeit ist bei Verwendung einer Se
kundärluftpumpe gegeben, über die Sekundärluft unmittelbar hin
ter die Auslaßventile des Motors eingeführt werden kann, um ei
ne exotherme Nachreaktion der Abgasschadstoffe auszulösen. Zur
Steuerung der Sekundärluft ist ein Schaltventil vorgesehen, dem
als Schaltdruck der Ansaugdruck zugeführt wird. Im normalen
Funktionsbetrieb öffnet bei Unterdruck im Ansaugrohr das
Schaltventil, woraufhin Sekundärluft eingeblasen wird. Im Dia
gnosefall wird der Sauerstoffgehalt im Abgasstrang gemessen und
mit einem Sollwert verglichen. Liegt eine Leckage vor, steigt
der Druck im Schaltventil an, das daraufhin in Schließstellung
versetzt wird, so daß die Zufuhr der Sekundärluft reduziert
oder unterbunden wird. Der tatsächliche Sauerstoffgehalt liegt
im Fehlerfall unterhalb des Sollwerts, woraufhin ein Fehlersi
gnal erzeugt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein Stellelement in ei
ner Brennkraftmaschine mit einem Abgasturbolader auf, dessen
Turbine im Abgasstrang von einem Umgehungskanal überbrückbar
ist. Der Umgehungskanal wird durch das Stellelement geöffnet
bzw. abgesperrt, wobei das Stellelement bei anliegendem Unter
druck in Öffnungsstellung und bei anliegendem Normaldruck in
Schließstellung steht. Über eine Druckleitung ist das Stellele
ment mit dem Ansaugtrakt verbunden. In der Druckleitung ist ein
zum Ansaugtrakt öffnendes Rückschlagventil angeordnet, über das
Unterdruck aus dem Ansaugtrakt auf das Stellelement übertragbar
ist. Der Unterdruck versetzt das Stellelement im Normalbetrieb
in Öffnungsstellung.
Parallel zum Rückschlagventil ist ein Diagnoseventil angeord
net, das über ein Stellsignal einer Motorsteuerung aktivierbar
ist und das das Rückschlagventil überbrückt. Bei der Funkti
onsüberprüfung wird das Diagnoseventil aktiviert, so daß der
Ansaugdruck im Ansaugtrakt unmittelbar über das Diagnoseventil
unter Umgehung des Rückschlagventils dem Stellelement zuführbar
ist. Der Ansaugdruck wird in Abhängigkeit des eingesetzten
Stellelement-Typs und des Motor-Betriebszustands als Diagnose
druck verwendet, der eine bestimmte Reaktion des Stellelements
mit einhergehender Einstellung des Ansaugdrucks hervorruft. Der
Ansaugdruck wird gemessen und in der Motorsteuerung mit einem
Sollwert verglichen; bei einer unzulässigen Abweichung des Ist
werts vom Sollwert produziert die Motorsteuerung ein Fehlersi
gnal.
Zweckmäßig ist stromab des Rückschlagventils bzw. des Diagnose
ventils ein Umschaltventil angeordnet, das so geschaltet werden
kann, daß entweder das Stellelement mit dem Ansaugtrakt verbun
den ist oder das Stellelement mit Umgebungsdruck beaufschlagt
wird. Zu Diagnosezwecken wird das Umschaltventil in die das
Stellelement mit dem Ansaugtrakt verbindende Stellung geschal
tet. Die Umschaltung erfolgt vorteilhaft über die Motorsteue
rung, die durch Auswertung der aufgenommenen Betriebsparameter
die Entscheidung zur Funktionsüberprüfung fällt.
Das Stellelement ist vorteilhaft als Druckdose mit einer eine
Druckkammer begrenzenden Stellmembran ausgebildet. Die Stell
membran beaufschlagt eine Stellstange, die ein Ventil o. ä. zwi
schen einer den Umgehungskanal sperrenden Schließstellung und
einer den Umgehungskanal freigebenden Öffnungsstellung ver
stellt. Die Druckdose benötigt keine zusätzliche Stellenergie,
sondern nutzt Druckunterschiede in der Brennkraftmaschine zur
gewünschten Einstellung des Strömungsquerschnitts des Umge
hungskanals.
Die Druckdose kann als Ein-Kammer-Druckdose oder als
Zwei-Kammer-Druckdose ausgebildet sein. Die Zwei-Kammer-Druckdose
weist zusätzlich zur Druckkammer noch eine Bezugskammer auf,
wobei der Bezugskammer der Ansaugdruck stromauf eines Ladeluft
kühlers im Ansaugtrakt und der Druckkammer der Ansaugdruck im
Saugrohr stromab der Drosselklappe zugeführt wird. Im Diagnose
fall - im Ladebetrieb - wird die Druckkammer der Zwei-Kammer-Druck
dose mit dem erhöhten Ansaugdruck beaufschlagt und die
Druckdose in Schließstellung versetzt, wodurch die Turbinenlei
stung ansteigt und der Ansaugdruck weiter erhöht wird, sofern
keine Fehlluftströme infolge Leckagen auftreten.
Die Druckkammer der Ein-Kammer-Druckdose kann über ein Um
schaltventil wahlweise mit dem Ansaugdruck stromauf des Lade
luftkühlers oder stromab der Drosselklappe verbunden werden.
Bei der Funktionsüberprüfung wird der Ansaugdruck stromab der
Drosselklappe auf dies Druckdose geleitet, wobei das Rückschlag
ventil in der Zufuhrleitung über das Diagnoseventil überbrückt
wird. Die Motorsteuerung erkennt einen Fehler, wenn der Ansaug
druck einen unzulässig hohen Wert einnimmt.
Die beschriebenen Verfahren und die Vorrichtung ermöglichen
während des Motorbetriebs eine On-board-Diagnose der die Abga
semissionen beeinflussenden Motorkomponenten.
Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungsformen sind den
weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und den Zeichnun
gen zu entnehmen. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschi
ne mit Abgasturbolader und Stellelement zur Beauf
schlagung eines Umgehungskanals um die Turbine,
Fig. 2 eine Fig. 1 entsprechende Darstellung, jedoch mit ei
nem Stellelement in einer anderen Ausführung.
Die in Fig. 1 dargestellte Brennkraftmaschine 1 ist mit einem
Abgasturbolader 2 versehen, dessen Turbine 3 im Abgasstrang 11
von den Abgasen der Brennkraftmaschine 1 angetrieben wird, wo
bei der Verdichter 4 im Ansaugtrakt 8 von der Turbine betrieben
wird und Ansaugluft auf den Ansaugdruck p2 verdichtet. Die An
saugluft wird stromab des Verdichters 4 zunächst in einem Lade
luftkühler 22 gekühlt und im weiteren Verlauf über eine Sammel
luftleitung 9 einem Saugrohr 10 zugeführt, in dem eine Drossel
klappe 25 angeordnet ist. Im Saugrohr 10 herrscht der Ansaug
druck p2S, dessen Wert im Leerlauf der Brennkraftmaschine 1,
bei geschlossener Drosselklappe 25, unter dem Wert des Ansaug
drucks stromauf der Drosselklappe 25 liegt. Über das Saugrohr
10 wird die Ansaugluft Saugkanälen, die in die Zylindereinlässe
der Brennkraftmaschine 1 münden, zugeführt.
Das Abgas der Brennkraftmaschine 1 wird im Bereich der Zylin
derauslässe zunächst in einem Abgassammler 27 gesammelt und
dann dem Abgasstrang 11 zugeführt, an dessen Ende stromab der
Turbine 3 ein Katalysator 26 zur katalytischen Umwandlung
schädlicher Abgasemissionen abgeordnet ist. Um nach einem Kalt
start der Brennkraftmaschine 1 den Katalysator 26 in möglichst
kurzer Zeit auf seine Betriebstemperatur zu erwärmen, kann die
Turbine 3 das Abgasturboladers 2 über einen Umgehungskanal 5
überbrückt werden, so daß das Abgas unter Umgehung der Turbine
3 unmittelbar zum Katalysator 26 geführt wird und diesen er
wärmt. Der Umgehungskanal 5 ist in Abhängigkeit des Betriebszu
stands der Brennkraftmaschine über ein Umgehungsventil 28 zu
öffnen und zu schließen, das über eine Stellstange 21 eines
Stellelements 6 geschaltet wird.
Das Stellelement 6 ist im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 als
Zwei-Kammer-Druckdose mit einer Druckkammer 18, einer mit der
Stellstange 21 verbundenen Stellmembran 19 sowie einer Bezugs
kammer 20 ausgeführt. Je nach den aktuellen Druckverhältnissen
in der Druckkammer 18 und der Bezugskammer 20 wird die Stell
membran 19 zwischen Druckkammer und Bezugskammer axial verscho
ben, wodurch auch die Stellstange bewegt wird und das Umge
hungsventil 28 in Öffnungsstellung oder Schließstellung ver
setzt wird. Bei Unterdruck in der Druckkammer 18 wird das Umge
hungsventil 28 in geöffnet, bei Überdruck in der Druckkammer 18
dagegen geschlossen.
Die Bezugskammer 20 des Stellelements 6 wird über eine Druck
leitung 29 mit dem Ansaugdruck p2 stromab des Verdichters 4,
jedoch stromauf des Ladeluftkühlers 22 versorgt. In der Druck
leitung 29 ist ein Taktventil 30 zur getakteten Übertragung des
Ansaugdrucks p2 und ein Dämpfungsvolumen 31 zur Glättung von
Druckspitzen angeordnet. Das Taktventil 30 wird über eine Si
gnalleitung 32 von der Motorsteuerung 7 des Fahrzeugs gesteu
ert.
Die Druckkammer 18 des Stellelements 6 ist über eine Drucklei
tung 14 mit dem Saugrohr 10 verbunden. In der Druckleitung 14
ist ein Rückschlagventil 15, das Unterdruck aus dem Saugrohr 10
auf die Druckkammer 18 des Stellelements 6 überträgt, und ein
von der Motorsteuerung 7 über eine Signalleitung 33 gesteuertes
Umschaltventil 17 angeordnet.
Zur Emissionsabsenkung kann im Nachstart das Umschaltventil 17,
das zweckmäßig elektromagnetisch betätigbar ist, von der Motor
steuerung 7 auf Durchschaltung der Druckleitung 14 geschaltet
werden, so daß der im Leerlauf einen Unterdruckwert annehmende
Ansaugdruck p2S über das Rückschlagventil 15 auf die Druckkam
mer 18 geleitet wird. Das Stellelement 6 wird daraufhin in Öff
nungsstellung versetzt und die Stellstange 21 des Stellelements
6 öffnet das Umgehungsventil 28, so daß das Abgas über den Um
gehungskanal 5 unmittelbar zum Katalysator 26 geleitet wird und
diesen erwärmt.
Nachdem der Katalysator seine Betriebstemperatur erreicht hat,
wird das Umschaltventil 17 von der Motorsteuerung 7 geschlossen
und es wird Umgebungsdruck pu auf die Druckkammer 18 des Stell
elements 6 aufgeschaltet. In diesem Betriebsmodus kann das Um
gehungsventil 28 über die Bezugskammer 20 des Stellelements 6,
welche über die Druckleitung 29 mit dem Ansaugdruck p2 stromauf
des Ladeluftkühlers 22 beaufschlagt wird, in der Weise einge
stellt werden, daß je nach Öffnungsstellung des Umgehungsven
tils 28 ein bestimmter Abgasstrom den Umgehungskanal 5 durch
strömt, wodurch eine geregelte Einstellung eines gewünschten
Ansaugdrucks p2S im Saugrohr 10 realisierbar ist.
Zur Funktionsüberprüfung kann das Stellelement 6 einer Diagnose
unterzogen werden, um eventuelle Fehlfunktionen des Stellele
ments oder einer der Druckleitungen des Stellelements fest zu
stellen. Hierzu wird im Aufladebetrieb des Motors über eine Si
gnalleitung 34 ein das Rückschlagventil 15 in der Druckleitung
14 überbrückendes Diagnoseventil 16 von der Motorsteuerung 7
aktiv geschaltet, so daß der im Aufladebetrieb einen Überdruck
wert einnehmende Ansaugdruck p2S im Saugrohr 10 über das Dia
gnoseventil 16 und das auf Durchschaltung eingestellte Um
schaltventil 17 als Diagnosedruck pD auf die Druckkammer 18 ge
leitet wird.
Bei korrekter Funktion wird durch die Aufschaltung von Über
druck auf die Druckkammer 18 das Umgehungsventil 28 geschlos
sen, woraufhin der gesamte Abgasstrom durch die Turbine 3 ge
leitet wird und folglich die Turbinenleistung erhöht wird. Dar
aufhin stellt sich durch die gesteigerte Verdichterleistung ein
höherer Ansaugdruck p2S im Saugrohr 10 ein, der sensorisch er
faßt und in der Motorsteuerung 7 ausgewertet werden kann.
Bei einer Fehlfunktion, beispielsweise einer Leckage im Stelle
lement 6 oder einer der Druckleitungen, wird das Druckniveau im
Saugrohr 10 nicht auf die Druckkammer 18 übertragen und es wird
keine Reaktion des Umgehungsventils 28 erzielt. Der Abgasstrom
durch die Turbine kann nicht gesteigert werden, es wird keine
höhere Turbinenleistung und folglich auch kein Anstieg des An
saugdrucks p2S im Saugrohr 10 erreicht. Die Differenz zwischen
tatsächlich erreichtem Istwert des Ansaugdrucks und gewünschtem
Sollwert des Ansaugdrucks wird in einer Vergleichseinrichtung
der Motorsteuerung 7 festgestellt, woraufhin ein Fehlersignal
erzeugt wird.
Als Fehlfunktionen können Leckagen in der Druckleitung 14 und
Funktionsstörungen des Stellelements 6, beispielsweise Membran
defekte der Stellmembran 19 oder mechanische Beschädigungen der
Stellstange 21 zum Umgehungsventil 28, detektiert werden. Dar
überhinaus kann auch festgestellt werden, ob das Umschaltventil
17 zwischen der Durchschaltstellung zur Übertragung des Ansaug
drucks p2S aus dem Saugrohr 10 und der Stellung zur Übertragung
des Umgebungsdrucks pu auf das Stellelement 6 hin und her
schaltet.
Als weitere Funktionalität ist eine Sekundärluftpumpe 24 vorge
sehen, über die Sekundärluft unmittelbar hinter die Auslaßven
tile des Motors eingeblasen werden kann, um eine exotherme
Nachreaktion zur Verminderung der Abgasschadstoffe, insbesonde
re der Komponenten HC und CO, auszulösen. Durch die exotherme
Nachreaktion wird der Abgasstrom deutlich erwärmt, so daß der
Katalysator 26 schneller auf seine Betriebstemperatur gebracht
werden kann. Der durch die Lufteinblasung ansteigende Sauer
stoffgehalt kann über eine vor dem Katalysator angeordnete Sau
erstoffsonde gemessen werden.
Die Sekundärluftpumpe 24, die über eine Signalleitung 35 von
der Motorsteuerung 7 gesteuert wird, ist über eine Zusatzluft
leitung 13 mit dem Abgassammler 27 verbunden. In der Zusatz
luftleitung 13 ist ein Schaltventil 12 angeordnet, über das die
Zusatzluftleitung 13 geöffnet oder gesperrt werden kann. Das
Schaltventil 12 kommuniziert über eine Steuerungsleitung 36 mit
Druckleitung 14 zwischen dem Saugrohr 10 und dem Stellelement 6
und wird über den Ansaugdruck p2S geschaltet. Nimmt der Ansaug
druck p2S einen Unterdruckwert ein, kann das Schaltventil 12
geöffnet werden.
Bei einer Fehlfunktion der Sekundärluftpumpe 24 kann kein Sau
erstoffanstieg festgestellt werden, was zur Erzeugung eines
Fehlersignals führt. Eine Fehlfunktion liegt bei einem
Schlauchabfall der Zusatzluftleitung 13 zwischen der Sekundär
luftpumpe 24 und dem Abgassammler 27 vor. Auch ein Schlauchab
fall der Druckleitung 14 zwischen dem Saugrohr 10 und dem Stell
element 6 oder der Steuerungsleitung 36 führt zu einem Feh
lereintrag, da in diesem Fall der erforderliche Unterdruck zur
Öffnung des Schaltventils 12 nicht mehr übertragen werden kann,
so daß keine Frischluft bzw. nur eine reduzierte Frischluftmen
ge über die Sekundärluftpumpe 24 in den Bereich der Auslaßven
tile des Motors gefördert wird und der erwartete Sauerstoffan
stieg nicht realisiert werden kann.
In Fig. 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt, wo
bei gleiche Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1
bezeichnet sind. Die Funktion der Bauteile einschließlich der
Funktion des Stellelements 6 und der Sekundärluftpumpe 24 im
normalen Fahrbetrieb ist identisch mit dem Ausführungsbeispiel
gemäß Fig. 1, auf dessen Beschreibung Bezug genommen wird.
Im Unterschied zu Fig. 1 ist das Stellelement 6 als Ein-Kammer-Druck
dose mit einer konisch geformten Druckkammer 18 ausge
führt. In der Druckkammer 18 befinden sich zwei Stellmembrane
19 und 38, wobei die erste Stellmembran 19 auf der konisch ver
jüngten Seite in der Druckkammer 18 angeordnet und mit der
Stellstange 21 zur Öffnung und Schließung des Umgehungsventils
28 verbunden ist. Die zweite Stellmembran 38 auf der konisch
erweiterten Seite der Druckkammer 18 kann über eine lose Stange
eine Stellbewegung in Richtung auf die erste Stellmembran 19,
nicht jedoch in Gegenrichtung übertragen. Bei einem gegebenen
Normdruck, der in der Regel der Umgebungsdruck pu ist, befindet
sich das Stellelement 6 in einer den Umgehungskanal 5 sperren
den Schließstellung. Bei einem Überdruck in der Druckkammer 18
werden die Stellmembrane 19 und 38 in entgegengesetzte Richtun
gen auseinandergedrückt, wobei nur die Bewegung der ersten
Stellmembran 19 als Öffnungsbewegung auf das Umgehungsventil 28
übertragen wird und dieses in Richtung der Öffnungsstellung
verstellt. Bei einem Unterdruck in der Druckkammer 18 bewegen
sich die Stellmembrane 19, 38 aufeinander zu, wobei die Stell
membran 38 aufgrund ihrer größeren Fläche gegenüber der Stell
membran 19 eine größere Stellbewegung ausführt, welche auf die
Stellstange 21 übertragen wird und ebenfalls zu einer Öffnung
des Umgehungsventils 28 führt. Sowohl ein Unterdruck unterhalb
des Normdrucks des Stellelements 6 als auch ein Überdruck ober
halb des Normdrucks führen zu einer Öffnung des Umgehungskanals
5.
Der Druckkammer 18 kann wahlweise über die Druckleitung 29 der
Ansaugdruck p2 stromauf des Ladeluftkühlers 22 oder über die
Druckleitung 14 der Ansaugdruck p2S im Saugrohr 10 zugeführt
werden. Zur Umschaltung zwischen den Ladedrücken p2, p2S ist ein
Umschaltventil 23 vorgesehen, das über eine Signalleitung 37
von der Motorsteuerung 7 angesteuert wird.
Im Nachstart wird der im Leerlauf im Saugrohr herrschende, ei
nen Unterdruckwert einnehmende Ansaugdruck p2S über die Druck
leitung 14 über das als Rückschlagventil 15 und die durchge
schalteten Umschaltventile 17 und 23 auf die Druckkammer 18 des
Stellelements 6 geleitet. Der Unterdruck in der Druckkammer 18
bewirkt, daß das Umgehungsventil 28 geöffnet wird und das Abgas
aus dem Motor über den Umgehungskanal 5 unmittelbar dem Kataly
sator 26 zugeführt wird.
Nach Erreichen der Betriebstemperatur kann das Umschaltventil
23 so geschaltet werden, daß der Ansaugdruck p2 stromauf des
Ladeluftkühlers 22 über die Druckleitung mit dem Taktventil 30
und dem Dämpfungsvolumen 31 zur geregelten Einstellung eines
gewünschten Ansaugdrucks im Saugrohr 10 auf die Druckkammer 18
geleitet wird.
Bei der Diagnoseprüfung des Stellelements 6 wird ein Diagnose
druck auf die Druckkammer 18 aufgegeben und der Istwert des An
saugdrucks im Saugrohr mit einem Ansaugdruck-Sollwert vergli
chen. Als Diagnosedruck pD kann zum einen der Leerlauf-An
saugdruck und zum anderen der Ansaugdruck im Ladebetrieb - der
Ladedruck - im Saugrohr herangezogen werden. Bei der Dia
gnoseprüfung wird das Diagnoseventil 16 über die Signalleitung
34 von der Motorsteuerung 7 aktiv geschaltet und dadurch das
Rückschlagventil 15 überbrückt.
Wird der Ansaugdruck p2S im Leerlauf als Diagnosedruck pD ver
wendet, so muß das Stellelement 6 bei korrekter Funktionsweise
in Öffnungsstellung verharren, so daß eine im wesentlichen
gleichbleibende Abgasmenge durch den Umgehungskanal 5 strömt
und der Ansaugdruck aufgrund der gleichbleibenden Verdichter
leitung sich nicht oder nur geringfügig ändern darf. Im Falle
einer Fehlfunktion, beispielsweise bei einer Leckage in einer
der Druckleitungen zum Stellelement 6, erhöht sich der Druck in
der Druckkammer 18 und das Umgehungsventil 28 wird in Schließ
stellung versetzt. Die sich einstellende höhere Verdichterlei
stung sorgt für einen Anstieg des Ansaugdrucks im Saugrohr 10.
Übersteigt der Anstieg einen zulässigen Toleranzwert, wird ein
Fehlersignal erzeugt.
Wird der Ansaugdruck p2S im Ladebetrieb als Diagnosedruck pD
verwendet, so wird über das Umschaltventil 23 lediglich die
Druckzufuhr zur Druckkammer 18 von der Druckleitung 29 auf die
Druckleitung 14 umgestellt. Da der Ansaugdruck p2 stromauf des
Ladeluftkühlers und der Ansaugdruck p2S im Saugrohr bei geöff
neter Drosselklappe 25 sich nur durch den geringen Druckverlust
im Ladeluftkühler 22 unterscheiden, darf bei korrekter Funktion
die Stellung der Stellmembran 19 in der Druckkammer 18 sich nur
geringfügig ändern und der Ansaugdruck im Saugrohr muß etwa
gleich bleiben. Bei einer Leckage kommt es dagegen in der
Druckkammer 18 zu einem Druckabfall auf den Umgebungsdruck, bei
dem das Stellelement 6 in Schließstellung versetzt wird, wo
durch ein unzulässig hoher Druckanstieg im Saugrohr 10 ent
steht, der detektiert und zur Erzeugung eines Fehlersignals
herangezogen werden kann.
Die Diagnoseüberprüfung der Sekundärluftpumpe 24 erfolgt in
analoger Weise wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1.
Claims (16)
1. Verfahren zur Funktionsüberprüfung eines druckbeaufschlagten
Stellelements in einer Brennkraftmaschine, das in Abhängigkeit
eines zugeführten Stelldrucks einen die Turbine (3) eines Ab
gasturboladers (2) überbrückenden Umgehungskanal (5) öffnet und
schließt, wobei zur Funktionsüberprüfung dem Stellelement (6)
als Stelldruck ein Diagnosedruck (pD) zugeführt wird und ein
Fehlersignal erzeugt wird, falls der sich einstellende Istwert
des Ansaugdrucks (p2S) im Saugrohr (10) der Brennkraftmaschine
(1) von einem Sollwert des Ansaugdrucks (p2S) abweicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Stellelement (6) bei einem Abfall des Stelldrucks in
Richtung Öffnungsstellung und bei einem Anstieg des Stelldrucks
in Richtung Schließstellung verstellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der als Stelldruck zugeführte Diagnosedruck (pD) der An
saugdruck (p2S) im Ladebetrieb ist und das Stellelement (6) von
Öffnungsstellung in Schließstellung versetzt wird, wobei ein
Fehlersignal erzeugt wird, falls nach dem Schließen des Umge
hungskanals (5) der Ansaugdruck (p2S) einen höheren, vorgegeben
Istwert nicht erreicht.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Stellelement (6) bei einem Normdruck in Schließstellung
liegt, wobei der Normdruck zwischen dem Ansaugdruck (p2S) im
Leerlauf und dem Ansaugdruck (p2S) im Ladebetrieb liegt, und
daß bei einer Abweichung des das Stellelement (6) beaufschla
genden Diagnosedrucks (pD) oberhalb oder unterhalb des
Normdrucks das Stellelement (6) in Schließstellung versetzt
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Stellelement (6) als Diagnosedruck (pD) der aktuelle
Ansaugdruck (p2S) im Saugrohr (10) im Leerlauf zugeführt wird
und ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn der sich einstellende
Istwert des Ansaugdrucks (p2S) oberhalb eines Sollwerts des An
saugdrucks (p2S) liegt.
6. Verfahren nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß dem Stellelement (6) als Diagnosedruck (pD) der aktuelle
Ansaugdruck (p2S) im Saugrohr (10) im Ladebetrieb zugeführt
wird und ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn der sich einstel
lende Istwert des Ansaugdrucks (p2S) oberhalb eines Sollwerts
des Ansaugdrucks (p2S) liegt.
7. Verfahren zur Funktionsüberprüfung eines druckbeaufschlagten
Stellelements in einer Brennkraftmaschine, insbesondere Verfah
ren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Stellelement
als Schaltventil (12) ausgebildet ist und in Abhängigkeit des
als Schaltdruck zugeführten Ansaugdrucks (p2S) eine Zusatzluft
leitung (13) geöffnet und geschlossen wird, über die Sekundär
luft unmittelbar hinter die Auslaßventile des Motors eingeführt
wird, wobei zur Funktionsüberprüfung der Sauerstoffgehalt im
Abgasstrang (11) gemessen wird und ein Fehlersignal erzeugt
wird, wenn der Istwert des Sauerstoffgehalts von einem Sollwert
abweicht.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Schaltventil (12) bei Unterdruck in eine die Zusatz
luftleitung (13) öffnende Stellung versetzt wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein Fehlersignal erzeugt wird, falls der Istwert des Sauer
stoffgehalts unterhalb des Sollwerts liegt.
10. Vorrichtung in einer Brennkraftmaschine mit einem Abgastur
ader, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach ei
nem der Ansprüche 1 bis 9, dessen Turbine (3) im Abgasstrang
(11) von einem Umgehungskanal (5) überbrückbar ist, der über
ein Stellelement (6) absperrbar ist, welches in Abhängigkeit
eines zugeführten Stelldrucks zwischen einer den Umgehungskanal
(5) freigebenden Öffnungsstellung und einer den Umgehungskanal
(5) sperrenden Schließstellung verstellbar ist, wobei das Stel
lelement (6) über eine Druckleitung (14) mit dem Ansaugtrakt
(8) kommuniziert und in der Druckleitung (14) ein zum Ansaug
trakt (8) öffnendes Rückschlagventil (15) zur Übertragung von
Unterdruck angeordnet ist, und mit einem Motorsteuergerät (7)
zur Steuerung der Druckzufuhr zum Stellelement (6),
dadurch gekennzeichnet,
daß zur Funktionsüberprüfung des Stellelements (6) ein das
Rückschlagventil (15) überbrückendes, den Ansaugdruck (p2S) im
Ansaugtrakt (8) in Richtung des Stellelements (6) übertragendes
Diagnoseventil (16) vorgesehen ist, das über ein Stellsignal
der Motorsteuerung (7) aktivierbar ist, wobei in einer Ver
gleichseinrichtung des Motorsteuergeräts (7) ein dem Istwert
des Ansaugdrucks (p2S) entsprechendes Istsignal mit einem Soll
signal vergleichbar ist, das einem Sollwert des Ansaugdrucks
(p2S) entspricht, und ein Fehlersignal erzeugbar ist, falls der
Istwert von dem Sollwert abweicht.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Druckleitung (14) stromab des Rückschlagventils (15)
ein über die Motorsteuerung (7) steuerbares Umschaltventil (17)
angeordnet ist, das zwischen einer das Stellelement (6) mit dem
Ansaugtrakt (8) verbindenden Stellung und einer das Stellele
ment (6) mit Umgebungsdruck (pu) versorgenden Stellung um
schaltbar ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Stellelement (6) als Druckdose mit einer eine Druckkam
mer (18) begrenzenden Stellmembran (19) und einer von der
Stellmembran (19) beaufschlagten Stellstange (21) zur Absper
rung des Umgehungskanals (5) ausgebildet ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Stellelement (6) als Zwei-Kammer-Druckdose mit einer
Druckkammer (18) und einer Bezugskammer (20) ausgebildet ist,
wobei die Druckkammer (18) mit dem Ansaugdruck (p2S) im Saug
rohr (10) stromab einer Drosselklappe (25) und die Bezugskammer
(20) mit dem Ansaugdruck (p2) stromauf eines Ladeluftkühlers
(22) im Ansaugtrakt (8) kommuniziert.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Stellelement (6) als Ein-Kammer-Druckdose ausgebildet
ist, deren Druckkammer (18) über ein Umschaltventil (23) wahl
weise mit dem Ansaugdruck (p2) stromauf des Ladeluftkühlers
(22) oder mit dem Ansaugdruck (p2S) im Saugrohr (10) kommuni
ziert.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Sekundärluftpumpe (24) zur Einspeisung von Sekundär
luft in den Abgasstrang (11) unmittelbar hinter den Auslaßven
tilen des Motors vorgesehen ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Zusatzluftleitung (13) von der Sekundärluftpumpe (24)
zum Abgasstrang (11) vorgesehen ist, in der ein Schaltventil
(12) angeordnet ist, dem der Ansaugdruck (p2S) als Schaltdruck
zuführbar ist.
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