DE19833148A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Funktionsüberprüfung eines druckbeaufschlagten Stellelements in einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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 p_2S 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 p_2S, 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 p_2S 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 p_u 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 p_2S 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 p_2S im Saugrohr 10 über das Dia­ gnoseventil 16 und das auf Durchschaltung eingestellte Um­ schaltventil 17 als Diagnosedruck p_D 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 p_2S 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 p_2S 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 p_2S aus dem Saugrohr 10 und der Stellung zur Übertragung des Umgebungsdrucks p_u 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 p_2S geschaltet. Nimmt der Ansaug­ druck p_2S 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 p_u 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 p_2S im Saugrohr 10 zugeführt werden. Zur Umschaltung zwischen den Ladedrücken p₂, p_2S 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 p_2S 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 p_D 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 p_2S im Leerlauf als Diagnosedruck p_D 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 p_2S im Ladebetrieb als Diagnosedruck p_D 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 p_2S 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 (p_D) zugeführt wird und ein Fehlersignal erzeugt wird, falls der sich einstellende Istwert des Ansaugdrucks (p_2S) im Saugrohr (10) der Brennkraftmaschine (1) von einem Sollwert des Ansaugdrucks (p_2S) 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 (p_D) der An­ saugdruck (p_2S) 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 (p_2S) 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 (p_2S) im Leerlauf und dem Ansaugdruck (p_2S) im Ladebetrieb liegt, und daß bei einer Abweichung des das Stellelement (6) beaufschla­ genden Diagnosedrucks (p_D) 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 (p_D) der aktuelle Ansaugdruck (p_2S) im Saugrohr (10) im Leerlauf zugeführt wird und ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn der sich einstellende Istwert des Ansaugdrucks (p_2S) oberhalb eines Sollwerts des An­ saugdrucks (p_2S) liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Stellelement (6) als Diagnosedruck (p_D) der aktuelle Ansaugdruck (p_2S) im Saugrohr (10) im Ladebetrieb zugeführt wird und ein Fehlersignal erzeugt wird, wenn der sich einstel­ lende Istwert des Ansaugdrucks (p_2S) oberhalb eines Sollwerts des Ansaugdrucks (p_2S) 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 (p_2S) 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 (p_2S) 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 (p_2S) entsprechendes Istsignal mit einem Soll­ signal vergleichbar ist, das einem Sollwert des Ansaugdrucks (p_2S) 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 (p_u) 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 (p_2S) 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 (p_2S) 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 (p_2S) als Schaltdruck zuführbar ist.