WO2007073861A1 - Verfahren zur diagnose einer sekundärluftfördereinrichtung bei einem kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur diagnose einer sekundärluftfördereinrichtung bei einem kraftfahrzeug Download PDF

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WO2007073861A1
WO2007073861A1 PCT/EP2006/011962 EP2006011962W WO2007073861A1 WO 2007073861 A1 WO2007073861 A1 WO 2007073861A1 EP 2006011962 W EP2006011962 W EP 2006011962W WO 2007073861 A1 WO2007073861 A1 WO 2007073861A1
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secondary air
mass flow
diagnosis
air mass
air
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PCT/EP2006/011962
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Thorsten HERGERMÖLLER
Karl-Friedrich Kirgus
Hans-Georg Lehmann
Gerhard Schlickmann
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Daimler Ag
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    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/22—Control of additional air supply only, e.g. using by-passes or variable air pump drives
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N11/00—Monitoring or diagnostic devices for exhaust-gas treatment apparatus, e.g. for catalytic activity
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2550/00—Monitoring or diagnosing the deterioration of exhaust systems
    • F01N2550/14—Systems for adding secondary air into exhaust
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    • Y02A50/00—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE in human health protection, e.g. against extreme weather
    • Y02A50/20—Air quality improvement or preservation, e.g. vehicle emission control or emission reduction by using catalytic converters
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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to a method for the diagnosis of a secondary air conveying device for an internal combustion engine of a motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.
  • the invention has for its object to make a method for diagnosing a secondary air conveyor for an internal combustion engine of a motor vehicle so that the diagnosis in both a secondary air pump and a secondary air charger can be performed without additional sensors and without speed increase.
  • a method for the diagnosis of a secondary air conveying device for an internal combustion engine of a motor vehicle, during which the entire aspirated air mass flow or an increase of this variable is measured and evaluated during driving in a defined driving state with constant operating parameters and dependent on this evaluation on a perfect function or is closed to a fault on the secondary air conveyor.
  • the method according to the invention has the advantages over the prior art that there is no undesirable speed increase in the diagnosis of the secondary air conveyor.
  • the method according to the invention can be used both for the diagnosis of a secondary air pump and equally for the diagnosis of a secondary air charger.
  • the diagnostic method according to the invention can be carried out with already existing sensors, in particular the engine hot-film air mass meter (engine HFM), no additional sensors, valves or other components are necessary.
  • engine HFM engine hot-film air mass meter
  • the method does not involve any compute-intensive evaluation steps and can thus be easily implemented in the already existing engine control unit software.
  • the throttle valve can be closed without problems, without this having any effects on the driving behavior; the driver has therefore no loss of comfort to accept.
  • the overrun operation means an almost stationary operation, so that engine, driving and other parameters do not change or only very slowly and very slowly and thus can be easily measured and evaluated.
  • a coasting phase during driving occurs quite frequently, so that the regular execution of the diagnosis is ensured.
  • the diagnosis of the secondary air conveyor is carried out when associated conditions are met.
  • these framework conditions are specified to the effect that the engine temperature, the engine speed and an engaged gear stage are each within a certain range of values and that a fuel cut-off is activated.
  • An advantageous embodiment of the invention is characterized according to claim 5, characterized in that in the diagnosis of a secondary air charger as an additional boundary condition, a negative pressure is used for a turbine of the secondary air charger.
  • the peculiarity of the secondary air charger is that its turbine is driven by the fresh or clean air and by the caused by the partially or fully closed throttle pressure gradient. Due to the boundary condition that the negative pressure created by the pressure gradient after his turbine must reach or exceed a minimum value, it is ensured that the secondary air charger starts safely for diagnosis and has reached a minimum or setpoint speed in a short time, so that the through his turbine and air masses flowing rapidly to its compressor can quickly have stable values and can be easily measured and evaluated and can provide a reliable diagnostic result.
  • the total air mass flow taken in is determined for diagnosis using the engine HFM. Such a measurement will from the engine control unit anyway at certain events, in short time intervals or continuously caused and thus represents no additional effort. It is also possible that the total intake air mass flow is measured in other ways, for example by means of pressure sensors using a pressure model. In this case as well, no additional determination of the total intake air mass flow is necessary for the diagnosis of the secondary air conveying device, since this value is needed anyway for engine control and therefore already exists.
  • the total intake air mass flow is measured or otherwise determined.
  • the typical air mass flows which flow through the compressor and possibly through the turbine (in the secondary air charger) of the secondary air conveyor used in the vehicle are known. These air mass flows flowing through the compressor and possibly the turbine are included in the total intake air mass flow which is measured or otherwise determined, as well as an air mass leakage flow flowing through the closed throttle valve, the size of which is also known.
  • Leakage air mass flows as well as their sum known.
  • a simple algorithm can now be used to classify the size of the measured or determined total mass air flow taken. From this classification is then not only clear whether the full functionality guaranteed or a defect in the secondary air conveyor are present, but also whether in case of failure of the compressor or possibly the turbine or both failed.
  • a very rapid diagnosis is made possible according to a development of the invention according to claim 8, that is closed in the evaluation depending on the increase in the curve of the total intake air mass flow on a perfect function or on a fault on the secondary air conveyor.
  • the measurement and evaluation in the diagnosis can be accelerated and carried out at an earlier point in time, if the substantially earlier increase in the total intake air mass flow is evaluated.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an arrangement of a
  • Fig. 2 is a schematic flow chart of the diagnosis and Fig. 3 is a graph of measured
  • the invention is particularly suitable for the on-board diagnosis of a Sekundär KunststofffOrder adopted for an internal combustion engine of a motor vehicle.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an arrangement of a secondary air charger 1 with a turbine 2 and a non-rotatably connected to the turbine 2 compressor 3 in the engine area with associated components.
  • the fresh or fresh air flowing through the turbine 2 is in turn supplied to the fresh air line 5 via a further air line 6, but behind a throttle valve 7 arranged in the fresh air line 5, while the air line 4 is connected to the fresh air line 5 in front of the throttle flap 7 is.
  • the fresh air line 5 mouths into a suction pipe 15 of the internal combustion engine.
  • the throttle valve 7 has a throttle valve sensor (not shown) which emits a signal corresponding to the throttle position.
  • the input of the compressor 3 is also connected via an air line 8 in front of the throttle valve 7 to the fresh air line 5.
  • the output of the compressor 3 leads via a further air line 9 in the direction of arrows 19 to an exhaust tract 10 of a cylinder block or a cylinder bank 11 fresh air. If there are several cylinder banks 11, the air line 9 must be designed to be branched accordingly.
  • a non-return valve 16 called a "combination valve" is arranged, so that no exhaust gases from the exhaust tract 10 can flow via the compressor 3 into the fresh air line 5.
  • valve 14 Arranged in the air line 6 between the turbine 2 and the fresh air line 5 is a valve 14 which is controlled by an engine control unit 13, which is usually an electromagnetic valve and which is referred to as a "turbine valve.” If the turbine valve 14 is opened when the throttle valve 7 is closed , the turbine 2 is driven by the fresh air coming from the fresh air line 5 (in front of the throttle valve 7), via the air lines 4 and 6 in the direction of an arrow 18 in the fresh air line 5 (after the throttle valve 7) back.
  • an engine control unit 13 which is usually an electromagnetic valve and which is referred to as a "turbine valve.”
  • the entire clean air mass flowing through the air filter 12 in the direction of arrows 20 into the clean air line 5 is determined with the aid of a known hot-film air mass meter (motor HFM) 17.
  • the engine control unit 13, the signal of the motor HFM 17 are supplied and other signals 21, such as For example, engine temperature, engine (start) speed or the signal of the throttle position sensor.
  • the engine control unit 13 outputs, in addition to the signal to the turbine valve 14, further output signals 22, for example for setting the throttle valve 7.
  • the diagnostic method according to the invention can also be carried out if, instead of the secondary air charger 1, an electrically driven secondary air pump is used. It then eliminates the air lines 4 and 6 and the turbine valve 14 (and the control of the turbine valve 14 by the engine control unit 13, instead, then the secondary electric air pump is controlled by the engine control unit 13, this change also applies to the engine control software in the engine control unit 13).
  • FIG. 2 shows a basic flowchart 23 of the diagnosis for the secondary air conveying device 1 (FIG. 1).
  • a first function block 24 it is checked whether boundary conditions for carrying out the diagnosis (on-board diagnosis, OBD) are fulfilled. It is checked, for example, whether the throttle valve 7 (Fig. 1) is closed, whether the engine temperature between 30 and 105 0 C, the engine speed between 1000 and 3000 l / min and due to the closed throttle valve 7 at the output of Turbine 2 (Fig. 1) prevails vacuum between 100 and 1000 hPa, whether further the third, fourth or fifth gear (gear stage) is engaged and whether a fuel cut is activated (ie, that no fuel injection takes place).
  • OBD on-board diagnosis
  • the turbine 2 is started in a subsequent functional block 25.
  • the starting of the secondary air conveyor 1 by opening the Turbine valve 14, in the case of a secondary electric air pump by turning on their electric motor.
  • the duration of the OBD is controlled, the duration is stored in the engine control unit 13 (FIG. 1).
  • a waiting loop is run through until the signal of the throttle valve sensor and thus the throttle valve 7 itself has assumed a stable state.
  • a branch is made in one subsequent function block 29 and on the other hand in a decision block 30.
  • function block 29 the air mass flows measured by the engine HFM 17 are evaluated.
  • a total mass air flow MAF_KGH measured by the engine HFM 17 when the secondary air charger 1 is activated is established from the secondary air mass flow SAF_MES flowing through the compressor 3 (FIG. 1), the mass air flow MAF_SLL for driving the turbine 2 (FIG. 1) and through the closed throttle valve 7 flowing residual air mass flow MAF_TPS_0 together.
  • the secondary air mass flow SAF_MES measures more than 22 kg / h, the mass air flow MAF_SLL less than 20 kg / h and the residual mass air flow MAF_TPS_0 up to 5 kg / h. If a secondary air pump was used, the air mass flow MAF_SLL would be omitted.
  • Total mass air flow MAF_KGH a value between 5 and 25 kg / h, this indicates a defect in the turbine 2 and there is an error signal 35 (turbine) to the error status block 34 given.
  • an error signal 36 (boundary conditions) is supplied from the decision block 30 to the error status block 34 when it is detected by means of the throttle sensor that the throttle valve 7 is not in its set position (closed). If the throttle position check in decision block 30 shows that the throttle flap 7 has assumed its set position (closed), a corresponding signal 38 is sent to the downstream AND gate 32. If one or more of the error signals 33, 35 or 36 are fed to the error status block 34 over a defined monitoring time, a corresponding bit "OBD error” is set in the engine control unit 13 and, if appropriate, the driver is given a corresponding indication again after troubleshooting and manually resetting the "OBD Error" bit.
  • the signal 31 and also the signal 38 are passed to the AND gate 32, whose output signal is passed to a downstream status block 37 over a defined monitoring time. After error-free monitoring time, this status block 37 sets a corresponding bit "OBD in order" in the engine control unit 13.
  • the flowchart 23 is then started again by the function block 24. If the duration for the OBD has expired, the decision block 26 branches to a downstream function block 27. In the functional block 27, the turbine 2 is stopped (in the case of the secondary air charger 1 stopping the secondary air conveyor 1 by closing the turbine valve 14, in the case of an electric secondary air pump by switching off its electric motor). In addition, a status bit "Status active" is set in the engine control unit 13, indicating that the OBD has been performed.
  • Fig. 3 is a graph of measured mass air flows on an axle 42 over a time axis 41 during a coasting phase of the motor vehicle when the throttle 7 (Fig. 1) is closed.
  • the boundary conditions as already described are fulfilled for a diagnosis of the secondary air charger 1 (FIG. 1) or the secondary air pump, so that an OBD of the secondary air conveyor device can be carried out according to flow chart 23 (FIG. 2).
  • the secondary air conveying device 1 is started at time t1 to perform an OBD.
  • the motor HFM 17 (FIG. 1) the total engine air mass flow (curve 43) flowing through the clean air line 5 (FIG. 1) is measured.
  • the measuring time is, for example, a few seconds and lasts from a time t2 to a time t3. From test bench and measuring experiments, a secondary air mass flow (curve 44) flowing through the compressor 3 (FIG. 1) and a turbine air mass flow (curve 45) flowing through the turbine 2 (FIG. 1) of the secondary air charger 1 used are known.
  • the measurement and evaluation in the OBD can be accelerated if, instead of the steady-state value for the engine air mass flow 43, the increase 46 of the engine air mass flow 43 occurring shortly after the time t1 is already evaluated.
  • the increase 46 of the engine air mass flow 43 occurring shortly after the time t1 is already evaluated.
  • this relationship can be determined numerically for each type of secondary air conveyor 1. Consequently, with the aid of the increase 46 determined during the OBD, it is possible to deduce at an early stage the expected value of the engine air mass flow 43 without having to wait for the time t2. Since the numerical relationship remains stable, a measurement according to this "gradient method" means no loss in the quality of the measurement or the OBD.

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Abstract

Verfahren zur Diagnose einer Sekundärluftfördereinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges . Verfahren nach dem Stand der Technik weisen den Nachteil auf, dass bei der Diagnose im Leerlauf der Brennkraftmaschine zwar nur eine minimale und kurzzeitige, für den Fahrer jedoch eine vernehmbare und damit komfortmindernde Motordrehzahlanhebung auftritt, oder zur Messung des Luftmassenstroms durch die Turbine dort ein zusätzlicher Heißfilmluftmassenmesser notwendig ist. Verfahren zur Diagnose einer Sekundärluftfördereinrichtung (1) für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, bei dem während des Fahrbetriebs in einem definierten Fahrzustand mit konstanten Betriebsparametern der gesamte angesaugte Luftmassenstrom oder ein Anstieg dieser Größe gemessen und ausgewertet wird und abhängig von dieser Auswertung auf eine einwandfreie Funktion bzw. auf eine Störung an der Sekundärluftfördereinrichtung (1) geschlossen wird. Onboard-Diagnose einer Sekundärluftfördereinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges.

Description

DaimlerChrysler AG
Verfahren zur Diagnose einer Sekundärluftfördereinrichtung bei einem Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer Sekundärluftfördereinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung und Diagnose einer Sekundärluftpumpe sind bekannt, beispielsweise aus den Offenlegungsschriften DE 102 05 966 Al oder DE 102 49 421 Al. Diese weisen den erheblichen Nachteil auf, dass sie nicht zur Diagnose eines Sekundärluftladers geeignet sind.
Auch sind Verfahren und Vorrichtungen zur Steuerung und Diagnose eines Sekundärluftladers bekannt, beispielsweise aus den Offenlegungsschriften DE 102 35 341 Al oder DE 102 51 363 Al.
Derartige Verfahren nach dem Stand der Technik weisen jedoch den Nachteil auf, dass bei der Diagnose des Sekundärluftladers im Leerlauf der Brennkraftmaschine zwar nur eine minimale und kurzzeitige, für den Fahrer jedoch eine vernehmbare und damit komfortmindernde Motordrehzahlanhebung auftritt, oder zur Messung des Luftmassenstroms durch die Turbine dort ein zusätzlicher Heißfilmluftmassenmesser notwendig ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Diagnose einer Sekundärluftfördereinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges so zu gestalten, dass die Diagnose sowohl bei einer Sekundärluftpumpe als auch bei einem Sekundärluftlader, ohne zusätzliche Sensoren und ohne Drehzahlanhebung durchgeführt werden kann.
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren mit ausgewählten Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Beschrieben wird ein Verfahren zur Diagnose einer Sekundärluftfördereinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, bei dem während des Fahrbetriebs in einem definierten Fahrzustand mit konstanten Betriebsparametern der gesamte angesaugte Luftmassenstrom oder ein Anstieg dieser Größe gemessen und ausgewertet wird und abhängig von dieser Auswertung auf eine einwandfreie Funktion bzw. auf eine Störung an der Sekundärluftfördereinrichtung geschlossen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist gegenüber dem Stand der Technik die Vorteile auf, dass es bei der Diagnose der Sekundärluftfördereinrichtung zu keiner unerwünschten Drehzahlerhöhung kommt. Zudem ist das erfindungsgemäße Verfahren sowohl zur Diagnose einer Sekundärluftpumpe als auch gleichermaßen zur Diagnose eines Sekundärluftladers einsetzbar. Das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren kann mit ohnehin vorhandenen Sensoren, insbesondere dem Motor- Heißfilmluftmassenmesser (Motor-HFM) , durchgeführt werden, es sind keine zusätzlichen Sensoren, Ventile oder andere Komponenten notwendig. Bei Verwendung einer Sekundärluftpumpe ist lediglich eine zusätzliche Luftleitung hinter dem Motor- HFM notwendig, jedoch entfällt dafür ein pumpeneigener Luftfilter. Das Verfahren beinhaltet weiterhin keine rechenintensive Auswerteschritte und kann so problemlos in die bereits vorhandene Motorsteuergerätesoftware implementiert werden.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung nach Patentanspruch 2 wird vorgeschlagen, dass die Diagnose der Sekundärluftfördereinrichtung im Schubbetrieb durchgeführt wird.
Während des Schubbetriebs kann zum einen die Drosselklappe problemlos geschlossen werden, ohne dass dies irgendwelche Auswirkungen auf das Fahrverhalten hat; der Fahrer hat somit keinerlei Komforteinbußen hinzunehmen. Zum anderen bedeutet der Schubbetrieb einen beinahe stationären Betrieb, so dass sich Motor-, Fahr- und andere Parameter nicht oder nur sehr wenig und sehr langsam ändern und somit leicht gemessen und ausgewertet werden können. Zudem tritt eine Schubphase während des Fahrbetriebs recht häufig auf, so dass die regelmäßige Durchführung der Diagnose gewährleistet ist.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung gemäß Patentanspruch 3 ist vorgesehen, dass die Diagnose der Sekundärluftfördereinrichtung durchgeführt wird, wenn zugehörige Rahmenbedingungen erfüllt sind. Gemäß dem Patentanspruch 4 sind diese Rahmenbedingungen dahingehend spezifiziert, dass sich die Motortemperatur, die Motordrehzahl und eine eingelegte Getriebestufe jeweils in einem bestimmten Wertebereich befinden und dass eine Schubabschaltung aktiviert ist. Durch die Definition von Randbedingungen zur Durchführung der Diagnose und die Spezifizierung dieser Randbedingungen ist sichergestellt, dass beim Durchführen der Diagnose stabile Messwerte vorliegen und somit die Diagnose ein aussagekräftiges und zuverlässiges Ergebnis liefert.
Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist nach Patentanspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass bei der Diagnose eines Sekundärluftladers als zusätzliche Randbedingung ein Unterdruck nach einer Turbine des Sekundärluftladers herangezogen wird.
Die Besonderheit des Sekundärluftladers besteht darin, dass seine Turbine von der Frisch- oder Reinluft und durch das durch die teilweise oder vollständig geschlossene Drosselklappe hervorgerufene Druckgefälle angetrieben wird. Durch die Randbedingung, dass der durch das Druckgefälle nach seiner Turbine entstehende Unterdruck einen Minimalwert erreichen oder überschreiten muss, ist sichergestellt, dass der Sekundärluftlader zur Diagnose sicher anläuft und in kurzer Zeit eine Minimal- oder Solldrehzahl erreicht hat, so dass die durch seine Turbine und seinen Verdichter strömenden Luftmassen schnell stabile Werte aufweisen und problemlos gemessen und ausgewertet werden können und ein zuverlässiges Diagnoseergebnis liefern können.
In einer Weiterentwicklung der Erfindung gemäß Patentanspruch 6 ist vorgesehen, dass zur Auswertung der gesamte angesaugte Luftmassenstrom bestimmt oder gemessen wird.
Sobald die zuvor beschriebenen Randbedingungen erfüllt und ein stabiler oder so gut wie stationärer Zustand eingetreten ist, wird zur Diagnose der gesamte angesaugte Luftmassenstrom mit Hilfe des Motor-HFM bestimmt. Eine derartige Messung wird vom Motorsteuergerät ohnehin bei bestimmten Ereignissen, in kurzen Zeitabständen oder kontinuierlich veranlasst und stellt somit keinerlei Mehraufwand dar. Es ist auch möglich, dass der gesamte angesaugte Luftmassenstrom auf andere Art und Weise gemessen wird, beispielsweise mittels Drucksensoren mit Hilfe eines Druck-Modells. Auch in diesem Fall gilt, dass zur Diagnose der Sekundärluftfördereinrichtung keine zusätzliche Bestimmung des gesamten angesaugten Luftmassenstroms notwendig ist, da dieser Wert ohnehin zur Motorsteuerung benötigt wird und daher bereits vorliegt.
Nach einem weiteren Vorschlag der Erfindung gemäß Patentanspruch 7 kann bei der Auswertung abhängig vom Ergebnis der Bestimmung oder Messung des gesamten angesaugten Luftmassenstromes auf eine einwandfreie Funktion bzw. auf eine Störung an der Sekundärluftfördereinrichtung geschlossen werden .
Wie zuvor beschrieben, wird, insbesondere durch eine geschickte Anordnung des Motor-HFM, der gesamte angesaugte Luftmassenstrom gemessen oder auf andere Art und Weise bestimmt. Zudem sind die typischen Luftmassenströme, welche durch den Verdichter und gegebenenfalls durch die Turbine (beim Sekundärluftlader) der im Fahrzeug eingesetzten Sekundärluftfördereinrichtung fließen, bekannt. Diese durch Verdichter und gegebenenfalls Turbine fließenden Luftmassenströme sind im gesamten angesaugten Luftmassenstrom, der gemessen oder anders bestimmt wird, enthalten, ebenso ein durch die geschlossene Drosselklappe fließender Luftmassenleckstrom, dessen Größe auch bekannt ist.
Somit sind sowohl die einzelnen Teil- oder
Leckluftmassenströme, als auch ihre Summe bekannt. Durch einen einfachen Algorithmus kann jetzt die Größe des gemessenen oder bestimmten gesamten angesaugten Luftmassenstromes klassifiziert werden. Aus dieser Klassifizierung geht dann nicht nur eindeutig hervor, ob die volle Funktionsfähigkeit gewährleistet oder ein Defekt an der Sekundärluftfördereinrichtung vorhanden sind, sondern darüber hinaus auch, ob im Falle eines Defektes der Verdichter oder gegebenenfalls die Turbine oder auch beide ausgefallen sind.
Eine sehr schnelle Diagnose wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung nach Patentanspruch 8 dadurch ermöglicht, dass bei der Auswertung abhängig vom Anstieg der Kurve des gesamten angesaugten Luftmassenstromes auf eine einwandfreie Funktion bzw. auf eine Störung an der Sekundärluftfördereinrichtung geschlossen wird.
Die Messung und Auswertung bei der Diagnose kann beschleunigt und zu einem früheren Zeitpunkt durchgeführt werden, wenn der wesentlich früher erfolgende Anstieg des gesamten angesaugten Luftmassenstromes ausgewertet wird. Zwischen dem Wert für den gesamten angesaugten Luftmassenstrom und seinem Anstieg besteht ein typischer eindeutiger (numerischer) Zusammenhang, der bekannt ist. Mit Hilfe des während der Diagnose gemessenen oder auf andere Art und Weise ermittelten Anstiegs des gesamten angesaugten Luftmassenstromes kann folglich schon frühzeitig auf den zu erwarteten Wert des gesamten angesaugten Luftmassenstromes geschlossen werden, ohne dass ein späterer Zeitpunkt zur Messung der eingeschwungenen Werte abgewartet werden muss. Da der numerische Zusammenhang stabil bleibt, bedeutet eine Messung nach diesem „Gradientenverfahren" keine Einbuße an der Qualität der Messung oder am Ergebnis der Diagnose. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Patentansprüchen, der Beschreibung oder den Figuren angegeben .
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausfuhrungsbeispiels unter Zuhilfenahme der Zeichnung erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine prinzipielle Darstellung einer Anordnung eines
Sekundarluftladers im Motorbereich mit zugehörigen
Komponenten,
Fig. 2 einen prinzipiellen Ablaufplan der Diagnose und Fig. 3 eine grafische Darstellung von gemessenen
Luftmassenstromen wahrend einer Schubphase
Die Erfindung eignet sich insbesondere zur Onboard-Diagnose einer SekundarluftfOrdereinrichtung für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges.
Die Fig. 1 zeigt eine prinzipielle Darstellung einer Anordnung eines Sekundarluftladers 1 mit einer Turbine 2 und einem mit der Turbine 2 drehfest verbundenen Verdichter 3 im Motorbereich mit zugehörigen Komponenten.
Über eine Luftleitung 4 wird dem Eingang der Turbine 2 über einen Luftfilter 12 geführte und gereinigte Frischluft aus einer Rein- oder Frischluftleitung 5 zugeführt. Die durch die Turbine 2 stromende Rein- oder Frischluft wird über eine weitere Luftleitung 6 wiederum der Frischluftleitung 5 zugeführt, jedoch hinter einer in der Frischluftleitung 5 angeordneten Drosselklappe 7, wahrend die Luftleitung 4 vor der Drosselklappe 7 an die Frischluftleitung 5 angeschlossen ist. Die Frischluftleitung 5 mundet in ein Saugrohr 15 der Brennkraftmaschine. Die Drosselklappe 7 verfugt über einen (nicht dargestellten) Drosselklappensensor, welcher ein der Drosselklappenstellung entsprechendes Signal abgibt.
Der Eingang des Verdichters 3 ist über eine Luftleitung 8 ebenfalls vor der Drosselklappe 7 an die Frischluftleitung 5 angeschlossen. Der Ausgang des Verdichters 3 fuhrt über eine weitere Luftleitung 9 in Richtung von Pfeilen 19 einem Abgastrakt 10 eines Zylinderblocks oder einer Zylinderbank 11 Frischluft zu. Sind mehrere Zylinderbanke 11 vorhanden, muss die Luftleitung 9 entsprechend verzweigt ausgeführt sein. In der Luftleitung 9 ist ein als „Kombiventil" bezeichnetes Ruckschlagventil 16 angeordnet, damit vom Abgastrakt 10 keine Abgase über den Verdichter 3 in die Frischluftleitung 5 strömen können.
In der Luftleitung 6 zwischen Turbine 2 und der Frischluftleitung 5 ist ein von einem Motorsteuergerat 13 angesteuertes Ventil 14 angeordnet, bei dem es sich üblicherweise um ein elektromagnetisches Ventil handelt und welches als „Turbinenventil" bezeichnet wird. Wird das Turbinenventil 14 bei geschlossener Drosselklappe 7 geöffnet, wird die Turbine 2 durch die von der Frischluftleitung 5 (vor der Drosselklappe 7) kommenden, über die Luftleitungen 4 und 6 in Richtung eines Pfeils 18 in die Frischluftleitung 5 (nach der Drosselklappe 7) zurück stromende Frischluft angetrieben .
Die gesamte durch den Luftfilter 12 in Richtung von Pfeilen 20 in die Reinluftleitung 5 einströmende Reinluftmasse wird mit Hilfe eines bekannten Heißfilmluftmassenmessers (Motor- HFM) 17 bestimmt. Dem Motorsteuergerat 13 werden das Signal des Motor-HFM 17 zugeführt und weitere Signale 21, wie beispielsweise Motortemperatur, Motor- (Start-) Drehzahl oder das Signal des Drosselklappensensors. Das Motorsteuergerät 13 gibt neben dem Signal an das Turbinenventil 14 weitere Ausgangssignale 22 ab, beispielsweise zur Einstellung der Drosselklappe 7.
Das erfindungsgemäße Diagnoseverfahren kann auch dann durchgeführt werden, wenn anstelle des Sekundärluftladers 1 eine elektrisch angetriebene Sekundärluftpumpe Verwendung findet. Es entfallen dann die Luftleitungen 4 und 6 und das Turbinenventil 14 (und die Ansteuerung des Turbinenventils 14 durch das Motorsteuergerät 13, stattdessen wird dann die elektrische Sekundärluftpumpe durch das Motorsteuergerät 13 angesteuert, diese Änderung betrifft entsprechend auch die Motorsteuerungssoftware im Motorsteuergerät 13) .
Fig. 2 zeigt einen prinzipiellen Ablaufplan 23 der Diagnose für die Sekundärluftfördereinrichtung 1 (Fig. 1). In einem ersten Funktionsblock 24 wird überprüft, ob Randbedingungen zur Durchführung der Diagnose (Onboard Diagnose, OBD) erfüllt sind. Geprüft wird beispielsweise, ob die Drosselklappe 7 (Fig. 1) geschlossen ist, ob die Motor-Temperatur zwischen 30 und 105 0C, die Motor-Drehzahl zwischen 1000 und 3000 l/min und der in Folge der geschlossenen Drosselklappe 7 am Ausgang der Turbine 2 (Fig. 1) herrschende Unterdruck zwischen 100 und 1000 hPa liegt, ob ferner der dritte, vierte oder fünfte Gang (Getriebestufe) eingelegt und ob eine Schubabschaltung aktiviert ist (d.h., dass keine Kraftstoffeinspritzung stattfindet) .
Sind die Randbedingungen erfüllt, wird in einem nachfolgenden Funktionsblock 25 die Turbine 2 gestartet. Im Fall des Sekundärluftladers 1 geschieht das Starten der Sekundärluftfördereinrichtung 1 durch Öffnen des Turbinenventils 14, im Fall einer elektrischen Sekundärluftpumpe durch Einschalten ihres Elektromotors . In einem nachfolgenden Verzweigungsblock 26 wird die Dauer der OBD gesteuert, die Zeitdauer ist dabei im Motorsteuergerät 13 (Fig. 1) hinterlegt.
In einem nachfolgenden Funktionsblock 28 wird eine Warteschleife solange durchlaufen, bis das Signal des Drosselklappensensors und damit die Drosselklappe 7 selbst einen stabilen Zustand eingenommen hat. Wenn dies eingetreten ist, wird zum einen in einen nachfolgenden Funktionsblock 29 und zum anderen in einen Entscheidungsblock 30 verzweigt. Im Funktionsblock 29 werden die vom Motor-HFM 17 gemessenen Luftmassenströme ausgewertet.
Dabei setzt sich ein vom Motor-HFM 17 gemessener Gesamtluftmassenstrom MAF_KGH bei eingeschaltetem Sekundärluftlader 1 aus dem durch den Verdichter 3 (Fig. 1) fließenden Sekundärluftmassenstrom SAF_MES, dem Luftmassenstrom MAF_SLL zum Antrieb der Turbine 2 (Fig. 1) und dem durch die geschlossene Drosselklappe 7 fließenden Restluftmassenstrom MAF_TPS_0 zusammen. In diesem Ausführungsbeispiel misst beispielsweise der Sekundärluftmassenstrom SAF_MES mehr als 22 kg/h, der Luftmassenstrom MAF_SLL weniger als 20 kg/h und der Restluftmassenstrom MAF_TPS_0 bis zu 5 kg/h. Bei einer eingesetzten Sekundärluftpumpe würde der Luftmassenstrom MAF_SLL entfallen.
Ergibt in diesem Fall die Auswertung im Funktionsblock 29, dass der gemessene Gesamtluftmassenstrom MAF_KGH größer ist als 47 kg/h, so wird ein Signal 31 an ein AND-Gate 32 gegeben. Ergibt die Auswertung, dass der Gesamtluftmassenstrom MAF KGH einen Wert zwischen 25 und 47 kg/h aufweist, so deutet dies auf einen Defekt am Verdichter 3 hin und es wird ein Fehlersignal 33 (Verdichter) an einen Fehlerstatus-Block 34 gegeben. Weist der
Gesamtluftmassenstrom MAF_KGH einen Wert zwischen 5 und 25 kg/h auf, so deutet dies auf einen Defekt an der Turbine 2 hin und es wird ein Fehlersignal 35 (Turbine) an den Fehlerstatus-Block 34 gegeben.
Weiterhin wird vom Entscheidungsblock 30 ein Fehlersignal 36 (Randbedingungen) dem Fehlerstatus-Block 34 zugeleitet, wenn mittels des Drosselklappensensors erkannt wird, dass sich die Drosselklappe 7 nicht in ihrer Soll-Position (geschlossen) befindet. Ergibt die Überprüfung der Drosselklappenstellung im Entscheidungsblock 30, dass die Drosselklappe 7 ihre Soll- Position (geschlossen) eingenommen hat, wird ein entsprechendes Signal 38 an das nachgeschaltete AND-Gate 32 geleitet. Wird über eine festgelegte Überwachungszeit eines oder werden mehrere der Fehlersignale 33, 35 oder 36 dem Fehlerstatus-Block 34 zugeleitet, wird im Motorsteuergerät 13 ein entsprechendes Bit „OBD-Fehler" gesetzt und gegebenenfalls dem Fahrer ein entsprechender Hinweis gegeben, eine OBD kann beispielsweise erst wieder nach einer Fehlerbehebung und dem manuellen Zurücksetzen des Bits „OBD- Fehler" durchgeführt werden.
Das Signal 31 und auch das Signal 38 werden an das AND-Gate 32 geleitet, dessen Ausgangssignal über eine festgelegte Überwachungszeit an einen nachgeschalteten Status-Block 37 geleitet wird. Dieser Status-Block 37 setzt im Motorsteuergerät 13 nach fehlerfreier Überwachungszeit ein entsprechendes Bit „OBD in Ordnung". Bei der nächsten OBD wird dann der Ablaufplan 23 wieder vom Funktionsblock 24 aus gestartet . Ist die Dauer für die OBD abgelaufen, wird vom Entscheidungsblock 26 in einen nachgeschalteten Funktionsblock 27 verzweigt. Im Funktionsblock 27 wird die Turbine 2 gestoppt (im Fall des Sekundärluftladers 1 geschieht das Stoppen der Sekundärluftfördereinrichtung 1 durch Schließen des Turbinenventils 14, im Fall einer elektrischen Sekundärluftpumpe durch Abschalten ihres Elektromotors) . Zudem wird im Motorsteuergerät 13 ein Statusbit „Status aktiv" gesetzt, das anzeigt, dass die OBD durchgeführt worden ist.
In Fig. 3 zeigt eine grafische Darstellung von gemessenen Luftmassenströmen auf einer Achse 42 über einer Zeitachse 41 während einer Schubphase des Kraftfahrzeuges, wenn die Drosselklappe 7 (Fig. 1) geschlossen ist. Zu einem Zeitpunkt tl sind die Randbedingungen, wie sie bereits beschrieben worden sind, für eine Diagnose des Sekundärluftladers 1 (Fig. 1) bzw. der Sekundärluftpumpe erfüllt, so dass eine OBD der Sekundärluftfördereinrichtung gemäß Ablaufplan 23 (Fig. 2) durchgeführt werden kann.
Somit wird die Sekundärluftfördereinrichtung 1 zum Zeitpunkt tl zur Durchführung einer OBD gestartet. Nach einer bestimmten Wartezeit im Funktionsblock 28 (Fig. 2), bis die Drosselklappe 7 einen stabilen Zustand (Stellung geschlossen) eingenommen hat, und einer zusätzlichen Wartezeit, bis sich stabile Messwerte eingestellt haben, wird mit Hilfe des Motor-HFM 17 (Fig. 1) die gesamte durch die Reinluftleitung 5 (Fig. 1) fließende Motor-Luftmassenstrom (Kurve 43) gemessen. Die Messzeit beträgt beispielsweise wenige Sekunden und dauert von einem Zeitpunkt t2 bis zu einem Zeitpunkt t3. Aus Prüfstands- und Messversuchen sind ein durch den Verdichter 3 (Fig. 1) fließender Sekundärluftmassenstrom (Kurve 44) und ein durch die Turbine 2 (Fig. 1) fließender Turbinen-Luftmassenstrom (Kurve 45) des eingesetzten Sekundärluftladers 1 bekannt. Wie bereits ausführlich beschrieben, kann je nach Größe des im Schubbetrieb während des Messfensters von t2 bis t3 gemessenen Motor- Luftmassenstromes 43 auf eine funktionierende oder defekte Sekundärluftfördereinrichtung 1 geschlossen werden. Zu einem Zeitpunkt t4 wird die Sekundärluftfördereinrichtung 1 wieder abgestellt .
Die Messung und Auswertung bei der OBD kann beschleunigt werden, wenn an Stelle des eingeschwungenen Wertes für den Motor-Luftmassenstrom 43 bereits der kurz nach dem Zeitpunkt tl erfolgende Anstieg 46 des Motor-Luftmassenstroms 43 ausgewertet wird. Erfahrungsgemäß besteht zwischen dem Wert für den Motor-Luftmassenstrom 43 und seinem Anstieg 46 ein eindeutiger (numerischer) Zusammenhang.
Mittels Messungen bei PrüfStandsversuchen kann für jeden Typ einer Sekundärluftfördereinrichtung 1 dieser Zusammenhang numerisch bestimmt werden. Mit Hilfe des während der OBD ermittelten Anstiegs 46 kann folglich schon frühzeitig auf den zu erwartenden Wert des Motor-Luftmassenstromes 43 geschlossen werden, ohne dass der Zeitpunkt t2 abgewartet werden muss. Da der numerische Zusammenhang stabil bleibt, bedeutet eine Messung nach diesem „Gradientenverfahren" keine Einbuße an der Qualität der Messung oder der OBD.

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche
1. Verfahren zur Diagnose einer Sekundärluftfördereinrichtung (1) für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges,
- bei dem während des Fahrbetriebs in einem definierten Fahrzustand mit konstanten Betriebsparametern der gesamte angesaugte Luftmassenstrom (43) oder ein Anstieg (46) dieser Größe (43) gemessen und ausgewertet wird und
- abhängig von dieser Auswertung auf eine einwandfreie Funktion bzw. auf eine Störung an der Sekundärluftfördereinrichtung (1) geschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnose der Sekundärfördereinrichtung (1) im Schubbetrieb durchgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnose der Sekundärluftfördereinrichtung (1) durchgeführt wird, wenn zugehörige Rahmenbedingungen erfüllt sind.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmenbedingungen erfüllt sind, wenn sich die Motortemperatur, die Motordrehzahl und eine eingelegte Getriebestufe jeweils in einem bestimmten Wertebereich befinden und wenn eine Schubabschaltung aktiviert ist.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Diagnose eines Sekundärluftladers (1) als zusätzliche Randbedingung ein Unterdruck nach einer Turbine (2) des Sekundärluftladers (1) herangezogen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zur Auswertung der gesamte angesaugte Luftmassenstrom (43) bestimmt oder gemessen wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung abhängig vom Ergebnis der Bestimmung oder Messung des gesamten angesaugten Luftmassenstromes (43) auf eine einwandfreie Funktion bzw. auf eine Störung an der Sekundärluftfördereinrichtung (1) geschlossen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Auswertung abhängig vom Anstieg (46) der Kurve des gesamten angesaugten Luftmassenstromes (43) auf eine einwandfreie Funktion bzw. auf eine Störung an der Sekundärluftfördereinrichtung (1) geschlossen wird.
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