WO2015185471A1 - Bestimmen der pumpleistung einer pumpe eines sekundärluftsystems einer brennkraftmaschine - Google Patents

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secondary air
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internal combustion
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Jaroslav Lipa
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Definitions

  • the present invention relates generally to the technical field of the aftertreatment of exhaust gases of an internal combustion engine, especially a spark ignition engine, for reducing environmentally harmful emissions ⁇ . More particularly, the present invention relates to the operation of a so-called secondary air system, which is activated in a known manner in a warm-up phase of an internal combustion engine in order to achieve a rapid heating of a catalyst located in an exhaust tract of the internal combustion engine to its operating temperature, so that in the warm running phase in particular the emission of the exhaust gas components HC and CO is reduced.
  • the present invention relates in particular ⁇ sondere a method and an apparatus for determining the pumping capacity of a pump of a secondary air system.
  • the ahead ⁇ invention further relates to an apparatus for
  • Unwanted pollutant emissions of an internal combustion engine and in particular a gasoline engine can be reduced in a known manner by a catalytic after-treatment in an exhaust gas catalyst.
  • the catalytic converter in order to be able to carry out the catalytic aftertreatment in an ef ⁇ fective manner, the catalytic converter must have reached a certain operating temperature. Exhaust gas tests have shown that much of the pollutant emissions emitted ⁇ in the warm-up phase of the corresponding internal combustion engine. Therefore, in order to reduce pollutant emissions care must be taken that the catalytic converter heats up as quickly as possible to its operating temperature of, for example, 500 ° C.
  • An accelerated heating of the catalytic converter can in a known manner by blowing or supplying so-called.
  • Secondary air can be achieved in the exhaust gas tract of the internal combustion engine.
  • the secondary air supply point is located downstream of the exhaust valves of the internal combustion engine between the start of the exhaust tract and the exhaust catalyst.
  • a corresponding secondary air system has an electric secondary air pump for pumping secondary air and a nachge ⁇ switched secondary air valve for controlling the secondary air flow. Only when the secondary air valve is at least partially opened, the exhaust gas tract can be guided to the secondary air ⁇ . Unless otherwise specified, this document briefly identifies the secondary air pump as “pump” and the secondary air valve briefly as “valve”.
  • the heating of the catalytic converter by means of secondary air is based on a strongly exothermic reaction of the secondary air with unburned fuel in the hot exhaust gas of the internal combustion engine.
  • the further oxidation of the (still) unburned fuel before and in the catalytic converter leads to an accelerated heating of the catalytic converter to its operating temperature. In this way, the pollutant emissions are reduced in the warm-up phase of the internal combustion engine and the appropriate operating temperature (so-called "light-off" temperature) of the catalytic converter achieved faster.
  • the secondary air system must be monitored during operation so that the pump can always generate a certain minimum air mass flow when required.
  • the legislator thus stipulates that the pump should be monitored for its current performance.
  • a pressure sensor can be used which is located in the secondary air system and is arranged between the pump and the valve and measures the pressure of the secondary air in this area (with the valve open).
  • a parameter given by the ratio or quotient between (a) a model pressure and (b) an actual pressure may be used.
  • the model pressure which depends not only on the design of the respective secondary-air system but also on its current operating conditions, as determined by a data processing ⁇ unit, for example an engine controller.
  • the actual pressure is the pressure which is measured by the pressure sensor.
  • the model pressure can be determined as a function of the following parameters: (a) electrical supply voltage for the (secondary) pump, which typically corresponds to the current battery voltage of the relevant motor vehicle; (B)
  • a diagnostic method for a secondary air system which also uses a Mo ⁇ dell pressure.
  • the model pressure is determined here as a function of the following four parameters: (a) electrical supply voltage or battery voltage; (b) ambient (air) pressure; (c) ambient temperature; and (d) mass flow of the air delivered by the (secondary) pump.
  • This method is also carried out in practice using a plurality of maps, which require a great deal of effort especially in the establishment of a secondary air system, the (secondary) pump is monitored in terms of their performance.
  • the present invention has for its object to facilitate the monitoring of a secondary air system.
  • a method for determining the pumping power of a pump of a secondary air system for an internal combustion engine comprises (a) measuring an actual pressure by means of a pressure sensor of the secondary air system located downstream of the pump; (b) determining a dynamic pressure based on the measured actual pressure, wherein the dynamic pressure is characteristic of those changes of the measured actual pressure, which changes are caused by a dynamic operation of the internal combustion engine; (C) determining a base pressure based on currently existing external Rah ⁇ men explain for the operation of the secondary air system; (d) calculating a model pressure based on the determined base pressure and the determined dynamic pressure; and (e) determining the pumping power based on a ratio between the calculated model pressure and the measured actual pressure.
  • the method described is based on the finding that the model pressure used to determine the pumping power can have been corrected in exactly the same way as the actual pressure or the measured pressure signal of the pressure sensor. It is assumed that the (dynamic) correction requirement for the base pressure, which is used for the calculation of the model pressure is used, is equal to or at least proportional to the correction requirement for the actual pressure. This is because fluctuations to be corrected are systemic. For this correction, the said dynamic pressure is used.
  • the Be ⁇ expect a model pressure based on the determined base pressure and the determined dynamic pressure corresponds to a correction of the basic pressure. This dynamic correction is carried out by means of the extracted dynamics from the measured pressure signal (sensor signal).
  • the calculation of the model pressure based on the determined base pressure and the determined dynamic pressure thus corresponds to a (dynamic) correction of the base pressure.
  • This correction may in particular comprise extracting the dynamic behavior of the pressure signal (sensor signal).
  • the dynamic pressure can be taken into account those temporal changes in the measured actual pressure, back pass which changes on the dynamic part of the operation of the internal combustion engine to ⁇ . In the case of stationary operation of the internal combustion engine, the dynamic pressure disappears.
  • the measured pressure signal for the actual pressure is prepared in a suitable manner.
  • This processing results in the dynamic pressure, which represents the extracted dynamics from the measured pressure signal.
  • the measured pressure signal of the actual pressure can be directly compared with the value of the model pressure, and thus the pump power currently provided by the pump of the secondary air system can be determined in a simple and effective manner with high accuracy.
  • the basic pressure can also be clearly described as the nominal pressure of the pump. Namely, the base pressure characterizes that pumping power which is provided by the pump at the currently present external boundary conditions for the operation of the secondary air system. It should be understood that when this document describes a pressure being measured, determined, determined or calculated, it is to be understood that a corresponding value for the pressure is measured, determined, determined or calculated.
  • downstream is to be understood in this document with reference to the flow direction of the corresponding medium, here the secondary air.
  • pressure sensor is arranged between the pump and a valve, which is often referred to as a secondary air valve.
  • a valve which is often referred to as a secondary air valve.
  • the measured pressure signal from the pressure sensor of the secondary air system is used.
  • the pressure sensor is installed before or "upstream" of the secondary air valve in the secondary air system.
  • At least (i) is carried out measuring the actual pressure, (ii) determining the Dyna ⁇ mik-pressure, and (iii) the determination of the base pressure during active operation of the secondary air system.
  • active secondary air system in this context is an operating state of the secondary air system to understand in which on the one hand the pump is turned on and thus promotes secondary air and on the other hand, the secondary air valve is open, that the subsidized secondary air did ⁇ neuter in the exhaust system can flow in. This has the advantage that the determination of the pumping power takes place under operating conditions which are relevant for the operation of the secondary air system.
  • the external conditions for the operation of the secondary air system are characterized by (i) a current electrical supply voltage for the pump, (ii) the ambient temperature, and (iii) the ambient pressure.
  • the characterization of the external boundary conditions takes place exclusively on the basis of the physical quantities supply voltage, ambient temperature and ambient pressure.
  • the dependencies necessary for characterizing the external framework conditions can be described by means of suitable functions, for example polynomials of suitable order. However, the dependencies can also be taken into account by means of corresponding look-up tables for correction factors. Since only three dependencies have to be taken into account in the present method, the corresponding metrological outlay for determining the Look-up table (s) reduced accordingly compared to known diagnostic methods.
  • the time profile of the measured actual pressure has a plurality of oscillations, which are limited by a lower envelope and an upper envelope. Furthermore, the dynamic pressure is determined based on the lower envelope.
  • the lower envelope has the advantage that high-frequency components in the measured actual pressure must not be ⁇ be taken into account and will not be considered. Such high-frequency oscillations can result, in particular, from the opening and closing of exhaust valves of the internal combustion engine in operation.
  • known extraction methods can be used for detecting the lower envelope.
  • the determination of the dynamic pressure comprises a sequential detection of
  • the scan must be correspondingly high frequency.
  • a minimum pressure value can be found, which is used to determine the lower envelope.
  • This extraction of the lower envelope can be realized by means of known envelope extraction procedures.
  • the sequential detection of the pressure samples may preferably take place by means of equidistant steps.
  • the step length may refer to the time or alternatively to the change of a rotational angle of a crankshaft of the internal combustion engine.
  • calculating the model pressure comprises forming a sum of the determined base pressure and the determined dynamic pressure. This has the advantage that the model pressure can be calculated in a particularly simple manner.
  • an apparatus for determining the pumping capacity of a pump of a secondary air system for an internal combustion engine comprises (a) a detection unit for receiving an actual pressure där Kunststoffsystems from a pressure sensor of the secondary which is located downstream of the pump; (b) a first determination unit for determining a dynamic pressure based on the measured actual pressure, wherein the dynamic pressure is characteristic of those changes of the measured actual pressure, which changes are caused by a dynamic operation of the internal combustion engine; (c) a second determining unit for determining a base pressure based on currently existing external conditions for the operation of the secondary air system; (d) a processor for calculating a model pressure based on the determined one
  • Base pressure and the determined dynamic pressure and for determining the pump power based on a ratio between the calculated model pressure and the measured actual pressure is also based on the finding that, in the case of a known model pressure for determining the pumping power of a pump of a secondary air system, it is possible to use a corrected model pressure which has been corrected in the same way measured actual pressure as temporal swan ⁇ fluctuations that are attributable to dynamic changes are systemic.
  • the pressure ⁇ signal of the pressure sensor is processed in a suitable manner.
  • the measured pressure signal can be compared directly with the model value.
  • the device described comprises, with the detection unit, the two detection units and the processor, a plurality of functional units, which together are capable of carrying out the method described above. It is not necessary for the described functional units to be implemented spatially separated from one another. In particular ⁇ sondere can be implemented all the functionality necessary for carrying out the method described above in a suitably programmed engine control unit.
  • a diagnosis of a secondary air system can be carried out particularly easily.
  • the required and typically very inaccurate correction and filtering of a pressure model value required by known diagnostic procedures is eliminated on the basis of characteristic diagrams which can only be created with a very high calibration effort.
  • the diagnostic result or the specific pumping power which are characterized by the ratio between (i) the calculated or corrected model pressure and (ii) the measured actual pressure, is at least largely independent of the current load point of the internal combustion engine. In this way, the uncertainty or the dispersion of the diagnostic results is greatly reduced.
  • a system for determining the pumping power of a pump of a secondary air system for an internal combustion engine comprises (a) a device of the type described above for determining the pumping power of a pump of a secondary air system for an internal combustion engine and (b) a pressure sensor for measuring the actual pressure in the secondary air system, wherein the pressure sensor is coupled to the detection unit and is set up to transmit the actual pressure to the detection unit of the device.
  • an internal combustion engine is described, which is designed in particular as a gasoline engine.
  • the internal combustion engine described has (a) an engine block with at least one combustion chamber; (b) an exhaust tract for exhausting exhaust gases generated in the combustion chamber; (c) a secondary air system for supplying secondary air into the exhaust tract; and (d) a system of the type described above for determining the pumping power of a pump of a secondary air system.
  • the internal combustion engine described is based on the recognition that the system described above can be used for determining the pumping capacity of a pump of the secondary air system to determine the pumping power in a simple and ef fective ⁇ manner with high accuracy. As a result, the functionality of a secondary air system can be checked at any time.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine with a secondary air- ⁇ system and an engine control unit which is mono- directed out or control a method for determining the pumping capacity of a pump of the secondary air system by ⁇ .
  • FIG. 2 shows a block diagram of the one shown in FIG.
  • FIG. 3 shows, on the basis of a diagram, the time profile of a
  • FIG. 4 shows the time profile of a time chart based on a diagram
  • FIG. 5 shows a block diagram which illustrates an embodiment of a method for determining the pump power of the pump shown in FIG.
  • FIG. 6 shows, by way of a diagram, the time profile of the lower envelope of a differential pressure which, during the third segment of the operating cycle of a four-cylinder engine, is shown in FIG
  • Envelope extractor can be determined. It should be noted that features of different embodiments, which are the same or at least functionally identical to the corresponding features or components of the embodiment, are provided with the same reference numerals or with other reference numerals, which are only in their first digit of the reference number of a (functionally) corresponding feature or a (functional) corresponding component. In order to avoid unnecessary repetitions, features or components already explained on the basis of a previously described embodiment will not be explained in detail later.
  • FIG. 1 shows, according to an embodiment of the invention, an internal combustion engine 100 with a secondary air system 130 and an engine control unit 150. Under the control of the engine control unit 150, the method described below for the
  • Determining the pumping power of a pump 132 of the secondary air system 130 are executed.
  • the internal combustion engine 100 includes an engine block 110, in which a plurality of combustion chambers are formed 112 from ⁇ . According to the embodiment shown here , n
  • the 4-cylinder engine having four combustion chambers 112. On the output side, the four combustion chambers 112 are connected via exhaust valves (not shown) to an exhaust tract 120 of the internal combustion engine 100.
  • a catalyst 124 and two lambda probes 122 and 126 are arranged in a known manner.
  • the internal combustion engine 100 has a secondary air system 130, which in a known manner has a secondary air pump 132, a secondary air pressure sensor 134 and a secondary air valve 136. These components are also referred to below as pump 132, as pressure sensor 134 or as valve 136. As can be seen from Figure 1, this pressure sensor is installed upstream 134 in front of the secondary air valve 136 in the gas from ⁇ tract 120th
  • the secondary air system 130 is provided in an active state, ie with a powered pump 132 and an open valve 136, is introduced via Se ⁇ kundär Kunststoffmaschine Kunststoffmaschine-discharge nozzles 138 secondary air into the exhaust system 120 or injected.
  • This secondary air is used in known manner to an excess during a warm-up phase of the internal combustion engine 100 made of oxygen to Ver ⁇ addition, which is used for not yet combusted fuel in the exhaust gas duct 120 to burn and thereby the catalyst 124 as quickly as possible to its Heating ⁇ operating temperature.
  • the engine control unit 150 is connected via dashed lines shown measuring lines to the pressure sensor 134 and the two lambda probes 122 and 126. Through solid control lines, the engine control unit 150 with the pump 132 and the valve 136 is connected.
  • FIG. 2 shows a block diagram of the engine control unit 150 shown in FIG. 1.
  • the engine control unit 150 has (a) a detection unit 252 for receiving an actual pressure from the pressure sensor 134 of the secondary air system 130, (b) a first determination unit 254 for determining a dynamic pressure Pressure based on the measured actual pressure, with the dynamic pressure It is characteristic for those changes in the measured actual pressure which changes are caused by a dynamic operation of the internal combustion engine 100, (c) a second determination unit 256 for determining a base pressure based on currently present external conditions for the operation of the secondary air system 130 and (d) a processor 258.
  • the processor is configured and used to calculate a model pressure based on the determined base pressure and the determined dynamic pressure, and to determine the pump power of the pump 132 based on a ratio between the calculated model pressure and the measured actual pressure.
  • a sensor signal of the secondary air pressure sensor 134 is used.
  • the diagnostic procedure is performed during active operation of the secondary air system 130. This means that the pump 132 is turned on and that the valve 136 is open. According to the exemplary embodiment illustrated here, this sensor signal is sampled equidistantly during the operation of the secondary air system 130.
  • the "equidistance” can refer either to the time or to the crankshaft angle.
  • the central idea on which the herein described Di ⁇ agnoseclar is based, is to calculate a model value and a model pressure Pm for the pressure in the secondary air system 130 which model value does not contain a model for the exhaust back pressure. This exhaust backpressure is the pressure which prevails at the location of the secondary air outlet nozzles 138 and is caused by the exhaust gases flowing through the exhaust tract 120.
  • the pressure measured by the pressure sensor 134 results from (a) the secondary air mass flow delivered by the pump 132 and (b) the back pressure of the exhaust gas in the exhaust tract 120.
  • the mass flow is the pump 132 mainly depending on the operating voltage of the pump 132. This operating voltage is typically the battery voltage VB of a motor vehicle, not shown, which is driven by the internal combustion engine 100.
  • changes in the density of the ambient air drawn by the pump 132 are taken into account by factors that depend on the ambient temperature TAM and the ambient pressure AMP.
  • the base pressure Pb provided solely by the pump 132 is as a function of the battery voltage VB, the ambient temperature TAM and the ambient pressure AMP:
  • This base pressure Pb in the secondary air system 130 is determined by means of the pressure sensor 134. For this purpose, is to be evaluated from the measured pressure signal ge ⁇ the base pressure Pb in a suitable manner. A preferred option for this evaluation is explained below.
  • systematically occurring pressure fluctuations are determined via an analysis of the base pressure Pb. Further, for calculating the model pressure Pm considered these specific systemic pressure fluctuations and corrected the base pressure Pb accordingly. It is irrelevant by what effects the respective pressure fluctuation occurs, since an occurrence of an error during operation of the secondary air system is excluded.
  • the diagnostic method described here is based on the insight that a total pressure is a sum of partial pressures. Accordingly, the total pressure P total or the actual pressure Pist detected by the pressure sensor 134 is composed of the sum of (a) the atmospheric pressure Patm, (b) the basic pressure Pb provided by the pump, and (c) the present in the exhaust system 120 exhaust back pressure Pabgas. This relationship is described in the following equation (2):
  • FIG. 3 shows a diagram of the time profile of this difference pressure Pdif.
  • the two lower curves illustrate the activation of the pump 132 and the activation of the valve 136.
  • the pump 132 is operated or the pump 132 is switched on.
  • the valve 136 is opened when the signal Sav becomes one. If the signal Sap or the signal Sav assumes the value zero, then the pump 132 is designed or the valve is closed.
  • the Diffe ⁇ rence pressure Pdif is shown in the time window in which the secondary air system is active.
  • the differential pressure Pdif has high-frequency oscillations due to the periodic opening and closing of exhaust valves, via which exhaust gases resulting from the combustion process are exhausted from the exhaust gas relevant combustion chamber are introduced into the exhaust system 120.
  • the oscillations shown extend between a lower envelope and an upper envelope.
  • a stationary or non-dynamic operation of the internal combustion engine is Darge ⁇ represents, take with the beginning of the activity of the secondary air system, both the lower envelope and the upper envelope to a certain value. Later both values increase to a higher plateau value. This increase represents a pressure build-up in the secondary air system 130.
  • the lower envelope characterized at by the equation (3) taken before ⁇ normalizing the work done by the pump 132 base pressure Pb.
  • the upper envelope represents the time course of the differential pressure Pdif.
  • the difference between the upper envelope and the lower envelope curve corresponds to the Abgasge ⁇ backpressure Pabgas.
  • Figure 4 shows a diagram in which the time course of the differential pressure Pdif during a dynamically changing operating state of the internal combustion engine or the secondary ⁇ air system 130 is shown.
  • the basic pressure Pb can be increased by an increased exhaust gas counter pressure Pabgas (dynamic accelerating travel, range "I” in FIG. 4) or reduced by a reduced exhaust back pressure (fuel cut, range "II” in FIG. 4). Because such dynamics have not yet been considered for the model pressure Pm, the base pressure Pb must still be corrected accordingly to determine a suitable model pressure Pm. According to the embodiment shown here, this is done using equation (4):
  • Pdyn Pb + Pdyn (4)
  • Pdyn is the corresponding dynamic correction, which is extracted from the dynamics or from the dynamically changing pressure component Pdyn of the measured actual pressure Pist.
  • the dynamically changing pressure component Pdyn is, according to the exemplary embodiment illustrated here, the lower envelope from the diagram of FIG. 4.
  • FIG. 5 shows a block diagram which illustrates an embodiment of a method for determining the pump power of the pump 132.
  • the base pressure Pb is first determined by means of a first algorithm S1 based on the input variables battery voltage VB, ambient temperature TAM and ambient pressure AMP. For this determination, a characteristic is used, which is typically provided by the manufacturer of the pump 132. Thus, the system of the base pressure Pb is known.
  • the algorithm or the block S2 represents the system of the differential pressure Pdif da which, in accordance with the above equation (3), represents the difference between the measured actual pressure Pist and the ambient pressure Patm.
  • the measured actual pressure Pist is further fed to an extractor E, which extracts the lower envelope Pse from the strongly oscillating differential pressure (see FIG. 4).
  • the time profile of the lower envelope Pse is then fed together with the known base pressure Pb a block F, which determines the time course of the dynamic pressure Pdyn.
  • the Dynamic pressure Pdyn is then added by means of a further adding unit 564 to the known base pressure Pb. This then results in the desired time course of the model pressure Pm.
  • the system of the basic pressure S1 is known and can be modeled, for example, as a first order system or based on a characteristic curve with the ambient temperature TAM temperature and a pressure correction altitude correction AMP.
  • the envelope extractor E With the envelope extractor E, the lower envelope of the differential pressure Pdif is extracted. This extraction can be carried out in a simple manner by detecting and evaluating the local minimums of the strongly oscillating differential pressure Pdif (see FIG. 4). For reliable envelope extraction, the well-known Nyquist-Shanon theorem for the minimum sampling frequency of the actual pressure Pist must be satisfied. The entirety of the identified local minima represents the lower envelope Pse. In the envelope extractor E, the corresponding minimum actual pressure samples are located and the signal for the envelope is formed.
  • the function of the block F is to determine the dynamics in the measured signal of the actual pressure Pist or in the differential pressure Pdif nominated according to equation (3).
  • the dynamic pressure Pdyn can be calculated in the block F according to the following equation (5):
  • Figure 6 shows the time course of the lower envelope Pse a signal of the differential pressure, which has been determined according to an exemplary embodiment of the invention ⁇ from the envelope extractor shown in Figure 5.
  • the plateau-like rectangular curve which is designated by the reference numeral 670, respectively illustrates the active segment of the operating cycle of an internal combustion engine, which is classified into different segments as is known.
  • an internal combustion engine with four cylinders whose operating cycle is divided into segments 0, 1, 2 and 3.
  • the lower envelope Pse which has a 4-fold periodicity in accordance with the segmentation of the operating cycle of the four-cylinder internal combustion engine, is shown, in particular for the third segment. It can be seen that (the lower envelope Pse) of the differential pressure Pdif initially increases sharply. This sharp increase results from the opening of the at least one exhaust valve associated with the third cylinder.

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Abstract

Es wird ein Verfahren sowie eine entsprechende Vorrichtung zum Bestimmen der Pumpleistung einer Pumpe eines Sekundärluftsystems einer Brennkraftmaschine beschrieben. Das Verfahren weist auf (a) Messen eines Ist-Drucks (Pist) mittels eines Drucksensors des Sekundärluftsystems, welcher stromabwärts von der Pumpe angeordnet ist; (b) Ermitteln eines Dynamik-Drucks (Pdyn) basierend auf dem gemessenen Ist-Druck (Pist), wobei der Dynamik-Druck (Pdyn) charakteristisch ist für diejenigen Änderungen des gemessenen Ist-Drucks (Pist), welche Änderungen von einem dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine verursacht werden; (c) Ermitteln eines Basis-Drucks (Pb) basierend auf aktuell vorliegenden äußeren Rahmenbedingungen für den Betrieb des Sekundärluftsystems; (d) Berechnen eines Modell-Drucks (Pm) basierend auf dem ermittelten Basis-Druck (Pb) und dem ermittelten Dynamik-Druck (Pdyn); und (e) Bestimmen der Pumpleistung basierend auf einem Verhältnis zwischen dem berechneten Modell-Druck (Pm) und dem gemessenen Ist-Druck (Pist). Es wird ferner ein System und eine Brennkraftmaschine beschrieben, welche eingerichtet sind, das genannte Verfahren durchzuführen.

Description

Beschreibung
Bestimmen der Pumpleistung einer Pumpe eines SekundärluftSystems einer Brennkraftmaschine
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein das technische Gebiet der Nachbehandlung von Abgasen einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Ottomotors, zur Reduzierung von umwelt¬ schädlichen Emissionen. Genauer betrifft die vorliegende Er- findung den Betrieb eines sog. Sekundärluftsystems, welches in bekannter Weise in einer Warmlaufphase einer Brennkraftmaschine aktiviert wird, um eine schnelle Aufheizung eines in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine befindlichen Katalysators auf seine Betriebstemperatur zu erreichen, so dass in der Warm- laufphase insbesondere die Emission der Abgasbestandteile HC und CO reduziert wird. Die vorliegende Erfindung betrifft insbe¬ sondere ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Bestimmen der Pumpleistung einer Pumpe eines Sekundärluftsystems. Die vor¬ liegende Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur
Durchführung dieses Verfahrens sowie eine System und eine
Brennkraftmaschine, welche eingerichtet sind, dieses Verfahren durchzuführen .
Unerwünschte Schadstoffemissionen einer Brennkraftmaschine und insbesondere eines Ottomotors können in bekannter Weise durch eine katalytische Nachbehandlung in einem Abgaskatalysator reduziert werden. Um die katalytische Nachbehandlung in ef¬ fektiver Weise durchführen zu können, muss der Abgaskatalysator jedoch eine bestimmte Betriebstemperatur erreicht haben. Ab- gastests haben ergeben, dass ein Großteil der Schadstoff¬ emissionen in der Warmlaufphase der entsprechenden Brennkraftmaschine emittiert wird. Daher muss zur Reduzierung von Schadstoffemissionen dafür Sorge getragen werden, dass sich der Abgaskatalysator möglichst schnell auf seine Betriebstemperatur von beispielsweise 500°C aufheizt.
Eine beschleunigte Aufheizung des Abgaskatalysators kann in bekannter Weise durch ein Einblasen bzw. Zuführen von sog. ^
Sekundärluft in den Abgastrakt der Brennkraftmaschine erreicht werden. Die Stelle des Zuführens von Sekundärluft befindet sich stromabwärts der Auslassventile der Brennkraftmaschine zwischen dem Beginn des Abgastrakts und dem Abgaskatalysator.
Ein entsprechendes Sekundärluftsystem weist eine elektrische Sekundärluftpumpe zum Pumpen von Sekundärluft und ein nachge¬ schaltetes Sekundärluftventil zum Steuern des Sekundär- luftstroms auf. Nur wenn das Sekundärluftventil zumindest teilweise geöffnet ist, kann dem Abgastrakt Sekundärluft zu¬ geführt werden. In diesem Dokument werden, sofern nicht anders angegeben, die Sekundärluftpumpe kurz mit "Pumpe" und das Sekundärluftventil kurz mit "Ventil" bezeichnet.
Das Aufheizen des Abgaskatalysators mittels Sekundärluft beruht auf einer stark exothermen Reaktion der Sekundärluft mit nicht verbranntem Kraftstoff im heißen Abgas der Brennkraftmaschine. Die weitere Oxidation des (noch) nicht verbrannten Kraftstoffs vor und im Abgaskatalysator führt zu einer beschleunigten Aufheizung des Abgaskatalysators auf seine Betriebstemperatur. Auf diese Weise werden die Schadstoffemissionen in der Warmlaufphase der Brennkraftmaschine reduziert und die geeignete Betriebstemperatur (sog. "light-off" Temperatur) des Abgaskatalysators schneller erreicht.
Aufgrund von gesetzgeberischen Forderungen muss das Sekun- därluftsystem im Betrieb dahingehend überwacht werden, dass die Pumpe bei Bedarf stets einen bestimmten Mindestluftmassenstrom erzeugen kann. Der Gesetzgeber schreibt also vor, die Pumpe jeweils auf ihre aktuell gegebene Leistungsfähigkeit zu überwachen .
Zur Abschätzung des aktuell gegebenen Massenstroms an Sekundärluft kann ein Drucksensor verwendet werden, welcher sich im Sekundärluftsystem befindet und zwischen der Pumpe und dem Ventil angeordnet ist und in diesem Bereich (bei geöffnetem Ventil) den Druck der Sekundärluft misst. Zum Überwachen der Leistungs¬ fähigkeit bzw. der Pumpleistung der Pumpe kann in bekannter Weise ein Parameter verwendet werden, welcher durch das Verhältnis bzw. dem Quotienten zwischen (a) einem Modell-Druck und (b) einem Ist-Druck gegeben ist. Dabei wird der Modell-Druck, welcher nicht nur von dem Design des jeweiligen Sekundärluftsystems sondern auch von dessen aktuellen Betriebsbedingungen abhängt, von einer Datenverarbeitungs¬ einheit, beispielsweise einer Motorsteuerung, ermittelt. Der Ist-Druck ist dabei derjenige Druck, welcher von dem Drucksensor gemessen wird.
Der Modell-Druck kann in Abhängigkeit der folgenden Parameter ermittelt werden: (a) elektrische Versorgungsspannung für die (Sekundär) Pumpe, welche typischerweise der aktuellen Batte- riespannung des betreffenden Kraftfahrzeugs entspricht; (b)
Umgebungs (luft) druck; (c) Umgebungstemperatur; (d) Massenstrom der von der an ( Sekundär) Pumpe geförderten Luft; und (e) Drehzahl der Brennkraftmaschine. In der Praxis müssen zur Berücksichtigung dieser Parameter eine Vielzahl von Kennfeldern gemessen werden, auf welche im Betrieb des Sekundärluftsystems zur Überwachung bzw. zur Diagnose der Pumpenleistungsfähigkeit zurückgegriffen werden muss. Dies erfordert einen großen Aufwand bei der Überwachung bzw. Diagnose und insbesondere bei der Einrichtung eines Sekundärluftsystems.
Aus der DE 103 44 910 AI ist ein Diagnoseverfahren für ein Sekundärluftsystem bekannt, welches ebenfalls einen Mo¬ dell-Druck verwendet. Der Modell-Druck wird hier in Abhängigkeit der folgenden vier Parameter ermittelt: (a) elektrische Ver- sorgungsspannung bzw. Batteriespannung; (b) Umgebungs (luft) druck; (c) Umgebungstemperatur; und (d) Massenstrom der von der an ( Sekundär) Pumpe geförderten Luft. Auch dieses Verfahren wird in der Praxis unter Verwendung von einer Mehrzahl von Kennfeldern durchgeführt, welche einen großen Aufwand insbesondere bei der Einrichtung eines Sekundärluftsystems erfordern, dessen ( Sekundär) Pumpe in Hinblick auf ihre Leistungsfähigkeit überwacht wird. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Überwachung eines Sekundärluftsystems zu erleichtern.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen, weitere Merkmale und Details der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der Vorrichtung, des Systems sowie der Brennkraftmaschine und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung dieser Erfindung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Bestimmen der Pumpleistung einer Pumpe eines SekundärluftSystems für eine Brennkraftmaschine beschrieben. Das beschriebene Verfahren weist auf (a) ein Messen eines Ist-Drucks mittels eines Drucksensors des Sekundärluftsystems, welcher stromabwärts von der Pumpe angeordnet ist; (b) ein Ermitteln eines Dynamik-Drucks basierend auf dem gemessenen Ist-Druck, wobei der Dynamik-Druck charakteristisch ist für diejenigen Änderungen des gemessenen Ist-Drucks, welche Änderungen von einem dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine verursacht werden; (c) ein Ermitteln eines Basis-Drucks basierend auf aktuell vorliegenden äußeren Rah¬ menbedingungen für den Betrieb des Sekundärluftsystems; (d) ein Berechnen eines Modell-Drucks basierend auf dem ermittelten Basis-Druck und dem ermittelten Dynamik-Druck; und (e) ein Bestimmen der Pumpleistung basierend auf einem Verhältnis zwischen dem berechneten Modell-Druck und dem gemessenen Ist-Druck .
Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der zur Bestimmung der Pumpleistung verwendete Modell-Druck genauso korrigiert worden sein kann wie der Ist-Druck bzw. das gemessene Drucksignal des Drucksensors. Dabei wird davon ausgegangen, dass der (dynamische) Korrekturbedarf für den Basis-Druck, welcher für die Berechnung des Modell-Druck verwendet wird, gleich ist wie oder zumindest proportional ist zu dem Korrekturbedarf für den Ist-Druck. Dies liegt daran, dass zu korrigierende Schwankungen systembedingt sind. Für diese Korrektur wird der genannte Dynamik-Druck verwendet. Das Be¬ rechnen eines Modell-Drucks basierend auf dem ermittelten Basis-Druck und dem ermittelten Dynamik-Druck entspricht einer Korrektur des Basis-Drucks. Diese dynamische Korrektur wird mittels der extrahierten Dynamik aus dem gemessenen Drucksignal (Sensorsignal) vorgenommen.
Das Berechnen des Modell-Drucks basierend auf dem ermittelten Basis-Druck und dem ermittelten Dynamik-Druck entspricht somit einer (dynamischen) Korrektur des Basis-Drucks. Diese Korrektur kann insbesondere ein Extrahieren des dynamischen Verhaltens des Drucksignals (Sensorsignals) aufweisen.
Der Dynamik-Druck kann diejenigen zeitlichen Änderungen in dem gemessenen Ist-Druck berücksichtigen, welche Änderungen auf den dynamischen Anteil des Betriebs der Brennkraftmaschine zu¬ rückgehen. Im Falle eines stationären Betriebs der Brennkraftmaschine verschwindet der Dynamik-Druck.
Anschaulich ausgedrückt wird bei der Durchführung des hier beschriebenen Verfahrens die Annahme gemacht, dass alle auf¬ tretenden Druckänderungen in dem Sekundärluftsystem während des Betriebs des Sekundärluftsystems, d.h. während des Einblasens von Sekundärluft in den Abgastrakt der Brennkraftmaschine, lediglich durch dynamische Änderungen in dem Betrieb der Brennkraftmaschine hervorgerufen werden. Solche dynamische Änderungen, welche insbesondere auf einer Variation des sog. Abgas-Gegendrucks in dem Abgastrakt der Brennkraftmaschine beruhen, können auf einer positiven oder negativen Beschleunigung des Fahrzeugs beruhen, welches von der Brennkraftmaschine angetrieben wird. Eine negative Druckänderung kann insbesondere durch eine sog. Schubabschaltung entstehen. Außerdem können die dynamischen Änderungen beispielsweise auf einem Öffnen oder einem Schließen eines Bypass-Ventiles (ein sog. Waste-Gate) beruhen, welches in bekannter Weise zum Regeln des Ladedrucks eines Turboladers in dem Abgasstrom der Brennkraftmaschine verwendet wird.
Bei dem in diesem Dokument beschriebenen Verfahren wird das gemessene Drucksignal für den Ist-Druck in geeigneter Weise aufbereitet. Diese Aufbereitung resultiert in den Dynamik-Druck, welcher die extrahierte Dynamik aus dem gemessenen Drucksignal darstellt. Als Konsequenz dieser Aufbereitung kann das gemessene Drucksignal des Ist-Drucks direkt mit dem Wert des Modell-Drucks verglichen werden und so auf einfache und effektive Weise die aktuell von der Pumpe des Sekundärluftsystems zur Verfügung gestellte Pumpleistung mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.
Der Basis-Druck kann anschaulich auch als Nominal-Druck der Pumpe bezeichnet werden. Der Basis-Druck charakterisiert nämlich diejenige Pumpleistung, welche von der Pumpe bei den aktuell vorliegenden äußeren Rahmenbedingungen für den Betrieb des Sekundärluftsystems bereitgestellt wird. Es wird darauf hingewiesen, dass, wenn in diesem Dokument beschrieben ist, dass ein Druck gemessen, bestimmt, ermittelt oder berechnet wird, selbstverständlich gemeint ist, dass ein entsprechender Wert für den Druck gemessen, bestimmt, ermittelt bzw. berechnet wird.
Der Begriff "stromabwärts" ist in diesem Dokument in Bezug auf die Strömungsrichtung des entsprechenden Mediums, hier der Sekundärluft, zu verstehen. In diesem Fall bedeutet dies, dass die strömende Sekundärluft zunächst durch die Pumpe tritt und dann an dem Drucksensor vorbeiströmt bzw. einen räumlichen Erfassungsbereich des Drucksensors durchströmt.
Bevorzugt ist Drucksensor zwischen der Pumpe und einem Ventil angeordnet, welches häufig als Sekundärluftventil bezeichnet wird. Für eine Diagnose des Sekundärluftventils anhand der bestimmten Pumpleistung wird das gemessene Drucksignal von dem Drucksensor des Sekundärluftsystems verwendet. Der Drucksensor ist vor bzw. "stromaufwärts" von dem Sekundärluftventil in dem Sekundärluftsystem eingebaut.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt zumindest (i) das Messen des Ist-Drucks, (ii) das Ermitteln des Dyna¬ mik-Drucks und (iii) das Ermitteln des Basis-Drucks während eines aktiven Betriebs des Sekundärluftsystems.
Unter dem Ausdruck "aktives Sekundärluftsystem" ist in diesem Zusammenhang ein Betriebszustand des Sekundärluftsystems zu verstehen, bei dem zum einen die Pumpe eingeschaltet ist und damit Sekundärluft fördert und zum anderen das Sekundärluftventil geöffnet ist, dass das die geförderte Sekundärluft auch tat¬ sächlich in den Abgastrakt einströmen kann. Dies hat den Vorteil, dass das Bestimmen der Pumpleistung unter Betriebsbedingungen erfolgt, welche für den Betrieb des Sekundärluftsystems relevant sind .
Es wird darauf hingewiesen, dass bevorzugt das gesamte Verfahren ohne unnötige Verzögerungen durchgeführt werden kann. Das
Berechnen des Modell-Drucks und das Bestimmen der Pumpleistung erfolgen ohne Verzögerung bereits dann, wenn die dafür erforderlichen Eingangswerte bekannt geworden sind. Somit kann das beschriebene Verfahren bei Bedarf sogar in Echtzeit durchgeführt werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die äußeren Rahmenbedingungen für den Betrieb des Sekundärluftsystems charakterisiert durch (i) eine aktuelle elektrische Versorgungsspannung für die Pumpe, (ii) die Umgebungstemperatur, und (iii) den Umgebungsdruck.
Da bei einer für SekundärluftSysteme verwendeten Pumpe die zur Verfügung stellbare Pumpleistung in nicht unerheblichem Maße von der Versorgungsspannung der Pumpe abhängt, muss für ein zuverlässiges Bestimmen der Pumpleistung diese Spannungsabhängigkeit berücksichtigt werden. Dies stellt jedoch in der Praxis keine besondere Schwierigkeit dar, weil ein Hersteller von solchen Pumpen seinen Kunden die entsprechenden Kennlinien zur Verfügung stellt.
Änderungen der Dichte der angesaugten Luft aus der Umgebung werden bei dem hier beschriebenen Verfahren durch geeignete Faktoren berücksichtigt, welche die Abhängigkeit der Dichte von der Temperatur und von dem Druck der Umgebung des Sekundärluftsystems beschreiben. Da diese Faktoren von einfachen physikalischen Größen abhängen, welche die umgebende Luft als Gas beschreiben, stellen auch diese Korrekturen bei der Durchführung des beschriebenen Verfahrens keine Besonderheit dar.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt das Charakterisieren der äußeren Rahmenbedingungen aus- schließlich basierend auf den physikalischen Größen Versorgungsspannung, Umgebungstemperatur und Umgebungsdruck.
Im Vergleich zu bekannten Verfahren werden zur Bestimmung der Pumpleistung der Pumpe also weniger Größen verwendet, welche die äußeren Rahmenbedingungen für den Betrieb des Sekundärluftsystems charakterisieren. Insbesondere werden bei dem hier beschriebenen Verfahren weder der Massenstrom der geförderten Luft noch die Drehzahl der Brennkraftmaschine berücksichtigt. Dadurch kann das beschriebene Verfahren mit einem deutlich kleineren Rechenaufwand durchgeführt werden. Außerdem erhöht sich durch die reduzierte Anzahl an Eingangsparametern, welche jeweils eine nicht zu vermeidende (Mess ) Unsicherheit mit sich bringen, die Genauigkeit bzw. die Zuverlässigkeit des Bestimmens der Pumpenleistung.
Die zum Charakterisieren der äußeren Rahmenbedingungen notwendigen Abhängigkeiten können mittels geeigneter Funktionen, beispielsweise Polynomen von geeigneter Ordnung, beschrieben werden. Die betreffenden Abhängigkeiten können jedoch auch mittels entsprechender Nachschlagtabellen für Korrekturfaktoren berücksichtigt werden. Da in dem vorliegenden Verfahren lediglich drei Abhängigkeiten zu berücksichtigen sind, ist der entsprechende messtechnische Aufwand zur Ermittlung der Nachschlagtabelle (n) im Vergleich zu bekannte Diagnoseverfahren entsprechend reduziert.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der zeitliche Verlauf des gemessenen Ist-Drucks eine Vielzahl von Oszillationen auf, welche von einer unteren Hüllkurve und einer oberen Hüllkurve begrenzt sind. Ferner wird der Dynamik-Druck basierend auf der unteren Hüllkurve ermittelt. Das Verwenden der unteren Hüllkurve hat den Vorteil, dass hochfrequente Anteile in dem gemessenen Ist-Druck nicht be¬ rücksichtigt werden müssen und auch nicht berücksichtigt werden. Solche hochfrequenten Oszillationen können sich insbesondere durch das Öffnen und Schließen von Auslassventilen der sich in Betrieb befindlichen Brennkraftmaschine ergeben. Zum Erfassen der unteren Hüllkurve können bekannte Extraktionsverfahren verwendet werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Ermitteln des Dynamik-Drucks ein sequentielles Erfassen von
Druck-Abtastwerten des Ist-Drucks auf. Ferner wird die untere Hüllkurve durch ein Identifizieren von lokalen Minima der Druck-Abtastwerte ermittelt. Dies hat den Vorteil, dass die untere Hüllkurve und damit der zeitliche Verlauf des Dyna- mik-Drucks auf besonders einfache und trotzdem zuverlässige Weise ermittelt werden kann.
Es wird darauf hingewiesen, dass für eine zuverlässige Extraktion der unteren Hüllkurve das bekannte
Nyquist-Shannon-Abtasttheorem beachtet werden muss. Demnach muss die Abtastung entsprechend hochfrequent erfolgen. Dann kann für jeden Zylinder bzw. für jedes Segment einer mehrzylindrischen Brennkraftmaschine ein minimaler Druckwert gefunden werden, welcher zur Bestimmung der unteren Hüllkurve verwendet wird. Dieses Extrahieren der unteren Hüllkurve kann mittels bekannter Hüllkurven-Extraktionsprozeduren realisiert werden. Das sequentielle Erfassen der Druck-Abtastwerte kann bevorzugt mittels äquidistanter Schritte erfolgen. Dabei kann sich die Schrittlänge auf die Zeit oder alternativ auf die Änderung eines Drehwinkels einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine beziehen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Berechnen des Modell-Drucks ein Bilden einer Summe aus dem ermittelten Basis-Druck und dem ermittelten Dynamik-Druck auf. Dies hat den Vorteil, dass der Modell-Druck auf besonders einfache Weise berechnet werden kann.
Es wird darauf hingewiesen, dass diese einfache Art des Be- rechnens des Modell-Drucks nicht zu Lasten der Genauigkeit und/oder der Zuverlässigkeit des beschriebenen Verfahrens geht. Das Bilden der Summe aus dem Basis-Druck und dem ermittelten Dynamik-Druck reflektiert nämlich die einfache physikalische Überlegung, dass sich nämlich ein Druck aus verschiedenen Partialdrücken ergeben kann, denen jeweils für sich eine spezifische physikalische Herkunft zugeschrieben werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Bestimmen der Pumpleistung einer Pumpe eines Sekundär- luftsystems für eine Brennkraftmaschine beschrieben. Die be¬ schriebene Vorrichtung weist auf (a) eine Erfassungseinheit zum Empfangen eines Ist-Drucks von einem Drucksensor des Sekun- därluftsystems , welcher stromabwärts von der Pumpe angeordnet ist; (b) eine erste Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines Dynamik-Drucks basierend auf dem gemessenen Ist-Druck, wobei der Dynamik-Druck charakteristisch ist für diejenigen Änderungen des gemessenen Ist-Drucks, welche Änderungen von einem dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine verursacht werden; (c) eine zweite Ermittlungseinheit zum Ermitteln eines Basis-Drucks basierend auf aktuell vorliegenden äußeren Rahmenbedingungen für den Betrieb des Sekundärluftsystems; (d) einen Prozessor zum Berechnen eines Modell-Drucks basierend auf dem ermittelten
Basis-Druck und dem ermittelten Dynamik-Druck und zum Bestimmen der Pumpleistung basierend auf einem Verhältnis zwischen dem berechneten Modell-Druck und dem gemessenen Ist-Druck. Auch der beschriebenen Vorrichtung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei einer in Prinzip bekannten Verwendung eines Modell-Drucks für die Bestimmung der Pumpleistung einer Pumpe eines Sekundärluftsystems ein korrigierter Modell-Druck ver- wendet werden kann, welche in der gleichen Weise korrigiert worden ist wie der gemessene Ist-Druck, da zeitliche Schwan¬ kungen, die auf dynamische Änderungen zurückzuführen sind, systembedingt sind.
Für die entsprechende Korrektur des Basis-Drucks, welcher zur Berechnung des Modell-Drucks verwendet wird, wird das Druck¬ signal des Drucksensors in geeigneter Weise aufbereitet. So kann das gemessene Drucksignal direkt mit dem Modellwert verglichen werden .
Die beschriebene Vorrichtung weist mit der Erfassungseinheit, den beiden Ermittlungseinheiten und dem Prozessor eine Mehrzahl von funktionalen Einheiten auf, welche gemeinsam in der Lage sind, das vorstehend beschriebene Verfahren auszuführen. Es ist nicht erforderlich, dass die beschriebenen funktionalen Einheiten räumlich voneinander getrennt realisiert sind. Insbe¬ sondere kann die gesamte Funktionalität, die zum Ausführen des vorstehend beschriebenen Verfahrens notwendig ist, in einer in geeigneter Weise programmierten Motorsteuereinheit implementiert sein.
Mit der beschriebenen Vorrichtung kann eine Diagnose eines Sekundärluftsystems besonders einfach durchgeführt werden. Insbesondere entfällt die bei bekannten Diagnoseprozeduren erforderliche und typischerweise sehr ungenaue Korrektur und Filterung eines Druck-Modellwertes anhand von Kennfeldern, welche lediglich mit einem sehr hohen Kalibrierungsaufwand erstellt werden können. Außerdem ist das Diagnoseergebnis bzw. die bestimmte Pumpleistung, welche durch das Verhältnis zwischen (i) dem berechneten bzw. korrigierten Modell-Druck und (ii) dem gemessenen Ist-Druck charakterisiert sind, zumindest weitgehend unabhängig von dem aktuellen Lastpunkt der Brennkraftmaschine. Auf diese Weise wird die Unsicherheit bzw. die Streuung der Diagnoseergebnisse stark reduziert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein System zum Bestimmen der Pumpleistung einer Pumpe eines SekundärluftSystems für eine Brennkraftmaschine beschrieben. Das beschriebene System weist auf (a) eine Vorrichtung der vorstehend beschrieben Art zum Bestimmen der Pumpleistung einer Pumpe eines Sekundärluftsystems für eine Brennkraftmaschine und (b) einen Drucksensor zum Messen des Ist-Drucks in dem SekundärluftSystems , wobei der Drucksensor mit der Erfassungseinheit gekoppelt ist und eingerichtet ist, den Ist-Druck an die Erfassungseinheit der Vorrichtung zu übermitteln . Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Brennkraftmaschine beschrieben, welche insbesondere als ein Ottomotor ausgebildet ist. Die beschriebene Brennkraftmaschine weist auf (a) einen Motorblock mit zumindest einer Brennkammer; (b) einen Abgastrakt zum Abführen von in der Brennkammer erzeugten Abgasen; (c) ein Sekundärluftsystem zum Zuführen von Sekundärluft in den Abgastrakt; und (d) ein System der vorstehend beschriebenen Art zum Bestimmen der Pumpleistung einer Pumpe eines Sekundär- luftsystems . Der beschriebenen Brennkraftmaschine liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das vorstehend beschriebene System zum Bestimmen der Pumpleistung einer Pumpe des Sekundärluftsystems dazu verwendet werden kann, die Pumpleistung auf einfache und ef¬ fektive Weise mit hoher Genauigkeit zu bestimmen. Dadurch kann die Funktionsfähigkeit eines Sekundärluftsystems jederzeit überprüft werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände be- schrieben wurden . Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar 1
werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung derzeit bevorzugter Ausführungsformen. Die einzelnen Figuren der Zeichnung dieses Dokuments sind lediglich als schematisch und als nicht maßstabsgetreu anzusehen.
Figur 1 zeigt eine Brennkraftmaschine mit einem Sekundär¬ luftsystem und einem Motorsteuergerät, welches ein- gerichtet ist, ein Verfahren zum Bestimmen der Pumpleistung einer Pumpe des Sekundärluftsystems durch¬ zuführen bzw. steuern.
Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild des in Figur 1 gezeigten
Motorsteuergeräts .
Figur 3 zeigt anhand eines Diagramms den zeitlichen Verlauf eines
Differenz-Drucks, welcher unter Verwendung des in Figur 1 gezeigten Drucksensors während eines stationären Betriebszustands der Brennkraftmaschine erfasst wird. Figur 4 zeigt anhand eines Diagramms den zeitlichen Verlauf eines
Differenz-Drucks, welcher unter Verwendung des in Figur
1 gezeigten Drucksensors während eines sich dynamisch verändernden Betriebszustands der Brennkraftmaschine erfasst wird.
Figur 5 zeigt ein Blockschaltbild, welches ein Ausführungs- beispiel eines Verfahrens zum Bestimmen der Pumpleistung der in Figur 1 gezeigten Pumpe illustriert.
Figur 6 zeigt anhand eines Diagramms den zeitlichen Verlauf der unteren Hüllkurve eines Differenz-Drucks, welches während des dritten Segments des Betriebszyklus eines Vierzylinder-Motors von dem in Figur 5 gezeigten
Hüllkurven-Extraktor ermittelbar ist. Es wird darauf hingewiesen, dass Merkmale bzw. Komponenten von unterschiedlichen Ausführungsformen, die mit den entsprechenden Merkmalen bzw. Komponenten der Ausführungsform nach gleich oder zumindest funktionsgleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen oder mit anderen Bezugszeichen versehen sind, welche sich lediglich in ihrer ersten Ziffer von dem Bezugszeichen eines (funktional) entsprechenden Merkmals oder einer (funktional) entsprechenden Komponente unterscheiden. Zur Vermeidung von unnötigen Wiederholungen werden bereits anhand einer vorher beschriebenen Ausführungsform erläuterte Merkmale bzw. Komponenten an späterer Stelle nicht mehr im Detail erläutert.
Ferner wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend be¬ schriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellen. Insbesondere ist es möglich, die Merkmale einzelner Ausführungsformen in geeigneter Weise miteinander zu kombinieren, so dass für den Fachmann mit den hier explizit dargestellten Ausführungsvarianten eine Vielzahl von verschiedenen Ausführungsformen als offensichtlich offenbart anzusehen sind.
Figur 1 zeigt gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung eine Brennkraftmaschine 100 mit einem Sekundärluftsystem 130 und einem Motorsteuergerät 150. Unter Kontrolle des Motorsteuer- geräts 150 kann das nachfolgend beschriebene Verfahren zum
Bestimmen der Pumpleistung einer Pumpe 132 des Sekundärluftsystems 130 ausgeführt werden.
Bevor ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Bestimmen der Pumpleistung der Pumpe 132, welches Verfahren auch als Diagnoseverfahren für das gesamte Sekundärluftsystem 130 angesehen werden kann, beschrieben wird, werden anhand von Figur 1 einige gegenständliche Merkmale der Brennkraftmaschine 100 erläutert.
Wie aus Figur 1 ersichtlich, weist die Brennkraftmaschine 100 einen Motorblock 110 auf, in dem mehrere Brennräume 112 aus¬ gebildet sind. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel , n
15
handelt es sich bei der Brennkraftmaschine 100 um einen
4-Zylinder-Motor, welcher vier Brennräume 112 aufweist. Aus- gangsseitig sind die vier Brennräume 112 über nicht dargestellte Auslassventile mit einem Abgastrakt 120 der Brennkraftmaschine 100 verbunden. In dem Abgastrakt 120 sind in bekannter Weise ein Katalysator 124 sowie zwei Lambda-Sonden 122 und 126 angeordnet.
Ferner weist die Brennkraftmaschine 100 ein Sekundärluftsystem 130 auf, welches in bekannter Weise eine Sekundärluft-Pumpe 132, einen Sekundärluft-Drucksensor 134 sowie ein Sekundärluft-Ventil 136 aufweist. Diese Komponenten werden nachfolgend auch kurz als Pumpe 132, als Drucksensor 134 bzw. als Ventil 136 bezeichnet. Wie aus Figur 1 ersichtlich, ist dieser Drucksensor 134 stromaufwärts vor dem Sekundärluftventil 136 in dem Ab¬ gastrakt 120 eingebaut. Sofern sich das Sekundärluftsystem 130 in einem aktiven Zustand befindet, d.h. bei einer eingeschalteten Pumpe 132 und bei einem geöffneten Ventil 136, wird über Se¬ kundärluft-Auslassdüsen 138 Sekundärluft in den Abgastrakt 120 eingeleitet bzw. eingeblasen. Diese Sekundärluft dient in bekannter Weise dazu, dass während einer Warmlaufphase der Brennkraftmaschine 100 ein Überschuss an Sauerstoff zur Ver¬ fügung gestellt wird, welcher dafür verwendet wird, noch nicht verbrannten Kraftstoff in dem Abgastrakt 120 zu verbrennen und dadurch den Katalysator 124 möglichst schnell auf seine Be¬ triebstemperatur aufzuheizen.
Das Motorsteuergerät 150 ist über gestrichelt dargestellte Messleitungen mit dem Drucksensor 134 und den beiden Lambda-Sonden 122 und 126 verbunden. Über durchgezogene Steuer- leitungen ist das Motorsteuergerät 150 mit der Pumpe 132 sowie mit dem Ventil 136 verbunden.
Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild des in Figur 1 gezeigten Motorsteuergeräts 150. Das Motorsteuergerät 150 weist auf (a) eine Erfassungseinheit 252 zum Empfangen eines Ist-Drucks von dem Drucksensor 134 des Sekundärluftsystems 130, (b) eine erste Ermittlungseinheit 254 zum Ermitteln eines Dynamik-Drucks basierend auf dem gemessenen Ist-Druck, wobei der Dynamik-Druck charakteristisch ist für diejenigen Änderungen des gemessenen Ist-Drucks, welche Änderungen von einem dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine 100 verursacht werden, (c) eine zweite Ermittlungseinheit 256 zum Ermitteln eines Basis-Drucks ba- sierend auf aktuell vorliegenden äußeren Rahmenbedingungen für den Betrieb des Sekundärluftsystems 130 und (d) einen Prozessor 258. Der Prozessor ist eingerichtet und wird verwendet zum einem zum Berechnen eines Modell-Drucks basierend auf dem ermittelten Basis-Druck und dem ermittelten Dynamik-Druck und zum anderen zum Bestimmen der Pumpleistung der Pumpe 132 basierend auf einem Verhältnis zwischen dem berechneten Modell-Druck und dem gemessenen Ist-Druck.
Zur Durchführung des hier beschriebenen Diagnoseverfahrens wird ein Sensorsignal des Sekundärluft-Drucksensors 134 benutzt. Das Diagnoseverfahren wird während eines aktiven Betriebs des Sekundärluftsystems 130 durchgeführt. Dies bedeutet, dass die Pumpe 132 angeschaltet ist und dass das Ventil 136 geöffnet ist. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel wird dieses Sensorsignal während des Betriebs des Sekundärluftsystems 130 äquidistant abgetastet. Dabei kann sich die "Äquidistanz " entweder auf die Zeit oder auf den Kurbelwellenwinkel beziehen. Der zentrale Gedanke, auf welchem das hier beschriebene Di¬ agnoseverfahren beruht, besteht darin, einen Modellwert bzw. einen Modell-Druck Pm für den Druck in dem Sekundärluftsystem 130 zu berechnen, welcher Modellwert kein Modell für den Abgasgegendruck enthält. Dieser Abgasgegendruck ist derjenige Druck, welcher an der Stelle der Sekundärluft-Auslassdüsen 138 vorherrscht und von den durch den Abgastrakt 120 strömenden Abgasen verursacht wird.
In diesem Zusammenhang ist leicht einzusehen, dass der von dem Drucksensor 134 gemessene Druck resultiert (a) aus dem von der Pumpe 132 gelieferten Massenstrom an Sekundärluft und (b) aus dem Gegendruck des Abgases in dem Abgastrakt 120. Entsprechend einer typischen Pumpencharakteristik ist der Massenstrom der Pumpe 132 hauptsächlich abhängig von der Betriebsspannung der Pumpe 132. Diese Betriebsspannung ist typischerweise die Batteriespannung VB eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs, welches von der Brennkraftmaschine 100 angetrieben wird.
Ferner werden bei dem hier beschriebenen Diagnoseverfahren Änderungen der Dichte der von der Pumpe 132 angesaugten Luft aus der Umgebung durch Faktoren berücksichtigt, welche von der Umgebungstemperatur TAM und dem Umgebungsdruck AMP abhängen. Der ausschließlich von der Pumpe 132 bereitgestellte Basis-Druck Pb ist als eine Funktion von der Batteriespannung VB, der Umgebungstemperatur TAM und dem Umgebungsdruck AMP:
Pb = f(VB, TAM, AMP) (1)
Dieser Basis-Druck Pb in dem Sekundärluftsystem 130 wird mit Hilfe des Drucksensors 134 ermittelt. Hierzu ist aus dem ge¬ messenen Drucksignal der Basis-Druck Pb auf geeignete Weise auszuwerten. Eine bevorzugte Möglichkeit für diese Auswertung wird nachstehend erläutert.
Ferner wird bei dem hier beschriebenen Diagnoseverfahren die Annahme gemacht, dass alle auftretenden Druckänderungen während des Betriebs des Sekundärluftsystems 130 ausschließlich durch Änderungen im Fahrverhalten eines die Brennkraftmaschine 100 steuernden Fahrers hervorgerufen werden. Diese Änderungen können sich insbesondere durch eine positive oder negative Be¬ schleunigung des Fahrzeugs sowie durch ein Betätigen (Öffnen oder Schließen) eines Turbolader-Bypass-Ventils (sog. Waste-Gate) ergeben. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass diese Aufzählung nicht abschließend ist und dass auch andere Arten von Änderungen im Fahrverhalten zu Druckänderungen führen können, welche von dem Drucksensor 134 gemessen werden.
Bei dem hier beschriebenen Diagnoseverfahren werden systematisch auftretende Druckschwankungen über eine Analyse des Basis-Drucks Pb bestimmt. Ferner werden für ein Berechnen des Modell-Drucks Pm diese bestimmten systembedingten Druckschwankungen berücksichtigt und der Basis-Druck Pb entsprechend korrigiert. Dabei ist es unerheblich durch welche Effekte die jeweilige Druckschwankung auftritt, da ein Auftreten eines Fehlers während des Betriebs des Sekundärluftsystems ausgeschlossen wird.
Im Detail beruht das hier beschriebene Diagnoseverfahren auf der Erkenntnis, dass ein Gesamtdruck eine Summe von Partialendrücken ist. Demzufolge setzt sich der Gesamtdruck Pgesamt bzw. der Ist-Druck Pist, welcher von dem Drucksensor 134 erfasst wird, zusammen aus der Summe aus (a) dem Umgebungsdruck Patm, (b) dem von der Pumpe geleisteten Basis-Druck Pb und (c) dem in dem Abgastrakt 120 vorhandenen Abgasgegendruck Pabgas . Dieser Zusammenhang ist in der folgenden Gleichung (2) beschrieben:
Pgesamt = Pist = Patm + Pb + Pabgas (2)
Für eine Vereinfachung der weiteren Berechnung wird im Folgenden mit einem Differenz-Druck Pdif gearbeitet, für den gilt:
Pdif = Pist - Patm = Pb + Pabgas (3)
Figur 3 zeigt in einem Diagramm den zeitlichen Verlauf dieses Differenz-Drucks Pdif. Die beiden unteren Kurven illustrieren die Ansteuerung der Pumpe 132 sowie die Ansteuerung des Ventils 136. Wenn das Signal Sap den Wert Eins annimmt, dann wird die Pumpe 132 betrieben bzw. ist die Pumpe 132 angeschalten. In entsprechender Weise ist das Ventil 136 geöffnet, wenn das Signal Sav den Wert Eins annimmt. Wenn das Signal Sap bzw. das Signal Sav den Wert Null annimmt, dann ist die Pumpe 132 ausgestalten bzw. das Ventil geschlossen.
In dem oberen Teil des Diagramms von Figur 3 ist der Diffe¬ renz-Druck Pdif in dem Zeitfenster dargestellt, in welchem das Sekundärluftsystem aktiv ist. Der Differenz-Druck Pdif weist hochfrequente Oszillationen auf, die auf das periodische Öffnen und Schließen von Auslassventilen zurückzuführen sind, über welche aus dem Verbrennungsprozess resultierende Abgase von der betreffenden Brennkammer in den Abgastrakt 120 eingeleitet werden. Die dargestellten Oszillationen erstrecken sich zwischen einer unteren Hüllkurve und einer oberen Hüllkurve. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel, in dem ein stationärer bzw. nicht dynamischer Betrieb der Brennkraftmaschine darge¬ stellt ist, nehmen mit dem Beginn der Aktivität des Sekundärluft Systems sowohl die untere Hüllkurve als auch die obere Hüllkurve einen bestimmten Wert an. Später steigen beide Werte auf einen höheren Plateauwert an. Dieser Anstieg repräsentiert einen Druckaufbau in dem Sekundärluftsystem 130. Die untere Hüllkurve charakterisiert entsprechend der mit der Gleichung (3) vor¬ genommen Normierung den von der Pumpe 132 geleisteten Basis-Druck Pb . Die obere Hüllkurve stellt den zeitlichen Verlauf des Differenz-Drucks Pdif dar. Die Differenz zwischen der oberen Hüllkurve und der unteren Hüllkurve entspricht dem Abgasge¬ gendruck Pabgas .
Figur 4 zeigt ein Diagramm, in welchem der zeitliche Verlauf des Differenz-Drucks Pdif während eines sich dynamisch verändernden Betriebszustands der Brennkraftmaschine bzw. des Sekundär¬ luftsystems 130 dargestellt ist. In einem nichtstationären Fall muss man einen Einfluss von dem sich dynamisch verändernden Abgasgegendruck Pabgas auf den Basis-Druck Pb berücksichtigen. Der Basis-Druck Pb kann nämlich durch einen erhöhten Abgas- gegendruck Pabgas vergrößert (dynamische beschleunigende Fahrt, Bereich "I" in Figur 4) oder durch einen reduzierten Abgasgegendruck verkleinert (Schubabschaltung, Bereich "II" in Figur 4) werden. Weil eine solche Dynamik bisher nicht für den Modell-Druck Pm berücksichtigt wurde, muss der Basis-Druck Pb noch entsprechend korrigiert werden, um einen geeigneten Modell-Druck Pm zu bestimmen. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt dies anhand von Gleichung (4) :
Pm = Pb + Pdyn (4) Dabei ist Pdyn die entsprechende dynamische Korrektur, welche aus der Dynamik bzw. aus dem sich dynamisch verändernden Druckanteil Pdyn des gemessenen Ist-Drucks Pist extrahiert wird. Der sich dynamisch verändernde Druckanteil Pdyn ist gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die untere Hüllkurve aus dem Diagramm von Figur 4.
Figur 5 zeigt ein Blockschaltbild, welches ein Ausführungs- beispiel eines Verfahrens zum Bestimmen der Pumpleistung der Pumpe 132 illustriert.
Wie aus Figur 5 ersichtlich, wird zunächst mittels eines ersten Algorithmus Sl basierend auf den Eingangsgrößen Batteriespannung VB, Umgebungstemperatur TAM und Umgebungsdruck AMP der Basis-Druck Pb ermittelt. Für diese Ermittlung wird auf eine Kennlinie zurückgegriffen, die typischerweise von dem Hersteller der Pumpe 132 zur Verfügung gestellt wird. Damit ist das System des Basis-Druckes Pb bekannt.
Zu diesem Basis-Druck Pb wird in einer Addiereinheit 562 eine dynamische Störung addiert, welche in Figur 5 mit dem Buchstaben "d" bezeichnet ist und welche unbekannt ist. Diese Störung "d" resultiert allgemein aus unbekannten transienten bzw. sich dynamisch veränderlichen Einflüssen auf den Abgasgegendruck Pabgas .
Der Algorithmus bzw. der Block S2 stellt das System des Differenz-Drucks Pdif da, welcher entsprechend der obigen Gleichung (3) die Differenz zwischen dem gemessenen Ist-Druck Pist und dem Umgebungsdruck Patm darstellt.
Der gemessene Ist-Druck Pist wird ferner einem Extraktor E zugeführt, welcher aus dem stark oszillierenden (siehe Figur 4) Differenz-Druck die untere Hüllkurve Pse extrahiert. Der zeitliche Verlauf der unteren Hüllkurve Pse wird dann zusammen mit dem bekannten Basis-Druck Pb einem Block F zugeführt, welcher den zeitlichen Verlauf des dynamischen Drucks Pdyn ermittelt. Der dynamische Druck Pdyn wird dann mittels einer weiteren Addiereinheit 564 zu dem bekannten Basis-Druck Pb addiert. Daraus ergibt sich dann der gesuchte zeitliche Verlauf des Modell-Drucks Pm.
Anschaulich ausgedrückt kann das Blockschaltbild aus Figur 5 auch wie folgt beschrieben werden:
(1) Das System des Basis-Druckes Sl ist bekannt und kann beispielsweise als ein System erster Ordnung oder anhand einer Kennlinie mit der Umgebungstemperatur TAM Temperatur und einer Druck- bzw. Höhenkorrektur AMP modelliert werden.
(2) Das System des Gesamtdruckes S2 ist nicht bekannt. Es kann lediglich der Ausgang von Sl (der Differenz-Druck Pdif) beobachtet bzw. gemessen werden. Er ergibt sich aus dem gemessenen Ist-Druck Pist.
(3) Mit dem Hüllkurven-Extraktor E wird die untere Hüllkurve des Differenz-Drucks Pdif extrahiert. Dieses Extrahieren kann auf einfache Weise durch das Erfassen und das Auswerten der lokalen Minima des stark oszillierenden Differenz-Drucks Pdif (siehe Figur 4) erfolgen. Für eine zuverlässige Hüllkurven-Extraktion muss das bekannte Nyquist-Shanon Theorem für die Mindestfrequenz der Abtastung des Ist-Drucks Pist erfüllt sein. Die Gesamtheit der identifizierten lokalen Minima stellt die untere Hüllkurve Pse dar. In dem Hüllkurven-Extraktor E werden die entsprechenden minimalen Ist-Druck-Abtastwerte lokalisiert und das Signal für die Hüllkurve gebildet.
(4) Die Aufgabe des Blocks F besteht darin, die Dynamik in dem gemessenen Signal des Ist-Drucks Pist bzw. in dem entsprechend der Gleichung (3) nominierten Differenz-Druck Pdif zu bestimmen.
Der dynamische Druck Pdyn kann in dem Block F entsprechend der folgenden Gleichung (5) berechnet werden:
Pdyn(i) =
Figure imgf000023_0001
- APm(k)j (5) Nach dieser Bestimmung der Dynamik bzw. des dynamischen Drucks Pdyn für verschiedene Abtastungen i wird anhand der folgenden Gleichung (6) der gesuchte Modell-Druck Pm berechnet: Pm(i) Pb(i) + Pdyn(i) (6)
Das Verhältnis zwischen dem auf diese Weise berechneten Mo¬ dell-Druck Pm und dem gemessenen Ist-Druck Pist charakterisiert die gesuchte Pumpleistung einer Pumpe 132. Diese wird zur Diagnose des Sekundärluftsystem 130 verwendet.
Figur 6 zeigt den zeitlichen Verlauf der unteren Hüllkurve Pse eines Signals des Differenz-Drucks, welches gemäß einem Aus¬ führungsbeispiel der Erfindung von dem in Figur 5 gezeigten Hüllkurven-Extraktor ermittelt worden ist.
Die plateauartige Rechteckkurve, welche mit dem Bezugszeichen 670 gekennzeichnet ist, illustriert jeweils das aktive Segment des Betriebszyklus einer Brennkraftmaschine, welches in be- kannter Weise in verschiedene Segmente eingeteilt ist. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Brennkraftmaschine mit vier Zylindern, deren Betriebszyklus in die Segmente 0, 1, 2 und 3 eingeteilt ist. In Figur 6 ist die untere Hüllkurve Pse, welche entsprechend der Segmentierung des Be- triebszyklus der Vierzylinder Brennkraftmaschine eine 4-fach Periodizität aufweist, insbesondere für das dritte Segment dargestellt. Es ist ersichtlich, dass (die untere Hüllkurve Pse) des Differenz-Drucks Pdif zunächst stark ansteigt. Dieser starke Anstieg ergibt sich durch das Öffnen des zumindest einem dem dritten Zylinder zugeordneten Auslassventils . Nach dem Erreichen eines Spitzenwertes, welcher das absolute Maximum des Diffe¬ renz-Drucks Pdif darstellt, fällt dieser steil ab. Dieser Abfall kann durch das Abströmen von Abgas in dem Abgastrakt 120 erklärt werden. Zwischen zwei nachfolgenden lokalen Maxima, die auf unbekannte Störungen zurückzuführen sind, findet sich ein Druck-Minimum. Es wird darauf hingewiesen, dass in dem in Figur 6 dargestellten Diagramm auf der Abszisse anstelle der Zeit auch der Winkel der Kurbelwelle der betreffenden Brennkraftmaschine aufgetragen werden kann. In diesem Fall ergibt sich ein ähnlicher Kur- venverlauf .
Bezugs zeichenliste
100 Brennkraftmaschine
110 Motorblock
112 Brennraum
120 Abgastrakt
122 Lambda-Sonde
124 Katalysator
126 Lambda-Sonde
130 Sekundärluftsystem
132 Sekundärluftpumpe / Pumpe
134 Drucksensor
136 Sekundärluftventil / Ventil
138 Sekundärluft-Auslassdüsen
150 Motorsteuereinheit / Motorsteuergerät
252 Erfassungseinheit
254 erste Ermittlungseinheit
256 zweite Ermittlungseinheit
258 Prozessor
562 Addiereinheit
564 Addiereinheit
51 System des Basis-Drucks Pb (bekannt)
d Störung (unbekannt)
52 System des Differenz-Drucks Pdif (unbekannt) E Extraktor für untere Hüllkurve
F System des dynamischen Drucks Pdyn 670 Segmentierung Betriebszyklus

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen der Pumpleistung einer Pumpe (132) eines Sekundärluftsystems (130) für eine Brennkraftmaschine (100), das Verfahren aufweisend
Messen eines Ist-Drucks (Pist) mittels eines Drucksensors (134) des Sekundärluftsystems (130), welcher stromabwärts von der Pumpe (132) angeordnet ist;
Ermitteln eines Dynamik-Drucks (Pdyn) basierend auf dem gemessenen Ist-Druck (Pist) , wobei der Dynamik-Druck (Pdyn) charakteristisch ist für diejenigen Änderungen des gemessenen Ist-Drucks (Pist) , welche Änderungen von einem dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine (100) verursacht werden;
Ermitteln eines Basis-Drucks (Pb) basierend auf aktuell vorliegenden äußeren Rahmenbedingungen für den Betrieb des Sekundärluftsystems (130);
Berechnen eines Modell-Drucks (Pm) basierend auf dem ermittelten Basis-Druck (Pb) und dem ermittelten Dynamik-Druck (Pdyn) ; und
Bestimmen der Pumpleistung basierend auf einem Verhältnis zwischen dem berechneten Modell-Druck (Pm) und dem gemessenen Ist-Druck (Pist) .
2. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei
zumindest (i) das Messen des Ist-Drucks (Pist) , (ii) das Er¬ mitteln des Dynamik-Drucks (Pdyn) und (iii) das Ermitteln des Basis-Drucks (Pb) während eines aktiven Betriebs des Sekun- därluftsystems (130) erfolgt.
3. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die äußeren Rahmenbedingungen für den Betrieb des Sekundärluftsystems (130) charakterisiert sind durch (i) eine aktuelle elektrische Versorgungsspannung (VB) für die Pumpe (132), (ii) die Umgebungstemperatur (TAM) , und (iii) den Umgebungsdruck (AMP) .
4. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei das Charakterisieren der äußeren Rahmenbedingungen ausschließlich basierend auf den physikalischen Größen Versorgungsspannung (VB) , Umgebungstemperatur (TAM) und Umgebungsdruck (AMP) erfolgt.
5. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zeitliche Verlauf des gemessenen Ist-Drucks (Pist) eine Vielzahl von Oszillationen aufweist, welche von einer unteren Hüllkurve (Pse) und einer oberen Hüllkurve begrenzt sind, und wobei
der Dynamik-Druck (Pdyn) basierend auf der untere Hüllkurve (Pse) ermittelt wird.
6. Verfahren gemäß dem vorangehenden Anspruch, wobei
das Ermitteln des Dynamik-Drucks (Pdyn) ein sequentielles
Erfassen von Druck-Abtastwerten des Ist-Drucks (Pist) aufweist und wobei
die untere Hüllkurve (Pse) ermittelt wird durch ein Identi¬ fizieren von lokalen Minima der Druck-Abtastwerte.
7. Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Berechnen des Modell-Drucks (Pm) ein Bilden einer Summe aus dem ermittelten Basis-Druck (Pb) und dem ermittelten Dynamik-Druck (Pdyn) aufweist.
8. Vorrichtung zum Bestimmen der Pumpleistung einer Pumpe (132) eines Sekundärluftsystems (130) für eine Brennkraftmaschine (100), die Vorrichtung (150) aufweisend
eine Erfassungseinheit (252) zum Empfangen eines Ist-Drucks (Pist) von einem Drucksensor (134) des Sekundärluftsystems
(130), welcher stromabwärts von der Pumpe (132) angeordnet ist; eine erste Ermittlungseinheit (254) zum Ermitteln eines Dynamik-Drucks (Pdyn) basierend auf dem gemessenen Ist-Druck (Pist) , wobei der Dynamik-Druck (Pdyn) charakteristisch ist für diejenigen Änderungen des gemessenen Ist-Drucks (Pist), welche Änderungen von einem dynamischen Betrieb der Brennkraftmaschine (100) verursacht werden; eine zweite Ermittlungseinheit (256) zum Ermitteln eines Basis-Drucks (Pb) basierend auf aktuell vorliegenden äußeren Rahmenbedingungen für den Betrieb des Sekundärluftsystems (130) ; einen Prozessor (258)
(i) zum Berechnen eines Modell-Drucks (Pm) basierend auf dem ermittelten Basis-Druck (Pb) und dem ermittelten Dynamik-Druck (Pdyn) und
(ii) zum Bestimmen der Pumpleistung basierend auf einem Verhältnis zwischen dem berechneten Modell-Druck (Pm) und dem gemessenen Ist-Druck (Pist) .
9. System zum Bestimmen der Pumpleistung einer Pumpe (132) eines Sekundärluftsystems (130) für eine Brennkraftmaschine (100), das System aufweisend
eine Vorrichtung (250) gemäß dem vorangehenden Anspruch und einen Drucksensor (134) zum Messen des Ist-Drucks (Pist) in dem Sekundärluftsystems (130), wobei der Drucksensor (134) mit der Erfassungseinheit (252) gekoppelt ist und eingerichtet ist, den Ist-Druck (Pist) an die Erfassungseinheit (252) der Vor- richtung (150) zu übermitteln.
10. Brennkraftmaschine, ausgebildet insbesondere als ein Ot¬ tomotor, die Brennkraftmaschine (100) aufweisend
einen Motorblock (110) mit zumindest einer Brennkammer (112);
einen Abgastrakt (120) zum Abführen von in der Brennkammer (112) erzeugten Abgasen;
ein Sekundärluftsystem (130) zum Zuführen von Sekundärluft in den Abgastrakt (130); und
ein System (150, 134) gemäß dem vorangehenden Anspruch.
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