DE4237215C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Überprüfung eines Systems zur Zufuhr von Sekundärluft in das Abgas einer Brenkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung zur Überprüfung eines Systems zur Zufuhr von Sekundärluft in das Ab­ gas einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2. Es ist bereits vorgeschlagen worden (DE-P-41 41 946.4), Sekundärluft zur Reduzierung schädlicher Abgas­ bestandteile und zur Aufheizung des Katalysators abgasseitig den Verbrennungsprodukten zuzuführen. Eine derartige Vorrichtung umfaßt beispielsweise ein Leitungssystem mit einer Sekundärluftpumpe zur Förderung des Sekundärluftstroms und zum Aufbau eines Förderdrucks, mit einem Absperrventil zum wahlweise Zu- oder Abschalten der Sekun­ därlufteinleitung und mit einem Rückschlagventil, das verhindert, daß Abgas entgegen der Förderrichtung der Sekundärluftpumpe bis zum Absperrventil gelangt. Ein Steuergerät wertet Betriebsparameter, beispielsweise den Lambda-Wert, der Brennkraftmaschine aus und steuert den Betrieb der Sekundärluftpumpe und die Schaltung des Absperrventils.

Soll die Funktion eines derartigen Systems zur Zufuhr von Sekundär­ luft mittels der zum System gehörenden Komponenten überprüft werden, kann beispielsweise Sekundärluft bei geöffnetem Absperrventil und aktiver Lambda-Regelung in die Abgasleitung der Brennkraftmaschine stromaufwärts der Lambda-Sonde eingeleitet und die Änderung des Lambda-Wertes zur Funktionsbeurteilung herangezogen werden. Dieses Vorgehen hat jedoch den Nachteil, daß während des Überprüfungsvor­ ganges relativ viel Sekundärluft in die Abgasleitung eingebracht wird, was eine starke Änderung der Abgaszusammensetzung und damit eine Verschlechterung der Konvertierungsrate des Katalysators zur Folge hat. Darüber hinaus kann es dabei zu einer Überhitzung des Katalysators kommen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren und die Vorrichtung zur Überprüfung eines Systems zur Zufuhr von Sekundärluft in das Abgas einer Brenn­ kraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 2 hat demgegenüber den Vorteil, daß eine Einblasung von Sekundärluft in das Abgas während des Überprüfungsvorganges nur bei ausreichend hohem Sekundärluftdruck erfolgt und daß dann nur ei­ ne verhältnismäßig kleine Menge Sekundärluft dem Abgaskanal zuge­ führt wird, wodurch eine starke Änderung der Abgaszusammensetzung und die damit verbundene Verschlechterung der Konvertierungsrate, sowie eine Überhitzung des Katalysators vermieden wird.

Weiterhin hat das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Vorrichtung den Vorteil, daß zur Überprüfung des Systems zur Sekundärlufteinbla­ sung keine zusätzlichen Komponenten, wie beispielsweise Sensoren, erforderlich sind.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 2 angegebenen Vorrichtung möglich.

Zeichnung

Ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eines Verfahrens bzw. ei­ ner Vorrichtung zur Überprüfung eines Systems zur Sekundärluftein­ blasung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 einen prinzipiellen Aufbau eines ersten Ausführungsbeispiels eines Systems zur Zufuhr von Sekundärluft, Fig. 2 einen Schnitt durch ein Ab­ sperrventil nach dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und Fig. 3 einen prinzipiellen Aufbau eines zweiten Ausführungsbeispiels eines Systems zur Zufuhr von Sekundärluft.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In dem ersten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist mit 1 eine ge­ mischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschine bezeichnet, die aus einem Ansaugrohr 2 in Verbindung mit einer Brennstoffzumeßein­ richtung 3 mit einem Luft/Brennstoffgemisch versorgt wird. Über eine im Ansaugrohr 2 angeordnete Drosselklappe 4 ist die Menge des zuge­ führten Luft/Brennstoffgemisches steuerbar. Die bei dem Betrieb der Brennkraftmaschine 1 entstehenden Abgase sammeln sich in einem Ab­ gasrohr 5 und werden in einem Katalysator 6 gereinigt. Ein elektro­ nisches Steuergerät 7 erhält Signale von einer stromaufwärts des Katalysators 6 im Abgasrohr 5 angeordneten Lambda-Sonde 10, sowie von weiteren, nicht näher dargestellten Sensoren.

Über ein Leitungssystem 15 kann mittels einer Sekundärluftpumpe 12, eines Absperrventils 13 und eines Rückschlagventils 14 Sekundärluft in das Abgasrohr der Brennkraftmaschine 1 eingeleitet werden. Die Sekundärluftpumpe 12 sorgt dabei für die Förderung und den Druckauf­ bau der Sekundärluft. Das stromabwärts der Sekundärluftpumpe 12 an­ geordnete Absperrventil 13 dient der Steuerung der Sekundärluftzu­ fuhr und kann wahlweise geöffnet oder geschlossen werden. Das zwischen Absperrventil 13 und Abgasrohr 5 angeordnete Rückschlagven­ til 14 hat die Aufgabe, zu verhindern, daß Abgas entgegen der För­ derrichtung der Sekundärluftpumpe über das Leitungssystem 15 zum Ab­ sperrventil 13 gelangt. Durch das Steuergerät 7 sind die Sekundär­ luftpumpe 12 und das Absperrventil 13 ansteuerbar.

Ein derartiges System zur Sekundärlufteinblasung arbeitet insbeson­ dere in der Warmlaufphase nach einem Kaltstart der Brennkraftmaschi­ ne. Üblicherweise wird dabei leicht fettes Gemisch der Brennkraftma­ schine zugeführt. Durch die Einblasung von Sekundärluft in das Abgas kommt es beispielsweise zu einer Nachverbrennung unverbrannter Koh­ lenwasserstoffe. Die bei dieser chemischen Reaktion frei werdende Energie führt zu einer beschleunigten Aufheizung des Katalysators, so daß die Betriebstemperatur des Katalysators früher erreicht wird, was zu einer zusätzlichen Reduzierung schädlicher Bestandteile im Abgas führt.

Aufgrund gesetzlicher Bestimmungen soll die Funktion eines derarti­ gen Systems zur Einblasung von Sekundärluft in das Abgas einer Brennkraftmaschine während des Betriebs überwacht werden. Erfin­ dungsgemäß wird daher vorgeschlagen, zur Überprüfung der Zufuhr von Sekundärluft die Sekundärluftpumpe 12 arbeiten zu lassen und das Ab­ sperrventil 13 zu schließen. Dabei ist der Schließdruck des Absperr­ ventils 13 auf einen vorgegebenen Mindestsekundärluftdruck abge­ stimmt. Übersteigt der von der Sekundärluftpumpe 12 aufgebrachte Luftdruck den Schließdruck auf das Absperrventils 13, öffnet das Ab­ sperrventil 13 und die Lambda-Sonde 10 Signalisiert die Einleitung von Sekundärluft in das Abgasrohr 5 durch eine Änderung des Lambda-Wertes. Eine ausreichende Funktionsfähigkeit des Systems ist dann gegeben, wenn während des Überprüfungvorganges eine vorgegebene Mindestluftmenge in das Abgasrohr 5 eingeleitet wird, die eine ent­ sprechende Mindeständerung des Lambda-Wertes bewirkt. Der dann von der Sekundärluftpumpe 12 aufgebrachte Luftdruck entspricht dem er­ wähnten Mindestsekundärluftdruck.

In Fig. 2 ist ein erfindungsgemäß entsprechend dem ersten Ausfüh­ rungsbeispiel nach Fig. 1 ausgebildetes Absperrventil 13 darge­ stellt, das einen Ventilgrundkörper 18 und einen topfförmigen Deckel 19 hat. Am Ventilgrundkörper 18 sind einlaßseitig ein Eingangs­ stutzen 20 und auslaßseitig ein Ausgangsstutzen 21 ausgebildet, die dem Anschluß des Absperrventils 13 an das Leitungssystem 15 dienen. Der Eingangsstutzen 20 ist dabei mit der Sekundärluftpumpe 12 und der Ausgangsstutzen 21 mit dem Rückschlagventil 14 verbunden (Fig. 1). Zwischen Eingangsstutzen 20 und Ausgangsstutzen 21 ist an der Mündung des Eingangsstutzen 20 in das Absperrventil 13 eine Strö­ mungsöffnung 22 ausgebildet. Die Wandung des Eingangsstutzens 20 bildet an der Strömungsöffnung 22 einen Ventilsitz 23, gegen den ei­ ne als Ventilschließglied dienende Membran 24 mit einem beispiels­ weise ebenen Dichtsitz 26 von einem auf der dem Ventilsitz 23 gegen­ überliegenden Seite der Membran 24 angeordneten Federteller 25 ge­ preßt wird.

Die Membran 24 hat einen umlaufenden Rand 24a, der zwischen Ventil­ grundkörper 18 und Deckel 19 festgelegt ist, und begrenzt eine mit dem Deckel 19 gebildete Ventilkammer 27. Ventilgrundkörper 18 und Deckel 19 sind über einen Flansch in nicht näher dargestellter Weise fest verbunden. Am Deckel 19 ist ein Stutzen 28 mit einer Verbindung 29 ausgebildet, über die der in der Ventilkammer 27 herrschende Druck veränderbar ist. Hierzu kann beispielsweise an der Verbindung 29 eine Unterdruckleitung 31 angeschlossen sein, die zum Ansaugrohr 2 stromabwärts der Drosselklappe 4 führt.

Der Schließdruck auf die Membran 24 wird von einem elastischen Ele­ ment, zum Beispiel von einer Druckfeder 30, und von den im Absperr­ ventil 13 herrschenden Druckverhältnissen bestimmt. Die Druckfeder 30 stützt sich einerseits am Federteller 25, andererseits am Deckel 19 ab. Je nach Wahl der Federspezifikation, beispielsweise der Fe­ dersteifigkeit und des Vorspannweges, kann die Schließkraft auf einen gewünschten Wert eingestellt werden, der auf den erwähnten Mindestsekundärluftdruck abgestimmt ist. Zusätzlich wird die Schließkraft auf die Membran 24 von der Druckdifferenz zwischen Ein­ gangsstutzen 20 und Ventilkammer 27 beeinflußt. Durch Einleiten des externen Unterdrucks über die Unterdruckleitung 31 und die Verbin­ dung 29 in die Ventilkammer 27 wird der Schließdruck der Membran 24 gesenkt, so daß dadurch das Absperrventil 13 geöffnet, bzw. mehr ge­ öffnet werden kann.

In der Unterdruckleitung 31 ist ein elektromagnetisch betätigbares Schaltventil 32 angeordnet, das durch das Steuergerät 7 mittels der elektrischen Leitung 33 derart ansteuerbar ist, daß es während der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine zur Zufuhr von Sekundärluft in das Abgasrohr 5 die Unterdruckleitung 31 zum Absperrventil 13 öff­ net. Das Schaltventil 32 kann, wie in Fig. 1 dargestellt ist, Be­ standteil des Absperrventils 13 sein. Außerhalb der Warmlaufphase und während der Überprüfung des Systems schließt das Schaltventil 32 die Unterdruckleitung 31 zur Ventilkammer 27 und öffnet eine mit der Atmosphäre in Verbindung stehende Belüftungsleitung 34 zur Ventil­ kammer 27.

Zur Überprüfung des Systems zur Einblasung von Sekundärluft ist er­ findungsgemäß die Schließkraft auf die Membran 24 abgestimmt auf ei­ nen von der Sekundärluftpumpe 12 aufzubauenden Mindestsekundärluft­ druck, der bewirkt, daß bei mit Atmosphärendruck belüfteter Ventil­ kammer 27 eine Mindestluftmenge in das Abgasrohr 5 eingeleitet wird, die eine entsprechende Änderung des Lambda-Wertes bewirkt. Die Spezifikation der Druckfeder 30 wird hierzu so gewählt, daß bei nicht an Unterdruck liegender Ventilkammer 27 durch die Druckfeder 30 eine bestimmte Schließkraft auf die Membran 24 wirkt. Bei in die­ sem Zustand geschlossenem Absperrventil 13 wird nun die Sekundär­ luftpumpe 12 (Fig. 1) eingeschaltet, worauf sich der Sekundärluft­ druck im Eingangsstutzen 20 entsprechend erhöht. Übersteigt der Luftdruck im Eingangsstutzen 20 die Schließkraft auf die Membran 24, dann hebt die Membran 24 vom Ventilsitz 23 ab, wobei über den ent­ stehenden Spalt Sekundärluft durch die Strömungsöffnung 22 in den Ausgangsstutzen 21 strömen kann.

Die das Absperrventil 13 durchströmende Sekundärluft gelangt im Lei­ tungssystem 15 über das Rückschlagventil 14 in das Abgasrohr 5 und erzeugt dort eine Änderung des Lamda-Wertes. Erreicht diese Änderung einen vorgegebenen Schwellwert, der vom Steuergerät 7 ermittelt wird, so ist damit die korrekte Funktion des Systems zur Sekundär­ lufteinblasung erfüllt. Die Festlegung des Schwellwertes beinhaltet eine Mindeständerung des Lambda-Wertes und damit einen Sicherheits­ bereich für den Nachweis der Funktionsfähigkeit des Systems.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten zweiten Ausführungsbeispiel des er­ findungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrichtung zur Überprüfung ei­ nes System zur Zufuhr von Sekundärluft sind die gegenüber dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel gleichbleibenden und gleich­ wirkenden Teile durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Dabei ist ein Absperrventil 13' vorgesehen, an dem keine Verbindung zum Saugrohr 2 stromabwärts der Drosselklappe 4 vorhanden ist. Das Absperrventil 13' ist als Elektromagnetventil ausgebildet und wird über die elektrische Leitung 33 vom Steuergerät 7 derart ange­ steuert, daß es entgegen der Schließkraft eines elastischen Elemen­ tes, z. B. einer Druckfeder 30 in der Warmlaufphase einer Brenn­ kraftmaschine bis zum Erreichen der Betriebstemperatur des Katalysa­ tors 6 geöffnet ist. Das Elektromagnetventil kann dabei getaktet an­ gesteuert werden. Nach Erreichen der Betriebstemperatur des Kataly­ sators 6 erfolgt in der Regel keine Ansteuerung des Elektromagnet­ ventils.

Das Absperrventil 13' ist in Farm eines Druckbegrenzungsventils aus­ gebildet, in dem der Druck im Leitungssystem 15 stromaufwärts des Absperrventils 13' so auf ein Ventilschließglied des Absperrventils 13' geleitet wird, daß er der Kraft des elastischen Elementes entge­ genwirkt. Wird nun zur Überprüfung des Systems, vorzugsweise im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine, bei nicht angesteuertem Elektromagnetventil die Sekundärluftpumpe 12 in Betrieb genommen, so bewirkt die auf das Ventilschließglied wirkende, von der Sekundär­ luftpumpe 12 erzeugte Druckkraft bei Überwindung der Schließkraft des elastischen Elementes ein Öffnen des Absperrventils 13', Er­ reicht die über das nun geöffnete Absperrventil 13' strömende Luft­ menge die oben erwähnte Mindestluftmenge, ergibt sich die durch die Lambda-Sonde detektierte Überschreitung des Lambda-Schwellwertes, wodurch die Funktionsfähigkeit des Systems nachgewiesen wird.

Da beim erfindungsgemäßen Verfahren die Einblasung von Sekundärluft zum Abgas erst dann erfolgt, wenn der Sekundärluftdruck im Eingangs­ stutzen 20 die Schließkraft des Absperrventils 13, 13' überwindet, wird bei der Funktionsprüfung nur eine verhältnismäßig kleine Menge Sekundärluft dem Abgas zugeführt. Auf diese Weise läßt sich die Überprüfung großer Förderleistungen der Sekundärluftpumpe, die durch Förderdruck und Fördervolumen gekennzeichnet sind, realisieren, wo­ bei nur eine verhältnismäßig geringe Sekundärluftmenge in das Abgas gelangt und somit eine ungünstige Beeinflussung der Abgaszusammen­ setzung vermieden wird, da die Überprüfung des Systems zur Zufuhr von Sekundärluft in der Regel im Leerlaufbetrieb der Brennkraftma­ schine erfolgt.

Claims (5)

1. Verfahren zur Überprüfung eines Systems zur Zufuhr von Sekundär­ luft in Brennkraftmaschinen, bei dem mittels einer Sekundärluftpumpe Sekundärluft über ein ansteuerbares Absperrventil mit einem Ventil­ schließglied in ein Abgasrohr stromaufwärts einer darin angeordneten Lambda-Sonde leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundär­ luftpumpe (12) bei nicht angesteuertem Absperrventil (13, 13') ein­ geschaltet wird, daß die Sekundärluft entgegen einer Schließkraft in Öffnungsrichtung des Ventilschließgliedes (30) wirkt und bei Über­ schreiten der Schließkraft das Absperrventil (13, 13') öffnet, daß danach Sekundärluft in das Abgasrohr (5) gelangt und eine Änderung des Lambda-Wertes des Abgases bewirkt und abschließend die Änderung des Lambda-Wertes mittels der Lambda-Sonde (10) detektiert wird und die Funktionsfähigkeit dann gegeben ist, wenn die detektierte Lambda-Änderung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet und da­ mit die Sekundärluftpumpe (12) eine Mindestluftmenge fördert.

2. Vorrichtung zur Überprüfung eines Systems zur Zufuhr von Sekun­ därluft in ein Abgasrohr einer Brennkraftmaschine mit einer Sekun­ därluft liefernden Sekundärluftpumpe, einem ansteuerbaren Absperr­ ventil, das ein Ventilschließglied aufweist, an dem in Schließrich­ tung eine Schließkraft angreift und einer in dem Abgasrohr angeord­ neten Lambda-Sonde, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließkraft des Absperrventils (13, 13') so gewählt ist, daß bei nicht angesteuertem Absperrventil (13, 13') und einer ausreichend großen, von der Sekun­ därluftpumpe (12) geförderten Mindestluftmenge das Absperrventil (13, 13') geöffnet und von der Lambda-Sonde (10) eine Änderung des Lambda-Wertes detektiert wird, die einen vorgegebenen Schwellwert übersteigt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schließkraft auf das Absperrventil (13, 13') durch eine elastisches Element (30) realisiert wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ab­ sperrventil (13) ein Ventilschließglied in Form einer Membran (24) hat, die von dem elastischen Element (30) in Schließrichtung beauf­ schlagt wird und das elastische Element (30) in einer durch die Membran (24) begrenzten Ventilkammer (27) angeordnet ist, die über eine Unterdruckleitung (31) mit dem Ansaugrohr (5) der Brennkraftma­ schine stromabwärts einer Drosselklappe (4) in Verbindung steht, wo­ bei die Unterdruckleitung (31) zur Ventilkammer (27) mittels eines Schaltventils (32) unterbrechbar und eine Belüftungsleitung (34) zur Ventilkammer (27) öffenbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ab­ sperrventil (13') elektromagnetisch und/oder durch den Druck der von der Sekundärluftpumpe 12 geförderten Sekundärluft entgegen der Schließkraft des elastischen Elementes (30) öffenbar ist.