WO2012100988A2 - Überprüfung einer abgasklappe - Google Patents

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WO2012100988A2
WO2012100988A2 PCT/EP2012/050407 EP2012050407W WO2012100988A2 WO 2012100988 A2 WO2012100988 A2 WO 2012100988A2 EP 2012050407 W EP2012050407 W EP 2012050407W WO 2012100988 A2 WO2012100988 A2 WO 2012100988A2
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exhaust gas
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internal combustion
exhaust
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Gerhard Eser
Thomas Burkhardt
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Continental Automotive Gmbh
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to a method and a device for checking an exhaust gas valve on a turbocharger.
  • An exhaust gas turbocharger on an internal combustion engine uses the energy of the exhaust gases emitted from the internal combustion engine to drive a turbine coupled to a compressor that compresses a fresh gas for the internal combustion engine.
  • a valve in the form of an exhaust flap (“wastegate”, “bypass valve”) may be used, which directs a portion of the exhaust stream past the turbine in an exhaust tract.
  • the exhaust flap is usually integrated as a ball valve or a similar construction in the turbine housing.
  • the exhaust flap is moved by an actuator with a transmission mechanism.
  • the actuator can
  • the actuator may have a position sensor for determining the position of the actuator.
  • the position of the exhaust valve is used directly to control the turbocharger performance and thus indirectly also to set the required boost pressure of the fresh gas of the engine and thus a required engine operation. For this reason, a malfunction of the exhaust valve can cause a motor behavior that differs from the required engine behavior.
  • the deviation can be safety-relevant if the internal combustion engine
  • more than one required performance delivers. If, for example, the internal combustion engine drives a motor vehicle, an unwanted acceleration of the motor vehicle can thereby occur. The actual position of the exhaust flap is therefore
  • boost pressure does not correlate with a desired position of the exhaust gas flap, however, no specific error can still be derived therefrom since, for example, a leak after the compressor or contamination of an air filter can have a similar effect as a exhaust flap which can no longer be completely closed.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method and a device for targeted detection of a malposition of the exhaust valve, without assuming a position feedback of the exhaust valve.
  • a method of inspecting the valve according to the invention comprises steps of varying a ratio of fuel to air in a fresh gas provided to the internal combustion engine, the
  • the varying is performed in an operating state of the internal combustion engine in which the valve is controlled to be partially opened.
  • flow resistances of parts of the exhaust gas flow may differ on the different paths through the turbine and through the valve. If the two parts of the exhaust gas stream meet again, their residual oxygen contents differ in a way that depends on the degree of opening of the valve. An expected residual oxygen content of the mixed exhaust gas streams can therefore be predetermined and compared with the determined value. If the residual oxygen contents agree, it can be determined that there is no defect.
  • the difference of the residual oxygen contents of the two parts of the exhaust gas flow can be increased, so that a determination accuracy of the method can be increased.
  • sticking of the valve in a fully open or fully closed position may occur more frequently than other defects and be more readily determinable in the manner indicated.
  • Varying may be done according to a predetermined, periodic pattern.
  • the variation may be, for example, sinusoidal, triangular or rectangular.
  • the determination of the defective valve may include a comparison of amplitudes, phases and periods of varied size with the particular size. As a result, a certainty of determination of the method can be increased.
  • the predetermined manner can be stored in a memory and the variation of the residual oxygen content can with the
  • the predetermined way So can also include a complex waveform that
  • the predetermined manner stored in the memory may be determined on the basis of a previous measurement of the residual oxygen content in the exhaust tract of a corresponding internal combustion engine with a corresponding variation of the ratio of fuel to air when the valve is operational. This makes it possible, on the one hand, to scan the predetermined manner on an internal combustion engine used as a reference, and on the other hand, the predetermined manner on the individual, with the
  • Time are recorded at which the internal combustion engine and the surrounding components are known to be defect-free, for example in the context of the production of the motor vehicle.
  • the predetermined manner is determined based on exhaust gas cycle times through the turbine and valve. In which way the
  • residual oxygen contents of the portion of the exhaust stream passing through the turbine and the portion of the exhaust stream passing through the valve may be determined on the basis of a desired position of the valve so as to derive therefrom the predetermined manner in which the residual oxygen content of the valve Variation of the ratio of fuel to air in the fresh gas with intact valve follows.
  • a training phase or a recording of reference values can be dispensed with.
  • the method described may be preceded by steps of determining a desired position of the valve, detecting a boost pressure of the exhaust gas turbocharger, and determining that the boost pressure does not correspond to the desired position.
  • a computer program product with program code means for carrying out the described method can run on a processing device or on a
  • Computer-readable storage medium to be stored.
  • An inventive device for checking the valve comprises a control device for varying a ratio of fuel to air in a fresh gas provided to the internal combustion engine, an exhaust device for
  • Determining a residual oxygen content in the exhaust tract Determining a residual oxygen content in the exhaust tract, and processing means for determining that the valve is defective if a variation of the residual oxygen content in a manner other than a predetermined variation of the
  • the ratio of fuel to air in the fresh gas follows.
  • the device is configured to control an operating state of the internal combustion engine.
  • a known engine control for the internal combustion engine for the internal combustion engine.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an internal combustion engine in a motor vehicle
  • Fig. 2 is a diagram with curves of residual oxygen contents at different points of the internal combustion engine of
  • FIG. 1 The first figure.
  • FIG. 3 is a flowchart of a method for determining a defective valve on the internal combustion engine of FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a
  • Exhaust gas flow 115 of the internal combustion engine 110 leads to an exhaust gas turbocharger 120.
  • the exhaust gas turbocharger 120 comprises a
  • Turbine 125 and coupled to the turbine 125 compressor 130.
  • a valve 135 is mounted, which also serves as an exhaust valve or as a wastegate or as
  • valve 135 is usually accommodated in a housing of the exhaust gas turbocharger 120 and not, as in the symbolic representation of Figure 1, separately executed.
  • a first part 140 of the exhaust gas flow 115 from the internal combustion engine 105 passes through the turbine 125 of the exhaust gas turbocharger 120, while a second part 145 of the exhaust gas flow 115 flows through the valve 135. Both parts 140, 145 of the exhaust gas stream 115 are passed together into an exhaust tract 150 and mixed there with each other.
  • the exhaust gas tract 150 comprises a catalytic converter 155, through which the two parts 140, 145 of the exhaust gas stream 115 flow, as well as a first lambda probe 160 arranged in the flow direction upstream of the catalytic converter 155 and downstream in the flow direction
  • Catalyst 155 arranged second lambda probe 165. Not shown is a silencer and piping system for discharging the exhaust gas flow to the second lambda probe 165th
  • the compressor 130 draws in an airflow 170 from an outside area through an air mass meter 175.
  • the sucked airflow 170 is compressed in the compressor 130, whereby it heats up.
  • the heated airflow 170 is cooled in a charge air cooler 175 before being directed to the engine 105.
  • a charge air cooler 175 In an area between the intercooler 175 and the
  • a supercharger 180 is arranged.
  • the compressed and cooled air flowing to the internal combustion engine 105 is mixed with fuel in or directly on the internal combustion engine 105 by means of a fuel inlet 185, whereby a so-called fresh gas 190 is produced, which then flows in the
  • a control unit 195 is set up to control the internal combustion engine 105 or the components surrounding it.
  • Control unit 195 is connected to the fuel injector 185, the boost pressure gauge 180, the air mass meter 175, the valve 135 and the first lambda probe 160 and the second lambda probe 165.
  • Other sensors for example for one
  • Crankshaft angle or an accelerator pedal position may also be connected to the controller 195.
  • the control unit 195 may also be connected to other actuators, such as an ignition device for the internal combustion engine 105 or a heating element for the lambda probes 160 and 165.
  • an ignition device for the internal combustion engine 105 or a heating element for the lambda probes 160 and 165.
  • the control unit 195 controls an operating state of the
  • the control unit 195 In order to adjust the compression power of the exhaust gas turbocharger 120, the control unit 195 particularly influences the valve 135. To reduce the power of the exhaust gas turbocharger 120, the valve 145 is actuated to open so that the second part 145 of the exhaust gas flow 115 is increased and consequently the first part 140 of the exhaust stream 115 is reduced. This reduces the
  • control unit 195 influences the said actuators to the effect that the fresh gas 190 in the internal combustion engine 105 neither a
  • Exhaust gas 115 remaining residual oxygen content is determined by the lambda probes 160, 165 and is present to the controller 195 as an input variable.
  • the control unit 195 may spend the valve 135 in a predetermined desired position and then scan the boost pressure on the supercharger 180. At a predetermined operating point of
  • Internal combustion engine 105 which is characterized in particular by a rotational speed of the internal combustion engine 105, can be predetermined, which boost pressure must be set in the area of the boost pressure gauge 180, if the valve 135 actually assumes the desired position. Correlates the desired position of the valve 135, however, not with the specific boost pressure, other reasons than a defective valve 135 may be the cause. For example, an unillustrated air filter through which the airflow 170 flows may be clogged or torn. Therefore, in the manner described only one
  • Non-specific error in the area of the exhaust gas turbocharger 120 are diagnosed.
  • control unit 195 In order to check the function of the valve 135 in more detail, the control unit 195 at a predetermined operating state of
  • Combustion engine 105 vary an injection amount of fuel per unit time in the internal combustion engine 105 to change the ratio of air to fuel in the fresh gas 190. This change is preferably made in a periodic manner with a predetermined frequency and amplitude.
  • a path length of the first part 140 and the second part 145 of the exhaust stream 115 is different, because the path through the valve 135 is usually shorter than through the turbine 125.
  • a flow resistance through the valve 135 is different from a flow resistance through the turbine 125.
  • the control unit 195 before varying the
  • the residual oxygen contents of the two parts 140, 145 of the exhaust gas stream 115 differ by a phase and amplitude difference. If the two parts 140, 145 in the area of the exhaust gas tract 150 recombine with each other, a resulting result, depending on the mixing ratio
  • Residual oxygen content Residual oxygen content.
  • the mixing ratio of the parts 140, 145 in the region of the exhaust gas tract 150 is mainly dependent on an actual position of the valve 135, so that the variation of the residual oxygen content in the region of the lambda probes 160, 165 is characteristic of the actual position of the valve 135.
  • a course of the residual oxygen content in the exhaust gas tract 150 in the relevant operating state of the internal combustion engine 105 is stored in the control unit 195, when the valve 135 assumes the desired position.
  • the course is determined algorithmically by the controller 195. In both cases, the course of the residual oxygen taken up by the lambda probes 160, 165 is compared with the predetermined course and is closed to a defective valve 135 if the courses do not correspond to one another.
  • FIG. 2 shows a diagram 200 with exemplary courses of residual oxygen contents.
  • a time t and in the vertical direction an oxygen content ⁇ is plotted.
  • the variation of the ratio of fuel to air in the fresh gas 190 in Figure 1 is sinusoidal. However, this variation is only an example, in principle, each curve for the described determination of a defective valve 135 can be used, with particular periodic curves are suitable for the determination.
  • a first profile 205 qualitatively shows the residual oxygen content in the first part 140 of the exhaust gas flow 115, which flows through the turbine 125 of the exhaust gas turbocharger 120.
  • the first course 205 has essentially the form of the variation of
  • Fuel-air ratio of the fresh gas 190 Fuel-air ratio of the fresh gas 190.
  • a second course 210 reflects the residual oxygen content in the second part 145 of the exhaust gas flow 115.
  • the position of the valve 135 makes the flow resistance for the second part 145 greater than for the first part 140, so that the second course 210 is a corresponding amount of time compared to the first History 205 is phase shifted to the right.
  • the degree of phase shift is dependent on the actual position of the valve 135.
  • a third trace 215 reflects the residual oxygen content of the two intermixed parts 140 and 145 of the exhaust stream 115. It can be seen that both the amplitude and the phase of the third trace 215 are dependent on the phase shift of the second trace 210 from the first trace 205 and thus the actual position of the valve 135 is dependent. If the third course 215 does not coincide with a predetermined course, which results in a corresponding variation of the
  • Fuel-air ratio should result, it can be concluded with a high degree of certainty on a defective valve 135.
  • FIG. 3 shows a flow chart of a method 300 for determining whether the valve 135 in FIG. 1 is defective.
  • a desired position of the valve 135 is determined. This is usually done by the valve 135 is driven to move to the desired position.
  • step 310 the boost pressure in the area of the boost pressure gauge 180 is detected.
  • step 315 it is checked whether the detected charge pressure corresponds to the desired position. If this is the case, then the method ends in a step 320. Otherwise, an error in the region of the components connected to the internal combustion engine 105, in particular of the exhaust gas turbocharger 120, can be assumed. Steps 305 through 320 may also be omitted in a variation of method 300.
  • the method 300 may be performed on the control unit 195, wherein the control unit 195 may selectively spend the internal combustion engine 105 in a predetermined operating state in step 325.
  • a step 335 the way in which the residual oxygen content of the exhaust gas flow 115 varies in the region of the exhaust gas tract 150 is sensed.
  • step 340 determines how the residual oxygen content would have to vary when the valve 135 is actually in the position in which it was controlled in step 325.
  • step 345 it is checked in a step 345 whether the manner sampled in step 335 correlates with the predetermined manner in step 340. If so, it is determined that the valve 135 is operating properly. If steps 305 to 315 have been carried out, it is to be assumed that a fault exists elsewhere in the region of exhaust-gas turbocharger 120.
  • step 335 If the manner sampled in step 335 does not correlate with the predetermined manner in step 340, it is determined in a step 355 that an actual position of the valve 135 does not correspond to the commanded desired position and the valve 135 is thus defective.

Abstract

Ein Verfahren zum Überprüfen eines Ventils an einem Abgasturbolader eines Verbrennungsmotors, wobei aus dem Verbrennungsmotor ein Abgasstrom austritt, von dem ein erster Teil durch eine Turbine des Abgasturboladers in einen Abgastrakt und ein zweiter Teil durch das Ventil in den Abgastrakt strömt, umfasst Schritte des Variierens eines Verhältnisses von Kraftstoff zu Luft in einem dem Verbrennungsmotor bereitgestellten Frischgas, des Bestimmens eines Restsauerstoffgehalts im Abgastrakt und des Bestimmens, dass das Ventil defekt ist, falls eine Variation des Restsauerstoffgehalts auf eine andere als eine vorbestimmte Weise der Variation des Verhältnisses von Kraftstoff zu Luft im Frischgas folgt. Eine Vorrichtung zur Überprüfung des Ventils kann in einer integrierten Motorsteuerung des Verbrennungsmotors integriert sein.

Description

Beschreibung
Überprüfung einer Abgasklappe Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung einer Abgasklappe an einem Turbolader.
Stand der Technik Ein Abgasturbolader an einem Verbrennungsmotor nutzt die Energie der vom Verbrennungsmotor ausgestoßenen Abgase, um eine Turbine anzutreiben, die mit einem Verdichter gekoppelt ist, der ein Frischgas für den Verbrennungsmotor komprimiert. Zur
Leistungssteuerung eines solchen Turboladers kann ein Ventil in Form einer Abgasklappe („Wastegate" , „Bypass-Ventil" ) verwendet werden, die einen Teil des Abgasstroms an der Turbine vorbei in einen Abgastrakt leitet. Die Abgasklappe ist üblicherweise als Kugelschieber oder eine ähnliche Konstruktion im Turbinengehäuse integriert. Die Abgasklappe wird durch einen Aktuator mit einem Übertragungsmechanismus bewegt. Der Aktuator kann
beispielsweise ein elektrischer Stellmotor oder eine
pneumatische Einrichtung mit elektropneumatischer
Drucksteuerung sein. Der Aktuator kann über einen Stellungsgeber zur Bestimmung der Stellung des Aktuators verfügen.
Die Stellung der Abgasklappe dient unmittelbar zur Steuerung der Turboladerleistung und damit mittelbar auch zur Einstellung des geforderten Ladedrucks des Frischgases des Verbrennungsmotors und damit eines geforderten Motorbetriebs . Aus diesem Grund kann eine Fehlstellung der Abgasklappe ein Motorverhalten bewirken, das vom geforderten Motorverhalten abweicht . Die Abweichung kann sicherheitsrelevant sein, wenn der Verbrennungsmotor
beispielsweise mehr als eine geforderte Leistung abgibt. Treibt der Verbrennungsmotor beispielsweise ein Kraftfahrzeug an, kann dadurch eine ungewollte Beschleunigung des Kraftfahrzeugs erfolgen . Die tatsächliche Stellung der Abgasklappe wird daher
üblicherweise überwacht . Zusätzlich oder alternativ zu einer Bestimmung der Stellung der Abgasklappe kann die Funktion des Abgasturboladers durch Beobachtung eines Ladedrucks
plausibilisiert werden. Korreliert der Ladedruck nicht mit einer Soll-Stellung der Abgasklappe, so kann daraus jedoch noch kein spezifischer Fehler abgeleitet werden, da beispielsweise eine Leckage nach dem Verdichter oder eine Verschmutzung eines Luftfilters einen ähnlichen Effekt bewirken kann wie eine nicht mehr vollständig schließbare Abgasklappe.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gezielten Erkennung einer Fehlstellung der Abgasklappe bereitzustellen, ohne eine Lagerückmeldung der Abgasklappe vorauszusetzen.
Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 9. Unteransprüche geben bevorzugte
Ausführungsformen wider.
Offenbarung der Erfindung
An einem Verbrennungsmotor tritt ein Abgasstrom aus, von dem ein erster Teil durch eine Turbine eines Abgasturboladers in einen Abgastrakt und ein zweiter Teil durch ein Ventil (Abgasklappe, Wastegate) in den Abgastrakt strömt. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Überprüfen des Ventils umfasst Schritte des Variierens eines Verhältnisses von Kraftstoff zu Luft in einem dem Verbrennungsmotor bereitgestellten Frischgas, des
Bestimmens eines Restsauerstoffgehalts im Abgastrakt und des Bestimmens, dass das Ventil defekt ist, falls eine Variation des Restsauerstoffgehalts auf eine andere als eine vorbestimmte Weise der Variation des Verhältnisses von Kraftstoff zu Luft im Frischgas folgt.
Dadurch kann es möglich sein, einen im Bereich des
Abgasturboladers auftretenden Defekt genau zu lokalisieren (Pinpointing) . So kann ein Betrieb des Verbrennungsmotors unter Umständen trotz eines Defekts aufrecht erhalten werden. Außerdem kann eine Instandsetzungsmaßnahme am Abgasturbolader gezielt geplant bzw. durchgeführt werden.
Bevorzugterweise wird das Variieren in einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors durchgeführt, in dem das Ventil angesteuert ist, teilweise geöffnet zu sein. Insbesondere bei einem teilweise geöffneten Ventil können sich Strömungswiderstände von Teilen des Abgasstroms auf den unterschiedlichen Wegen durch die Turbine und durch das Ventil unterscheiden. Treffen die beiden Teile des Abgasstroms wieder zusammen, so unterscheiden sich ihre Restsauerstoffgehalte in einer Weise, die vom Öffnungsgrad des Ventils abhängt. Ein zu erwartender Restsauerstoffgehalt der vermischten Abgasströme kann daher vorherbestimmt und mit dem bestimmten Wert verglichen werden. Stimmen die Restsauerstoffgehalte überein, so kann bestimmt werden, dass kein Defekt vorliegt.
Durch das teilweise geöffnete Ventil kann der Unterschied der Restsauerstoffgehalte der beiden Teile des Abgasstroms vergrößert sein, so dass eine Bestimmungsgenauigkeit des Verfahrens gesteigert sein kann . Außerdem kann ein Festhängen des Ventils in einer vollständig geöffneten oder vollständig geschlossenen Stellung häufiger als andere Defekte auftreten und auf die angegebene Weise verbessert bestimmbar sein.
Das Variieren kann nach einem vorbestimmten, periodischen Muster erfolgen. Die Variation kann beispielsweise sinus-, dreieck- oder rechteckförmig erfolgen. Die Bestimmung des defekten Ventils kann einen Vergleich von Amplituden, Phasen und Perioden der variierten Größe mit der bestimmten Größe umfassen. Dadurch kann eine Bestimmungssicherheit des Verfahrens erhöht sein.
Die vorbestimmte Weise kann in einem Speicher abgelegt sein und die Variation des Restsauerstoffgehalts kann mit der
abgespeicherten Weise verglichen werden. Die vorbestimmte Weise kann so auch eine komplexe Signalform umfassen, die
beispielsweise typisch für den Verbrennungsmotor bzw. einen bestimmten Betriebszustand des Verbrennungsmotors ist. Die im Speicher abgelegte, vorbestimmte Weise kann auf der Basis einer vorausgehenden Messung des Restsauerstoffgehalts im Abgastrakt eines entsprechenden Verbrennungsmotors bei einer entsprechenden Variation des Verhältnisses von Kraftstoff zu Luft bei funktionstüchtigem Ventil bestimmt sein. Dadurch ist es möglich, einerseits die vorbestimmte Weise an einem als Referenz verwendeten Verbrennungsmotor abzutasten und andererseits kann die vorbestimmte Weise an dem individuellen, mit dem
Abgasturbolader verbundenen Verbrennungsmotor zu einem
Zeitpunkt aufgezeichnet werden, an dem der Verbrennungsmotor und die umliegenden Komponenten bekanntermaßen defektfrei sind, beispielsweise im Rahmen der Herstellung des Kraftfahrzeugs.
In einer Ausführungsform wird die vorbestimmte Weise auf der Basis von Durchlaufzeiten von Abgas durch die Turbine und durch das Ventil bestimmt. In welcher Weise sich die
Restsauerstoffgehalte des durch die Turbine verlaufenden Teils des Abgasstroms und des durch das Ventil verlaufenden Teils des Abgasstrom unterscheiden, kann beispielsweise rechnerisch auf der Basis einer Soll-Stellung des Ventils bestimmt werden, so dass daraus die vorbestimmte Weise abgeleitet werden kann, auf die der Restsauerstoffgehalt der Variation des Verhältnisses von Kraftstoff zu Luft im Frischgas bei intaktem Ventil folgt. Durch eine solchermaßen algorithmische bzw. numerische Bestimmung der vorbestimmten Weise kann eine Trainingsphase bzw. eine Aufnahme von Referenzwerten entfallen.
Dem beschriebenen Verfahren können Schritte des Bestimmens einer Sollstellung des Ventils, des Erfassens eines Ladedrucks des Abgasturboladers und des Bestimmens, dass der Ladedruck nicht zur Sollstellung korrespondiert, vorausgehen. Somit kann das
Verfahren zur spezifischen Bestimmung eines defekten Ventils ressourcensparend erst dann durchgeführt werden, wenn das Vorliegen eines unspezifischen Defekts im Bereich des
Abgasturboladers bereits bekannt ist.
Ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens kann auf einer Verarbeitungseinrichtung ablaufen oder auf einem
Computerlesbaren Datenträger gespeichert sein.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Überprüfung des Ventils umfasst eine Steuereinrichtung zur Variation eines Verhältnisses von Kraftstoff zu Luft in einem dem Verbrennungsmotor bereitgestellten Frischgas, eine Abgaseinrichtung zur
Bestimmung eines Restsauerstoffgehalts im Abgastrakt, und eine Verarbeitungseinrichtung zur Bestimmung, dass das Ventil defekt ist, falls eine Variation des Restsauerstoffgehalts auf eine andere als eine vorbestimmte Weise der Variation des
Verhältnisses von Kraftstoff zu Luft im Frischgas folgt.
Vorteilhafterweise kann von Sensoren und Einrichtungen Gebrauch gemacht werden, die an einem bekannten Verbrennungsmotor und den ihn umgebenden Komponenten bereits vorhanden sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung zur Steuerung eines Betriebszustandes des Verbrennungsmotors eingerichtet. Somit kann eine bekannte Motorsteuerung zur
Durchführung des beschriebenen Verfahrens herangezogen werden. Die beschriebene Funktionalität kann somit ohne Änderung verbauter Teile auch an einem bestehenden Verbrennungsmotor bzw. einem Kraftfahrzeug mit den genannten Komponenten nachrüstbar sein.
Kurze Beschreibung der Figuren Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug;
Fig. 2 ein Diagramm mit Verläufen von Restsauerstoffgehalten an verschiedenen Stellen des Verbrennungsmotors von
Figur 1; und
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung eines defekten Ventils am Verbrennungsmotor von Figur 1 darstellt .
Genaue Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines
Verbrennungsmotors 105 in einem Kraftfahrzeug 110. Ein
Abgasstrom 115 des Verbrennungsmotors 110 führt zu einem Abgasturbolader 120. Der Abgasturbolader 120 umfasst eine
Turbine 125 und einen mit der Turbine 125 gekoppelten Verdichter 130. Im Bereich der Turbine 125 ist ein Ventil 135 angebracht, das auch als Abgasklappe oder als Wastegate oder als
Bypass-Ventil bekannt ist. Das Ventil 135 ist üblicherweise in einem Gehäuse des Abgasturboladers 120 aufgenommen und nicht, wie in der symbolischen Darstellung von Figur 1, separat ausgeführt.
Ein erster Teil 140 des Abgasstroms 115 vom Verbrennungsmotor 105 durchläuft die Turbine 125 des Abgasturboladers 120, während ein zweiter Teil 145 des Abgasstroms 115 durch das Ventil 135 strömt. Beide Teile 140, 145 des Abgasstroms 115 werden zusammen in einen Abgastrakt 150 geleitet und dort miteinander vermischt. Der Abgastrakt 150 umfasst einen Katalysator 155, durch den die beiden Teile 140, 145 des Abgasstroms 115 strömen, sowie eine in Strömungsrichtung vor dem Katalysator 155 angeordnete erste Lambdasonde 160 und eine in Strömungsrichtung nach dem
Katalysator 155 angeordnete zweite Lambdasonde 165. Nicht dargestellt ist ein Schalldämpfer- und Rohrleitungssystem zum Abführen des Abgasstroms nach der zweiten Lambdasonde 165.
Durch die Energie des durch die Turbine 125 strömenden ersten Teils 140 des Abgasstroms 115 des Verbrennungsmotors 105 wird der Verdichter 130 des Abgasturboladers 120 angetrieben. Der Verdichter 130 saugt einen Luftstrom 170 aus einem Außenbereich durch einen Luftmassenmesser 175 an. Der angesaugte Luftstrom 170 wird im Verdichter 130 verdichtet, wobei er sich erwärmt. Der erwärmte Luftstrom 170 wird in einem Ladeluftkühler 175 gekühlt, bevor er zum Verbrennungsmotor 105 geleitet wird. In einem Bereich zwischen dem Ladeluftkühler 175 und dem
Verbrennungsmotor 105 ist ein Ladedruckmesser 180 angeordnet. Die zum Verbrennungsmotor 105 strömende verdichtet und gekühlte Luft wird im oder unmittelbar am Verbrennungsmotor 105 mittels eines Kraftstoffin ektors 185 mit Kraftstoff vermischt, wodurch ein so genanntes Frischgas 190 entsteht, das dann im
Verbrennungsmotor 105 verbrannt wird. Ein Steuergerät 195 ist zur Steuerung des Verbrennungsmotors 105 bzw. der ihn umgebenden Komponenten eingerichtet. Das
Steuergerät 195 ist mit dem Kraftstoffin ektor 185, dem Ladedruckmesser 180, dem Luftmassenmesser 175, dem Ventil 135 sowie der ersten Lambdasonde 160 und der zweiten Lambdasonde 165 verbunden. Weitere Sensoren, beispielsweise für einen
Kurbelwellenwinkel oder eine Gaspedalstellung, können ebenfalls mit dem Steuergerät 195 verbunden sein. Ferner kann das Steuergerät 195 auch mit weiteren Aktuatoren verbunden sein, beispielsweise einer Zündeinrichtung für den Verbrennungsmotor 105 oder einem Heizelement für die Lambdasonden 160 und 165. In einer Weise, die einem Fachmann geläufig ist, sind nicht alle dargestellten Elemente von Fig. 1 zum Betrieb des
Verbrennungsmotors 105 erforderlich. Beispielsweise kann es ausreichend sein, nur eine der Lambdasonden 160, 165 zu verwenden. Die Erfindung wird im Folgenden genauer beschrieben, ohne auf solche bekannten Variationen von Ausführungsformen einzugehen . Das Steuergerät 195 steuert einen Betriebszustand des
Verbrennungsmotors 105 in Abhängigkeit von abgetasteten Messwerten und Stellungen von Aktuatoren. Zur Einstellung der Kompressionsleistung des Abgasturboladers 120 beeinflusst das Steuergerät 195 insbesondere das Ventil 135. Um die Leistung des Abgasturboladers 120 zu verringern, wird das Ventil 145 angesteuert, sich zu öffnen, so dass der zweite Teil 145 des Abgasstroms 115 vergrößert und demzufolge der erste Teil 140 des Abgasstroms 115 verringert wird. Dadurch sinkt die
Antriebsleistung der Turbine 125 an den Verdichter 130, und eine Drehzahl des Abgasturboladers 120 fällt ab. Dementsprechend sinkt die Kompressionsleistung des Verdichters 130 und der Ladedruck am Ladedruckmesser 180 fällt ab. Dadurch kann die durch den Verbrennungsmotor 105 umgesetzte Leistung begrenzt bzw. verringert werden.
In einem Normalbetrieb des Verbrennungsmotors 105 beeinflusst das Steuergerät 195 die genannten Aktuatoren dahingehend, dass das Frischgas 190 im Verbrennungsmotor 105 weder einen
Kraftstoffüberschuss noch einen Luftüberschuss aufweist. Man spricht in diesem Fall von einem stöchiometrischen Verhältnis. Weist das Frischgas 190 ein anders als das stöchimetrische Verhältnis auf, so befindet sich im Abgasstrom 115 nach der Verbrennung im Verbrennungsmotor 105 entweder noch unverbrannter Kraftstoff oder unverbrannte Luft bzw. Sauerstoff. Der im
Abgasstrom 115 verbleibende Restsauerstoffgehalt wird durch die Lambdasonden 160, 165 bestimmt und liegt dem Steuergerät 195 als Eingangsgröße vor. Um eine korrekte Funktion des Ventils 135 zu überprüfen, kann das Steuergerät 195 das Ventil 135 in eine vorbestimmte Soll-Stellung verbringen und anschließend den Ladedruck am Ladedruckmesser 180 abtasten. Bei einem vorbestimmten Betriebspunkt des
Verbrennungsmotors 105, der insbesondere durch eine Drehzahl des Verbrennungsmotors 105 gekennzeichnet ist, kann vorherbestimmt werden, welcher Ladedruck sich im Bereich des Ladedruckmessers 180 einstellen muss, falls das Ventil 135 tatsächlich die Soll-Stellung einnimmt. Korreliert die Soll-Stellung des Ventils 135 jedoch nicht mit dem bestimmten Ladedruck, so können auch andere Gründe als ein defektes Ventil 135 dafür ursächlich sein. Beispielsweise kann ein nicht dargestellter Luftfilter, durch den der Luftstrom 170 strömt, verstopft oder eingerissen sein. Daher kann auf die beschriebene Weise lediglich ein
unspezifischer Fehler im Bereich des Abgasturboladers 120 diagnostiziert werden.
Um die Funktion des Ventils 135 genauer zu überprüfen, kann das Steuergerät 195 bei einem vorbestimmten Betriebs zustand des
Verbrennungsmotors 105 eine Einspritzmenge von Kraftstoff pro Zeiteinheit in den Verbrennungsmotor 105 variieren, um das Verhältnis von Luft zu Kraftstoff im Frischgas 190 zu verändern. Diese Veränderung erfolgt vorzugsweise in periodischer Weise mit einer vorbestimmten Frequenz und Amplitude. Entsprechend der Variation des zugeführten Kraftstoffs variiert auch ein Restsauerstoffgehalt im Abgasstrom 115. Eine Weglänge des ersten Teils 140 und des zweiten Teils 145 des Abgasstroms 115 ist jedoch unterschiedlich, da der Weg durch das Ventil 135 üblicherweise kürzer als durch die Turbine 125 ist . Zudem ist üblicherweise auch ein Strömungswiderstand durch das Ventil 135 unterschiedlich von einem Strömungswiderstand durch die Turbine 125. Um die Strömungswiderstände möglichst unterschiedlich zu halten, kann das Steuergerät 195 vor dem Variieren des
Kraftstoff-Luft-Verhältnisses im Frischgas 190 das Ventil 135 in eine teilweise geöffnete Stellung verbringen.
Die Restsauerstoffgehalte der beiden Teile 140, 145 des Abgasstroms 115 unterscheiden sich durch eine Phasen- und Amplitudendifferenz. Mischen sich die beiden Teile 140, 145 im Bereich des Abgastrakts 150 wieder miteinander, so stellt sich je nach Mischungsverhältnis ein resultierender
Restsauerstoffgehalt ein. Das Mischungsverhältnis der Teile 140, 145 im Bereich des Abgastrakts 150 ist hauptsächlich von einer tatsächlichen Stellung des Ventils 135 abhängig, so dass die Variation des Restsauerstoffgehalts im Bereich der Lambdasonden 160, 165 charakteristisch für die tatsächliche Stellung des Ventils 135 ist. In einer Ausführungsform ist im Steuergerät 195 ein Verlauf des Restsauerstoffgehalts im Abgastrakt 150 in dem betreffenden Betriebs zustand des Verbrennungsmotors 105 abgelegt, wenn das Ventil 135 die Soll-Stellung einnimmt. In einer anderen
Ausführungsform wird der Verlauf durch das Steuergerät 195 algorithmisch bestimmt. In beiden Fällen wird der durch die Lambdasonden 160, 165 aufgenommene Verlauf des Restsauerstoffs mit dem vorbestimmten Verlauf verglichen und auf ein defektes Ventil 135 geschlossen, falls die Verläufe nicht zueinander korrespondieren .
Figur 2 zeigt ein Diagramm 200 mit exemplarischen Verläufen von Restsauerstoffgehalten . In horizontaler Richtung ist eine Zeit t und in vertikaler Richtung ein Sauerstoffgehalt λ angetragen. Die Variation des Verhältnisses von Kraftstoff zu Luft im Frischgas 190 in Figur 1 erfolgt sinusförmig. Diese Variation ist jedoch nur exemplarisch, grundsätzlich ist jeder Verlauf für die beschriebene Bestimmung eines defekten Ventils 135 nutzbar, wobei sich insbesondere periodische Verläufe für die Bestimmung eignen .
Ein erster Verlauf 205 zeigt qualitativ den Restsauerstoffgehalt im ersten Teil 140 des Abgasstroms 115, der durch die Turbine 125 des Abgasturboladers 120 strömt. Der erste Verlauf 205 hat im Wesentlichen die Form der Variation des
Kraftstoff-Luft-Verhältnisses des Frischgases 190.
Ein zweiter Verlauf 210 reflektiert den Restsauerstoffgehalt im zweiten Teil 145 des Abgasstroms 115. Durch die Stellung des Ventils 135 ist der Strömungswiderstand für den zweiten Teil 145 größer als für den ersten Teil 140, so dass der zweite Verlauf 210 um einen entsprechenden Zeitbetrag gegenüber dem ersten Verlauf 205 nach rechts phasenverschoben ist. Dabei ist der Grad der Phasenverschiebung abhängig von der tatsächlichen Stellung des Ventils 135. Ein dritter Verlauf 215 reflektiert den Restsauerstoffgehalt der beiden miteinander vermischten Teile 140 und 145 des Abgasstroms 115. Es ist zu sehen, dass sowohl die Amplitude als auch die Phase des dritten Verlaufs 215 von der Phasenverschiebung des zweiten Verlaufs 210 vom ersten Verlauf 205 und damit von der tatsächlichen Stellung des Ventils 135 abhängig ist. Stimmt der dritte Verlauf 215 nicht mit einem vorbestimmten Verlauf überein, der sich bei einer entsprechenden Variation des
Kraftstoff-Luft-Verhältnisses ergeben sollte, so kann mit hoher Sicherheit auf ein defektes Ventil 135 geschlossen werden.
Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 zur Bestimmung, ob das Ventil 135 in Figur 1 defekt ist. In einem ersten Schritt 305 wird eine Soll-Stellung des Ventils 135 bestimmt. Dies erfolgt üblicherweise dadurch, dass das Ventil 135 angesteuert wird, in die Soll-Stellung zu verfahren.
Anschließend wird in einem Schritt 310 der Ladedruck im Bereich des Ladedruckmessers 180 erfasst. In einem nachfolgenden Schritt 315 wird überprüft, ob der erfasste Ladedruck zu der Sollstellung korrespondiert. Ist dies der Fall, so endet das Verfahren in einem Schritt 320. Andernfalls ist von einem Fehler im Bereich der mit dem Verbrennungsmotor 105 verbundenen Komponenten, insbesondere des Abgasturboladers 120, auszugehen. Die Schritte 305 bis 320 können in einer Variation des Verfahrens 300 auch weggelassen werden .
In einem Schritt 325 wird ein Betriebs zustand des
Verbrennungsmotors 305 bestimmt. Das Verfahren 300 kann auf dem Steuergerät 195 durchgeführt werden, wobei das Steuergerät 195 im Schritt 325 den Verbrennungsmotor 105 gezielt in einen vorbestimmten Betriebszustand verbringen kann.
In einem folgenden Schritt 330 wird eine Variation des
Kraftstoff-Luft-Verhältnisses im Frischgas 190 angeregt.
Anschließend wird in einem Schritt 335 abgetastet, in welcher Weise der Restsauerstoffgehalt des Abgasstroms 115 im Bereich des Abgastrakts 150 variiert. In einem weiteren Schritt 340 wird bestimmt, in welcher Weise der Restsauerstoffgehalt variieren müsste, wenn das Ventil 135 sich tatsächlich in der Stellung befindet, in die es im Schritt 325 gesteuert wurde. Danach wird in einem Schritt 345 überprüft, ob die in Schritt 335 abgetastete Weise mit der in Schritt 340 vorbestimmten Weise korreliert. Ist dies der Fall, so wird bestimmt, dass das Ventil 135 ordnungsgemäß arbeitet. Wurden die Schritte 305 bis 315 durchgeführt, so ist vom Vorliegen eines Fehlers an einer anderen Stelle im Bereich des Abgasturboladers 120 auszugehen.
Korreliert in Schritt 335 abgetastete Weise nicht mit der in Schritt 340 vorbestimmten Weise, so wird in einem Schritt 355 bestimmt, dass eine Ist-Stellung des Ventils 135 nicht der angesteuerten Soll-Stellung entspricht und das Ventil 135 somit defekt ist.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren (300) zum Überprüfen eines Ventils (135) an einem Abgasturbolader (120) eines Verbrennungsmotors (105), wobei aus dem Verbrennungsmotor (105) ein Abgasstrom (115) austritt, von dem ein erster Teil (140) durch eine Turbine (120) des Abgasturboladers (120) in einen Abgastrakt (150) und ein zweiter Teil (145) durch das Ventil (135) in den Abgastrakt (150) strömt, folgende Schritte umfassend:
- Variieren (330) eines Verhältnisses von Kraftstoff zu Luft in einem dem Verbrennungsmotor (105) bereitgestellten Frischgas (190);
- Bestimmen (335) eines Restsauerstoffgehalts im Abgastrakt (150); und
- Bestimmen (345), dass das Ventil (135) defekt ist, falls eine Variation des Restsauerstoffgehalts auf eine andere als eine vorbestimmte Weise der Variation des
Verhältnisses von Kraftstoff zu Luft im Frischgas (190) folgt .
2. Verfahren (300) nach Anspruch 1, wobei das Variieren (330) in einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors (105) erfolgt, in dem das Ventil (135) angesteuert ist, teilweise geöffnet zu sein.
3. Verfahren (300) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Variieren (330) nach einem vorbestimmten, periodischen Muster erfolgt .
4. Verfahren (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die vorbestimmte Weise in einem Speicher (195) abgelegt ist und die Variation des Restsauerstoffgehalts mit der abgespeicherten Weise verglichen (345) wird.
5. Verfahren (300) nach Anspruch 4, wobei die vorbestimmte Weise auf der Basis einer vorausgehenden Messung des
Restsauerstoffgehalts im Abgastrakt (150) eines
entsprechenden Verbrennungsmotors (105) bei einer entsprechenden Variation des Verhältnisses von Kraftstoff zu Luft bei funktionstüchtigem Ventil (135) bestimmt ist.
Verfahren (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die vorbestimmte Weise auf der Basis von
Durchlaufzeiten von Abgas durch die Turbine (120) und durch das Ventil (135) bestimmt wird.
Verfahren (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner folgende vorangehende Schritte umfassend:
- Bestimmen (305) einer Soll-Stellung des Ventils (135);
- Erfassen (310) eines Ladedrucks des Abgasturboladers (120) ;
- Bestimmen (315), dass der Ladedruck nicht zur
Soll-Stellung korrespondiert.
Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung eines Verfahrens (300) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wenn es auf einer
Verarbeitungseinrichtung (195) abläuft.
Vorrichtung (195) zur Uberprüfung eines Ventils (135) an einem Abgasturbolader (120) eines Verbrennungsmotors (105), wobei aus dem Verbrennungsmotor (105) ein Abgasstrom (115) austritt, von dem ein erster Teil (140) durch eine Turbine (120) des Abgasturboladers (120) in einen Abgastrakt (150) und ein zweiter Teil (145) durch das Ventil (135) in den Abgastrakt (150) strömt, folgende Elemente umfassend:
- eine Steuereinrichtung (195) zur Variation eines
Verhältnisses von Kraftstoff zu Luft in einem dem
Verbrennungsmotor (105) bereitgestellten Frischgas (190);
- eine Abtasteinrichtung (160, 165) zur Bestimmung eines Restsauerstoffgehalts im Abgastrakt (150); und
- eine Verarbeitungseinrichtung (195) zur Bestimmung, dass das Ventil (135) defekt ist, falls eine Variation des Restsauerstoffgehalts auf eine andere als eine
vorbestimmte Weise der Variation des Verhältnisses von Kraftstoff zu Luft im Frischgas (190) folgt. Vorrichtung (195) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (195) zur Steuerung eines
Betriebszustandes des Verbrennungsmotors (105) eingerichtet ist .
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