WO2019120904A1 - Verfahren und vorrichtung zum bestimmen des verschmutzungsgrades eines luftfilters einer verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum bestimmen des verschmutzungsgrades eines luftfilters einer verbrennungskraftmaschine Download PDF

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Timo Heider
Rainer Hild
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for determining the degree of contamination of an air filter of an internal combustion engine according to the features of the independent claims.
  • Intake air filter in motor vehicles usually referred to simply as air filters, in addition to the function of the intake noise damping have the task to remove impurities from the intake air. As a result, the wear and disturbances during operation of the internal combustion engine are prevented.
  • the air filter Since the air filter is arranged in the intake tract of the internal combustion engine, this also has an influence on the flow resistance of the intake air Strö. The flow resistance in turn has a significant impact on the performance, the exhaust emissions and the fuel consumption of the combus- tion combustion engine. By a dirty or clogged air filter, the flow resistance increases, which the o.g. Disadvantages result.
  • air filters are changed as part of the regular inspection of the motor vehicle. If the vehicle is moved for a long time in an environment in which very dusty ambient air prevails, such as in unpaved roads or construction sites, it may occur that the separation efficiency of the air filters are no longer given before the next, routinely scheduled workshop due is. On the other hand, it is possible that after an inspection interval, the contamination of the air filter has not progressed so far that a change would be necessary.
  • Air filter described wherein a pressure difference from the atmospheric pressure in front of the air filter and the prevailing pressure behind the air filter is a measure of the degree of contamination.
  • the atmospheric pressure is detected by a not arranged in the intake and already existing in the vehicle pressure sensor.
  • DE 10 2008 034 323 B4 discloses a method and a device for determining the pressure before the compressor of a turbocharger for determining the degree of soiling of an air filter, which is arranged in front of the compressor of the turbocharger, the method comprising the steps:
  • the invention has for its object to provide a method and an apparatus, with demlit. with which it is possible in a simple manner, a combustion engine arranged in the intake of an internal combustion air filter with respect to its cleaning effect during the stoppage of the combustion engine to check.
  • the degree of contamination of a arranged in the intake of an internal combustion engine air filter without causing the internal combustion engine must be in operation.
  • the review can therefore in particular before a start of the combustion engine or after stopping the internal combustion engine during the so-called Steuerierinachlaufs he follow.
  • the method is particularly simple if it is checked whether, within a predetermined period of time, the pressure generated by the activation of the electric compressor exceeds a predetermined reference value or not.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an internal combustion engine with a charging device and associated control device and
  • FIG. 2 is a flowchart of a method for determining the degree of soiling of an air filter of the internal combustion engine
  • An internal combustion engine VKM comprises an intake tract 1, an engine block 2, a cylinder head 3 and an exhaust tract 4.
  • the intake tract 1 includes i.a. an air filter 11, a Dros selklappe 12 and a suction pipe 13 which is guided toward a cylinder 28 via an inlet channel in the engine block 2.
  • an air mass meter 14 serving as a load sensor, an intake air temperature sensor 15, and a pressure sensor 17 are provided upstream of the throttle valve 12.
  • the mass air flow sensor 14 can be installed as a load sensor downstream of the throttle valve 12 a built-in intake manifold 13 intake manifold pressure sensor 16. If both of these sensors are present, the corresponding signals can be made plausible. It is also possible that the Ansaug Kunststofftempera tursensor 15 and the pressure sensor 17 are combined to form a structural unit (sensor module).
  • the throttle valve 12 is a so-called electronic throttle valve, the degree of opening of which is adjustable in addition to the signals which correspond to a driver's request, independently of this via electrical signals of a control device 6 controlling and regulating the internal combustion engine VKM.
  • the engine block 2 comprises a crankshaft 21, which is coupled via a connecting rod 25 with a piston 24 of the cylinder 28.
  • the cylinder 28 and the piston 24 delimit a variable combustion chamber 27 which is dependent on the piston position.
  • VKM can have any desired number of cylinders.
  • the cylinder head 3 comprises a valvetrain with a Ga entslassventil 30, a gas outlet valve 31 and corresponding, unspecified valve actuators.
  • the cylinder head 3 further comprises a spark plug 35 and a fuel injection Valve 34.
  • the fuel injection valve 34 may also be arranged in the suction pipe 13, as shown in the figure 1 with dashed lines.
  • the exhaust gas tract 4 comprises an exhaust gas catalytic converter 40, which is preferably designed as a three-way catalytic converter and optionally a particulate filter 41. Upstream of the exhaust gas catalytic converter 40, an exhaust gas sensor in the form of a lambda probe 42 is arranged.
  • the lambda probe 42 may be designed as a so-called jump probe (binary probe), or be designed as a broadband probe (linear probe), with which determines the oxygen concentration in the exhaust gas in a wide range and thus the air-fuel ratio in the combustion chamber 27th can be closed.
  • an exhaust gas turbocharger is provided, the turbine 43 is arranged in the exhaust tract 4 and is mechanically connected via a shaft, not shown, in operative connection with a compressor disposed in the intake 1 18.
  • the exhaust gases of the internal combustion engine VKM drive the turbine 43 and these in turn drive the compressor 18.
  • the compressor 18 supplies the combustion engine VKM with a pre-compressed fresh charge.
  • a usually the compressor 18 downstream intercooler is not shown here.
  • the exhaust gas turbocharger does not overload the internal combustion engine VKM, in this load range, a partial flow through a bypass line 44 (wastegate), in which a bypass valve 45 is turned on, to the turbine 43 passed upstream of the gas from the catalyst 40.
  • the bypass valve 45 is designed as an electromagnetic valve in this example.
  • an electrically driven compressor 19 Downstream of the compressor 18 of the exhaust gas turbocharger is in the intake manifold 1, an electrically driven compressor 19, for example, an electrically driven compressor on. This serves inter alia to bridge the so-called Exhaust gas turbocharger, which writes the bad response of the exhaust gas turbocharger at certain operating point changes be.
  • the electrically driven compressor 19 is in each case then switched on when a charge by a requirement, usually by the driver of the combustion engine Ver 1 driven vehicle by the inertia and the physical conditions on the conven tional exhaust gas turbocharger not sufficient according to the desired comfort can be realized quickly.
  • the electrically driven compressor 19 may alternatively be arranged upstream of the compressor 18 of the exhaust gas turbocharger.
  • the compressor 18 of the exhaust gas turbocharger has a bypass line 181, which can be closed by means of an electrically controllable Schubum- air valve 182.
  • the electric driven compressor 19 has a bypass line 191, which can be closed by means of an electrically controllable diverter valve 192.
  • the electrically driven compressor 19 can also be used for a secondary air injection in the first minutes after a
  • a secondary air line 193 is provided, which branches off from the intake tract 1 downstream of the electrically driven compressor 19 and upstream of the throttle flap 12 and opens at a location downstream of the turbine 43 into the exhaust gas tract 4 upstream of the exhaust gas catalyst 40.
  • an electrically controllable secondary air valve 194 is provided, which is closed after cold start and after reaching a specified minimum temperature for the Verbrennungskraftma machine VKM.
  • an exhaust gas recirculation line 195 is provided for returning a portion of the exhaust gases, which connects the exhaust tract 4 with the intake manifold 1 such that the exhaust branched off downstream of the exhaust aftertreatment system 40, 41 and at one point upstream of the compressor 18 is returned to the intake tract 1 again.
  • Such an arrangement is referred to as low pressure exhaust gas recirculation.
  • electrically controllable exhaust gas recirculation valve 196 With the help of a built-in gas return line 195 from 195, electrically controllable exhaust gas recirculation valve 196, a return of the exhaust gas can be released or prevented.
  • An electronic control device 6 is provided, which is associated with sensors which detect different measured variables and determine the measured values of the measured variables. Operating variables include not only the measured variables but also derived from these variables.
  • the control device 6 controls depending on at least one of the operating variables, the actuators, which are assigned to the combus- tion combustion engine VKM, and each of which corresponding actuators are assigned, by generating control signals for the actuators.
  • the control device 6 may also be referred to as a device for operating the internal combustion engine, or simplified as a motor control device.
  • the sensors, the signals of the control device 6 are led to u.a. the mass air flow sensor 14, which detects an air mass flow upstream of the throttle valve 12, the temperature sensor 15, which detects an intake air temperature, the pressure sensor 16, which detects an intake manifold pressure, the pressure sensor 17, an unillustrated throttle position sensor, which detects an opening angle of the throttle 12, a Temperature sensor 26, which detects a coolant temperature of the internal combustion engine VKM, a crankshaft angle sensor 22 which detects a position of the crankshaft 21 and the exhaust gas probe 42, which detects a residual oxygen content of the exhaust gas and whose signal is characteristic of the
  • Air-fuel ratio in the cylinder 28 in the United combustion of the air-fuel mixture is Air-fuel ratio in the cylinder 28 in the United combustion of the air-fuel mixture.
  • the actuators are, for example, the throttle valve 12, the injection valve 34, the spark plug 35, the diverter valves 182, 192, the secondary air valve 194, the bypass valve 45, the exhaust gas recirculation valve 196, and the electric compressor 19.
  • the control device 6 preferably comprises a computing unit (processor) 61, which is coupled to a program memory 62 and a value memory (data memory) 63.
  • the computing unit 61, the program memory 62 and the value memory 63 may each comprise one or more microelectronic components. Alternatively, these components may be partially or fully integrated in a single microelectronic device.
  • the program memory 61 and the value memory programs or values are stored, which are necessary for the operation of the internal combustion engine VKM.
  • a special function FKT_DIAG_LF is implemented for the diagnosis of the air filter, which is executed during the standstill of the United combustion engine VKM, as will be explained in more detail with reference to the description of Figure 2.
  • a reference pressure value REF_P for the pressure generated by the electric compressor 19 in the case of not dirty or clogged air filter 11 can be generated pressure build-up, the meaning of which will also be explained with reference to the description of Figure 2.
  • a time counter 66 (timer) and an error memory 64 for storing and evaluating various diagnostic results, in particular results of the function FKT_DIAG_LF for diagnosing the air filter 11, are provided in the control device 6.
  • Negative diagnostic results can be transmitted to the driver of the vehicle driven by the internal combustion engine VKM in addition to the storage in the fault memory 64 acoustically and / or optically by means of a preferably arranged in the instrument cluster Huaweian Attachevor device 65.
  • the method for the diagnosis of the air filter 11 is explained with reference to FIG 2 in the form of a flow chart.
  • a step S0 the function FKT_DIAG_LF for determining the degree of soiling of an air filter of the internal combustion engine VKM is started in which, if necessary, variables are initialized and counter readings are reset.
  • a step S1 is queried whether the internal combustion engine VKM is turned off.
  • This state can be detected by means of one of the known methods, for example by evaluating signals of an ignition starter lock or state of a start-stop button or by evaluating signals within the control device 6 controlling and / or regulating the internal combustion engine VKM.
  • step S1 is repeated, if appropriate in each case after a short waiting time T_WAIT, until the query delivers a positive result, that is, the internal combustion engine VKM is not in operation.
  • step S2 by means of control signals of the control device 6, the throttle valve 12 completely closed GE. Does the internal combustion engine VKM a Se kundär Kunststoff für 193, so this is fully closed by controlling the present in this line secondary air valve 194. If, in addition, an exhaust gas recirculation line 196 is present, then it too is completely closed by activating the exhaust gas recirculation valve 196 present in this line. At the same time, the two Schubum air valves 182, 192 ge opens in the bypasses of the two compressors 18, 19 by means of control signals of the control device 6.
  • valves 182, 192, 193, 196 and the throttle valve 12 are in the described switching states, then in a subsequent step S3 the electrically actuated powered compressor 19 is turned on. As a result, a pressure p is built up in the hermetically sealed intake tract 1.
  • the time counter 66 is started.
  • the adjusting pressure p in the intake tract 1 is detected continuously by means of the pressure sensor 17 and passes on to the control device 6 knowge.
  • the pressure sensor 17 is arranged in the intake tract 1 between the throttle flap 12 and the electrically driven compressor 19, but it is also possible for this pressure sensor 17 to be located at a different location in the exhaust gas line 4 between the throttle flap 12 and the air filter 11 is installed.
  • a query is made as to whether the predetermined time interval has expired. If this is the case, the electric compressor 19 is switched off in a subsequent step S6 and the present value of the pressure p is compared with a reference pressure value REF_P in a step S7.
  • This reference pressure value REF_P is determined experimentally for a pre-specified air filter 11 with a known degree of separation and is stored in the value memory 63 of the control device 6.
  • a clogged air filter 11 is detected in a step S8.
  • the pressure higher than the reference pressure value REF_P may be caused by clogging due to long-sucked very dusty air, or the air filter may be added due to ice formation due to extreme low outside air temperature.
  • step S10 Since a clogged or iced air filter 11 has no or at least a very limited cleaning effect and also the performance of the internal combustion engine VKM drops, or the fuel consumption increases, takes place in a step S10 entry in the error memory 64.
  • an error indicator 65 for the Driver of the vehicle be activated, which should cause him to already exchange or exchange the air filter 11 before the date of the next workshop inspection. If the query in step S7 indicates that the pressure value p is below the reference pressure value REF_P, then it is determined in a step S9 that the air filter 11 is in order with respect to its flowability. In a step Sil, the process is ended.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des Verschmutzungsgrades eines in einem Ansaugtrakt (1) einer Verbrennungskraftmaschine (VKM) stromaufwärts eines elektrisch angetriebenen Verdichters (19) angeordneten Luft- filters (11) mit folgenden Schritten: a) Ermitteln, ob sich die Verbrennungskraftmaschine (VKM) in einem ausgeschalteten Zustand befindet, b) Schließen einer im Ansaugtrakt (1) stromabwärts des elektrisch angetriebenen Verdichters (19) angeordneten Drosselklappe (11) und Schließen aller weiteren, von dem Ansaugtrakt (1) zu einem Abgastrakt (4) der Verbrennungskraftmaschine (VKM) führenden, die Verbrennungskraftmaschine umgehenden Bypassleitungen (193, 195), falls sich die Verbrennungskraftmaschine (VKM) in einem ausgeschalteten Zustand befindet, c) Einschalten des elektrisch angetriebenen Verdichters (19) zum Zwecke eines Druckaufbaues in dem Ansaugtrakt (1), d) Erfassen des zeitlichen Druckaufbauverhaltens mittels eines im Ansaugtrakt (1) zwischen der Drosselklappe (12) und dem Luftfilter (11) angeordneten Drucksensors (17), e) Vergleichen des zeitlichen Druckauf-bauverhaltens mit einem vorgegebenen zeitlichen Druckaufbauverhalten und f) Bestimmung des Verschmutzungsgrades des Luftfilters (11) auf der Basis des Ergebnisses des Vergleiches im Schritt e).

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Bestimmen des Verschmutzungsgrades eines Luftfilters einer Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen des Verschmutzungsgrades eines Luftfilters einer Verbrennungskraftmaschine gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche .
Ansaugluftfilter in Kraftfahrzeugen, meist vereinfacht als Luftfilter bezeichnet, haben neben der Funktion der Ansaug geräuschdämpfung die Aufgabe, Verunreinigungen aus der An saugluft zu entfernen. Dadurch werden der Verschleiß und Störungen im Betrieb der Verbrennungskraftmaschine verhindert.
Da das Luftfilter im Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist, hat dieses auch einen Einfluss auf den Strö mungswiderstand der angesaugten Luft. Der Strömungswiderstand wiederum hat einen bedeutsamen Einfluss auf die Leistung, die Abgasemissionen und den Kraftstoffverbrauch der Verbren nungskraftmaschine. Durch ein verschmutztes oder verstopftes Luftfilter erhöht sich der Strömungswiderstand, was die o.g. Nachteile zur Folge hat. In der Regel werden Luftfilter im Rahmen der turnusmäßigen Inspektion des Kraftfahrzeuges gewechselt. Wird das Kraftfahrzeug längere Zeit in einer Umgebung bewegt, in der sehr staubhaltige Umgebungsluft vorherrscht, wie bei spielsweise bei unbefestigten Straßen oder Baustellen, so kann es Vorkommen, dass die Abscheidegradanforderungen des Luft filters nicht mehr gegeben sind, bevor der nächste, routinemäßig festgelegte Werkstatttermin fällig ist. Anderseits ist es möglich, dass nach Ablauf eines Inspektionsintervalles die Verschmutzung des Luftfilters noch nicht soweit fortgeschritten ist, dass ein Wechsel nötig wäre.
In der DE 10 2008 005 369 B4 ist ein Verfahren zum Überwachen einer Luftstromdrosselung in einem Lufteinlass einer Brennkraftma schine beschrieben. Dabei wird eine vorbestimmte Anzahl von Schätzwerten des Druckes stromaufwärts einer Drosselklappe aufgezeichnet , eine vorbestimmte Anzahl von Messwerten des Luftmassenstroms, welche jeweils den Schätzwerten des Drucks stromaufwärts der Drosselklappe entsprechen, aufgezeichnet und auf der Grundlage der Schätzwerte des Drucks stromaufwärts der Drosselklappe und der Messwerte des Luftmassenstroms die Steigung einer linearen Regressionsgeraden bestimmt. Auf der Grundlage des Steigungswerts wird bestimmt, ob ein Luftfilter eine übermäßige Drosselung der Luftströmung verursacht.
Aus der DE 197 10 981 C2 ist ein Verfahren zum Bestimmen eines Verschmutzungsgrades eines dem Ansaugtrakt einer Brennkraft maschine, insbesondere eines Fahrzeuges vorgeschalteten
Luftfilters beschrieben, wobei eine Druckdifferenz aus dem Atmosphärendruck vor dem Luftfilter und dem herrschenden Druck hinter dem Luftfilter ein Maß für den Verschmutzungsgrad ist. Der Atmosphärendruck wird dabei von einem nicht im Ansaugtrakt angeordneten und schon im Fahrzeug vorhandenen Drucksensor erfasst .
Die DE 10 2008 034 323 B4 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung des Drucks vor dem Verdichter eines Turboladers zur Ermittlung des Verschmutzungsgrades eines Luftfilters, der vor dem Verdichter des Turboladers angeordnet ist, wobei das Verfahren die Schritte aufweist:
(a) Bestimmen des Drucks nach dem Verdichter, wobei der Druck nach dem Verdichter in Abhängigkeit von dem Druck vor der Dros selklappe und dem Druckabfall über den Ladeluftkühler bestimmt wird, (b) Bestimmen eines Druckverhältnisses aus dem Druck nach dem Verdichter geteilt durch den Druck vor dem Verdichter anhand der Drehzahl des Turboladers und einem Luftmassenstrom,
(c) Berechnen des Drucks vor dem Verdichter aus dem Druck verhältnis und dem Druck nach dem Verdichter, (d) Bestimmen eines Druckabfalls an einem Luftfilter, wobei der Druckabfall an dem Luftfilter aus der Differenz zwischen dem Umgebungsdruck und dem Druck vor dem Verdichter bestimmt wird, (e) Bestimmung des Verschmutzungsgrades des Luftfilters aus dem Druckabfall.
Diese bekannten Verfahren setzen voraus, dass für die Überprüfung des Luftfilters die Verbrennungskraftmaschine in Betrieb sein muss .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit dembzw. mit der es auf einfache Weise ermöglicht wird, einen im Ansaugtrakt einer Verbrennungs kraftmaschine angeordneten Luftfilter hinsichtlich seiner Reinigungswirkung während des Stillstandes der Verbrennungs kraftmaschine zu überprüfen.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbil dungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Bestimmen des Verschmutzungs grades eines in einem Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftma schine stromaufwärts eines elektrisch angetriebenen Verdichters angeordneten Luftfilters mit folgenden Schritten:
a) Ermitteln, ob sich die Verbrennungskraftmaschine in einem ausgeschalteten Zustand befindet, b) Schließen einer im An saugtrakt stromabwärts des elektrisch angetriebenen Verdichters angeordneten Drosselklappe und Schließen aller weiteren, von dem Ansaugtrakt zu einem Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine führenden, die Verbrennungskraftmaschine umgehenden Bypass leitungen, falls sich die Verbrennungskraftmaschine in einem ausgeschalteten Zustand befindet, c) Einschalten des elektrisch angetriebenen Verdichters zum Zwecke eines Druckaufbaues in dem Ansaugtrakt, d) Erfassen des zeitlichen Druckaufbauverhaltens mittels eines im Ansaugtrakt zwischen der Drosselklappe und dem Luftfilter angeordneten Drucksensors, e) Vergleichen des zeitlichen Druckaufbauverhaltens mit einem vorgegebenen zeitlichen Druckaufbauverhalten und f) Bestimmung des Ver schmutzungsgrades des Luftfilters auf der Basis des Ergebnisses des Vergleiches im Schritt e) . Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrichtung kann auf einfache und kostengünstige Weise der Verschmut zungsgrad eines im Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine angeordneten Luftfilters bestimmt werden, ohne dass dabei die Verbrennungskraftmaschine in Betrieb sein muss. Die Überprüfung kann also insbesondere vor einem Start der Verbrennungs kraftmaschine oder nach dem Abstellen der Verbrennungskraft maschine während des sogenannten Steuergerätenachlaufs er folgen .
Durch die Heranziehung des ohnehin zur Ladungserhöhung vor handenen elektrischen Verdichters, beispielsweise in Form eines elektrischen Kompressors, werden keine zusätzlichen Komponenten zur Überprüfung des Luftfilters benötigt, was einen Beitrag zu einer kostengünstigen Lösung liefert.
Auch um den Ansaugtrakt stromabwärts des Luftfilters und des elektrischen Verdichters hermetisch abzudichten, um ein re produzierbares Druckaufbauverhalten zu regenerieren, das zur Überprüfung des Luftfilters verwendet wird, werden keine zu sätzlichen Komponenten benötigt. Allein durch Schließen der Drosselklappe und aller Bypassleitungen, welche den Ansaugtrakt mit dem Abgastrakt verbinden, mittels ohnehin in diesen Leitungen vorhanden Ventilen kann dies erreicht werden.
Besonders einfach gestaltet sich das Verfahren, wenn überprüft wird, ob innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne der durch die Aktivierung des elektrischen Verdichters erzeugte Druck einen vorgegebenen Referenzwert übersteigt oder nicht.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und Zeichnung eines Ausfüh rungsbeispiels. Es zeigen:
Figur 1 in schematischer Darstellung eine Verbrennungskraft maschine mit einer Aufladeeinrichtung und zugehöriger Steuerungseinrichtung und Figur 2 ein Ablaufschema eines Verfahrens zum Bestimmen des Verschmutzungsgrades eines Luftfilters der Verbren nungskraftmaschine
Eine Verbrennungskraftmaschine VKM umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4.
Der Ansaugtrakt 1 umfasst u.a. ein Luftfilter 11, eine Dros selklappe 12 und ein Saugrohr 13, das hin zu einem Zylinder 28 über einen Einlasskanal in den Motorblock 2 geführt ist.
Stromaufwärts der Drosselklappe 12 sind ein als Lastsensor dienender Luftmassenmesser 14, ein Ansauglufttemperatursensor 15 und ein Drucksensor 17 vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich zu dem Luftmassenmesser 14 kann als Lastsensor auch stromabwärts der Drosselklappe 12 ein im Saugrohr 13 verbauter Saugrohr drucksensor 16 verbaut sein. Sind beide der genannten Sensoren vorhanden, so können die entsprechenden Signale plausibilisiert werden. Ebenso ist es möglich, dass der Ansauglufttempera tursensor 15 und der Drucksensor 17 zu einer baulichen Einheit (Sensormodul) zusammengefasst sind. Bei der Drosselklappe 12 handelt es sich um eine sogenannte elektronische Drosselklappe, deren Öffnungsgrad neben den Signalen, welche einen Fahrerwunsch entsprechen, auch unabhängig davon über elektrische Signale einer die Verbrennungskraftmaschine VKM steuernden und regelnden Steuerungseinrichtung 6 einstellbar ist.
Der Motorblock 2 umfasst eine Kurbelwelle 21, welche über eine Pleuelstange 25 mit einem Kolben 24 des Zylinders 28 gekoppelt ist. Der Zylinder 28 und der Kolben 24 begrenzen einen, von der Kolbenstellung abhängigen variablen Brennraum 27. In der Figur 1 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nur ein einziger Zylinder 28 gezeigt, die Verbrennungskraftmaschine VKM kann aber eine beliebige Anzahl von Zylindern aufweisen.
Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Ga seinlassventil 30, einem Gasauslassventil 31 und entsprechende, nicht näher bezeichnete Ventilantriebe. Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner eine Zündkerze 35 und ein Kraftstoffeinspritz- ventil 34. Alternativ kann das Kraftstoffeinspritzventil 34 auch in dem Saugrohr 13 angeordnet sein, wie es in der Figur 1 mit strichlinierter Darstellung gezeigt ist.
Der Abgastrakt 4 umfasst einen Abgaskatalysator 40, der bevorzugt als Dreiwegekatalysator ausgebildet ist und optional einen Partikelfilter 41. Stromaufwärts des Abgaskatalysators 40 ist ein Abgassensor in Form einer Lambdasonde 42 angeordnet. Die Lambdasonde 42 kann dabei als eine sogenannte Sprungsonde (binäre Sonde) ausgebildet sein, oder als eine Breitbandsonde (lineare Sonde) ausgebildet sein, mit der die Sauerstoffkonzentration im Abgas in einem großen Bereich bestimmt und damit auf das Luft-Kraftstoff- Verhältnis im Brennraum 27 geschlossen werden kann .
Zur Erhöhung der Zylinderfüllung und damit zur Leistungs steigerung der Verbrennungskraftmaschine VKM ist ein Abgas turbolader vorgesehen, dessen Turbine 43 im Abgastrakt 4 an geordnet ist und über eine nicht dargestellte Welle mechanisch in Wirkverbindung mit einem im Ansaugtrakt 1 angeordneten Verdichter 18 steht. Somit treiben die Abgase der Verbren nungskraftmaschine VKM die Turbine 43 an und diese wiederum den Verdichter 18. Der Verdichter 18 liefert der Verbrennungs kraftmaschine VKM eine vorverdichtete Frischladung. Ein in der Regel dem Verdichter 18 nachgeschalteter Ladeluftkühler ist hier nicht dargestellt. Um bei größeren Abgasmassenströmen, die bei hohen Drehzahlen der Verbrennungskraftmaschine VKM auftreten können, der Abgasturbolader die Verbrennungskraftmaschine VKM nicht überlädt, wird in diesem Lastbereich ein Teilstrom über eine Bypassleitung 44 (waste-gate) , in das ein Bypassventil 45 eingeschaltet ist, an der Turbine 43 vorbei stromauf des Ab gaskatalysators 40 abgeführt. Das Bypassventil 45 ist in diesem Beispiel als ein elektromagnetisches Ventil ausgeführt.
Stromabwärts des Verdichters 18 des Abgasturboladers ist in dem Ansaugtrakt 1 ein elektrisch angetriebener Verdichter 19, beispielsweise ein elektrisch angetriebener Kompressor ein geschaltet. Dieser dient u.a. zur Überbrückung des sogenannten Abgasturboloches , welches das schlechte Ansprechverhalten des Abgasturboladers bei bestimmten Betriebspunktwechseln be schreibt. Der elektrisch angetriebene Verdichter 19 wird dabei jeweils dann zugeschaltet, wenn eine Aufladung durch eine Anforderung, in der Regel durch den Fahrer des mit der Ver brennungskraftmaschine 1 angetriebenen Fahrzeuges durch die Trägheit und die physikalischen Verhältnisse an dem konven tionellen Abgasturbolader nicht gemäß dem gewünschten Komfort ausreichend schnell realisiert werden kann.
Der elektrisch angetriebene Verdichter 19 kann alternativ auch stromaufwärts des Verdichters 18 des Abgasturboladers angeordnet sein .
Der Verdichter 18 des Abgasturboladers weist eine Bypassleitung 181 auf, die mittels eines elektrisch ansteuerbaren Schubum- luftventiles 182 verschlossen werden kann. Der elektrische angetriebene Verdichter 19 weist eine Bypassleitung 191 auf, die mittels eines elektrisch ansteuerbaren Schubumluftventiles 192 verschlossen werden kann.
Der elektrisch angetriebene Verdichter 19 kann auch für eine Sekundärlufteinblasung in den ersten Minuten nach einem
Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine VKM genutzt werden. Hierzu ist eine Sekundärluftleitung 193 vorgesehen, die stromabwärts des elektrisch angetriebenen Verdichters 19 und stromaufwärts der Drosselklappe 12 vom Ansaugtrakt 1 abzweigt und an eine Stelle stromabwärts der Turbine 43 in den Abgastrakt 4 vor dem Abgaskatalysator 40 mündet. In der Sekundärluftleitung 193 ist ein elektrisch ansteuerbares Sekundärluftventil 194 vorgesehen, das nach erfolgten Kaltstart und nach Erreichen einer festgelegten Mindesttemperatur für die Verbrennungskraftma schine VKM geschlossen wird.
Ferner ist zum Rückführen eines Teils der Abgase eine Abgas rückführleitung 195 vorgesehen, welche den Abgastrakt 4 mit dem Ansaugtrakt 1 derart verbindet, dass Abgas stromabwärts der Abgasnachbehandlungsanlage 40, 41 abgezweigt und an einer Stelle stromaufwärts des Verdichters 18 wieder in den Ansaugtrakt 1 zurückgeführt wird. Eine solche Anordnung wird als Nieder druckabgasrückführung bezeichnet. Mit Hilfe eines in der Ab gasrückführleitung 195 eingebauten, elektrisch ansteuerbaren Abgasrückführventils 196 kann eine Rückführung des Abgases freigegeben oder unterbunden werden.
Eine elektronische Steuerungseinrichtung 6 ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Messgrößen erfassen und die Messwerte der Messgrößen ermitteln. Betriebsgrößen umfassen neben den Messgrößen auch von diesen abgeleitete Größen. Die Steuerungseinrichtung 6 steuert abhängig von mindestens einer der Betriebsgrößen die Stellglieder, die der Verbren nungskraftmaschine VKM zugeordnet sind, und denen jeweils entsprechende Stellantriebe zugeordnet sind, durch das Erzeugen von Stellsignalen für die Stellantriebe an. Die Steuerungs einrichtung 6 kann auch als Vorrichtung zum Betreiben der Verbrennungskraftmaschine, oder vereinfacht als Motorsteuer gerät bezeichnet wird.
Die Sensoren, deren Signale der Steuerungseinrichtung 6 zu geführt werden sind u.a. der Luftmassenmesser 14, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts der Drosselklappe 12 erfasst, der Temperatursensor 15, welcher eine Ansauglufttemperatur erfasst, der Drucksensor 16, welcher einen Saugrohrdruck erfasst, der Drucksensor 17, ein nicht dargestellter Drosselklappenstel lungsensor, der einen Öffnungswinkel der Drosselklappe 12 erfasst, ein Temperatursensor 26, der eine Kühlmitteltemperatur der Verbrennungskraftmaschine VKM erfasst, ein Kurbelwellen winkelsensor 22, der eine Stellung der Kurbelwelle 21 erfasst und die Abgassonde 42, welche einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Signal charakteristisch ist für das
Luft-Kraftstoff-Verhältnis in dem Zylinder 28 bei der Ver brennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches .
Je nach Ausgestaltung der Verbrennungskraftmaschine VKM und deren Peripherie kann eine Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein .
Die Stellglieder sind beispielsweise die Drosselklappe 12, das Einspritzventil 34, die Zündkerze 35, die Schubumluftventile 182, 192, das Sekundärluftventil 194, das Bypassventil 45, das Abgasrückführventil 196 und der elektrische Verdichter 19.
Die Steuerungseinrichtung 6 umfasst bevorzugt eine Recheneinheit (Prozessor) 61, die mit einem Programmspeicher 62 und einem Wertespeicher (Datenspeicher) 63 gekoppelt ist. Die Rechen einheit 61, der Programmspeicher 62 und der Wertespeicher 63 können jeweils ein oder mehrere mikroelektronische Bauelemente umfassen. Alternativ können diese Komponenten teilweise oder vollständig in einem einzigen mikroelektronischen Bauteil integriert sein. In dem Programmspeicher 61 bzw. dem Werte speicher sind Programme bzw. Werte abgespeichert, die für den Betrieb der Verbrennungskraftmaschine VKM nötig sind. Insbe sondere ist eine Funktion FKT_DIAG_LF zur Diagnose des Luft filters implementiert, die während des Stillstandes der Ver brennungskraftmaschine VKM abgearbeitet wird, wie es anhand der Beschreibung der Figur 2 noch näher erläutert wird.
In dem Wertespeicher 63 ist u.a. ein Referenzdruckwert REF_P für den vom elektrischen Verdichter 19 im Fall eines nicht ver schmutzen oder verstopften Luftfilter 11 erzeugbaren Lade druckaufbau hinterlegt, dessen Bedeutung ebenfalls noch anhand der Beschreibung der Figur 2 näher erläutert wird.
Ferner ist in der Steuerungsvorrichtung 6 ein Zeitzähler 66 (Timer) und ein Fehlerspeicher 64 zum Speichern und Auswerten von verschiedenen Diagnoseergebnissen, insbesondere von Ergebnissen der Funktion FKT_DIAG_LF zur Diagnose des Luftfilters 11 vorgesehen. Negative Diagnoseergebnisse können dem Fahrzeug führer des mit der Verbrennungskraftmaschine VKM angetriebenen Fahrzeugs zusätzlich zu der Speicherung in dem Fehlerspeicher 64 auch akustisch und/oder optisch mit Hilfe einer bevorzugt im Kombiinstrument des Fahrzeugs angeordneten Fehleranzeigevor richtung 65 übermittelt werden. Im nachfolgenden wird anhand der Figur 2 in Form eines Ab laufdiagrammes das Verfahren zur Diagnose des Luftfilters 11 erläutert .
In einem Schritt SO wird die Funktion FKT_DIAG_LF zum Bestimmen des Verschmutzungsgrades eines Luftfilters der Verbrennungs kraftmaschine VKM gestartet, in dem gegebenenfalls Variablen initialisiert und Zählerstände zurückgesetzt werden.
In einem Schritt S1 wird abgefragt, ob die Verbrennungs kraftmaschine VKM ausgeschaltet ist. Dieser Zustand kann mittels eines der bekannten Verfahren detektiert werden, beispielsweise durch Auswerten von Signalen eines Zünd-Anlassschlosses oder Zustandes einer Start-Stopp-Taste oder mittels Auswerten von Signalen innerhalb der die Verbrennungskraftmaschine VKM steuernden und/oder regelnden Steuerungseinrichtung 6 erfolgen.
Die Abfrage in Schritt S1 wird, gegebenenfalls jeweils nach einer kurzen Wartezeit T_WAIT so oft wiederholt, bis die Abfrage ein positives Ergebnis liefert, also die Verbrennungskraftmaschine VKM nicht in Betrieb ist.
Anschließend wird in dem Schritt S2 mittels Ansteuersignalen der Steuerungseinrichtung 6 die Drosselklappe 12 vollständig ge schlossen. Weist die Verbrennungskraftmaschine VKM eine Se kundärluftleitung 193 auf, so wird auch diese durch Ansteuern des in dieser Leitung vorhandenen Sekundärluftventils 194 voll ständig geschlossen. Ist Darüber hinaus noch eine Abgasrück führleitung 196 vorhanden, so wird auch diese durch Ansteuern des in dieser Leitung vorhandenen Abgasrückführventils 196 voll ständig geschlossen. Gleichzeitig werden die beiden Schubum luftventile 182, 192 in den Bypässen der beiden Verdichter 18, 19 mittels Ansteuersignalen der Steuerungseinrichtung 6 ge öffnet .
Befinden sich die oben genannten Ventile 182, 192, 193, 196 und die Drosselklappe 12 in den beschriebenen Schaltzuständen, so wird in einem nachfolgendem Schritt S3 der elektrisch ange- triebene Verdichter 19 eingeschaltet. Dadurch wird ein Druck p im hermetisch abgeschlossenen Ansaugtrakt 1 aufgebaut.
Gleichzeitig mit dem Aktivieren des elektrisch angetriebenen Verdichters 19 wird der Zeitzähler 66 gestartet.
Während eines vorgegebenen Zeitintervalls wird der sich ein stellende Druck p im Ansaugtrakt 1 mittels des Drucksensors 17 laufend erfasst und an die Steuerungseinrichtung 6 weiterge leitet. In der Darstellung gemäß der Figur 1 ist der Drucksensor 17 im Ansaugtrakt 1 zwischen der Drosselklappe 12 und dem elektrisch angetriebenen Verdichter 19 angeordnet, es ist aber auch möglich, dass dieser Drucksensor 17 an einer anderen Stelle im Abgastrat 4 zwischen der Drosselklappe 12 und dem Luftfilter 11 verbaut ist.
In einem Schritt S5 wird abgefragt, ob das vorgegebene Zeit intervall abgelaufen ist. Ist dies der Fall, so wird in einem nachfolgenden Schritt S6 der elektrische Verdichter 19 aus geschaltet und der nun vorliegende Wert des Druckes p in einem Schritt S7 mit einem Referenzdruckwert REF_P verglichen. Dieser Referenzdruckwert REF_P wird experimentell für einen vorge gebenen Luftfilter 11 mit bekannten Abscheidegrad ermittelt und ist in dem Wertespeicher 63 der Steuerungseinrichtung 6 abgelegt.
Übersteigt der Druckwert p den Referenzdruckwert REF_P, so wird in einem Schritt S8 auf einen verstopften Luftfilter 11 erkannt. Der gegenüber dem Referenzdruckwert REF_P höhere Druck kann durch eine Verstopfung aufgrund über längerer Zeit angesaugter, sehr staubhaltige Luft verursacht sein oder das Luftfilter ist durch Eisbildung aufgrund extremer niedriger Außenlufttemperatur zugesetzt sein.
Da ein verstopfter oder vereister Luftfilter 11 keine oder zumindest eine sehr eingeschränkte Reinigungswirkung hat und auch die Leistung der Verbrennungskraftmaschine VKM sinkt, bzw. der Kraftstoffverbrauch steigt, erfolgt in einem Schritt S10 ein Eintrag in den Fehlerspeicher 64. Optional hierzu zusätzlich eine Fehleranzeigevorrichtung 65 für den Fahrer des Fahrzeuges aktiviert werden, die ihn veranlassen soll, bereits vor dem Termin der nächsten Werkstattinspektion den Luftfilter 11 zu tauschen bzw. tauschen zu lassen. Ergibt die Abfrage in Schritt S7, dass der Druckwert p unterhalb des Referenzdruckwertes REF_P liegt, so wird in einem Schritt S9 festgestellt, dass der Luftfilter 11 hinsichtlich seiner Durchströmbarkeit in Ordnung ist. In einem Schritt Sil ist das Verfahren beendet.
Begriffs-/Bezugszeichenliste
I Ansaugtrakt
II Luftfilter
12 Drosselklappe
13 Saugrohr
14 Luftmassenmesser
15 Temperatursensor für Ansaugluft
16 Saugrohrdrucksensor
17 Drucksensor
18 Verdichter
19 elektrisch angetriebener Verdichter
181 Bypassleitung
182 Schubumluftventil
191 Bypassleitung
192 Schubumluftventil
193 Sekundärluftleitung
194 Sekundärluftventil
195 Abgasrückführleitung
196 Abgasrückführventil
2 Motorblock
21 Kurbelwelle
22 Kurbelwellenwinkelsensor
24 Kolben
25 Pleuelstange
26 Kühlmitteltemperatursensor
27 Brennraum
28 Zylinder
3 Zylinderkopf
30 Gaseinlassventil
31 Gasauslassventil
34 Kraftstoffeinspritzventil
35 Zündkerze
4 Abgastrakt
40 Abgaskatalysator 41 Partikelfilter
42 Abgassonde, Lambdasonde
43 Turbine, Abgasturbolader
44 Bypassleitung, wastegate
Bypassventil
6 Steuerungseinrichtung
61 Recheneinheit, Prozessor
62 Programmspeicher
63 Wertespeicher, Datenspeicher
64 Fehlerspeieher
65 FehleranzeigeVorrichtung
66 Zeitzähler, Timer VKM Verbrennungskraftmaschine
FKT_DIAG_LF Funktion zur Überprüfung des Luftfilters
P Druckwert
REF_p Referenzdruckwert

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen des Verschmutzungsgrades eines in einem Ansaugtrakt (1) einer Verbrennungskraftmaschine (VKM) stromaufwärts eines elektrisch angetriebenen Verdichters (19) angeordneten Luftfilters (11) mit folgenden Schritten: a) Ermitteln, ob sich die Verbrennungskraftmaschine (VKM) in einem ausgeschalteten Zustand befindet, b) Schließen einer im Ansaugtrakt (1) stromabwärts des elektrisch angetriebenen Verdichters (19) angeordneten Drosselklappe (11) und Schließen aller weiteren, von dem Ansaugtrakt (1) zu einem Abgastrakt (4) der Verbrennungs kraftmaschine (VKM) führenden, die Verbrennungskraftmaschine umgehenden Bypassleitungen (193, 195), falls sich die Verbrennungskraftmaschine (VKM) in einem ausgeschalteten Zustand befindet, c) Einschalten des elektrisch angetriebenen Verdichters (19) zum Zwecke eines Druckaufbaues in dem Ansaugtrakt (1), d) Erfassen des zeitlichen Druckaufbauverhaltens mittels eines im Ansaugtrakt (1) zwischen der Drosselklappe (12) und dem Luftfilter (11) angeordneten Drucksensors (17), e) Vergleichen des zeitlichen Druckaufbauverhaltens mit einem vorgegebenen zeitlichen Druckaufbauverhalten und f) Bestimmung des Verschmutzungsgrades des Luftfilters (11) auf der Basis des Ergebnisses des Vergleiches im Schritt e) .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Ansaugtrakt (1) zu dem Abgastrakt (4) führende Sekundärluftleitung (193) geschlossen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine vom Abgastrakt (1) zu dem Ansaugtrakt (4) führende Ab gasrückführleitung (195) geschlossen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine den elektrisch angetriebenen Verdichter (19) umgehende By passleitung (191) geöffnet wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bypassleitung (181) eines im Ansaugtrakt (1) der Verbren nungskraftmaschine (VKM) angeordneten Verdichters (18) eines Abgasturboladers geöffnet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt c) ein Zeitzähler (66) gestartet wird und nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne der im Ansaugtrakt (1) herrschende Druckwert (p) mit einem vorgegebenen Referenzdruckwert (REF_p) verglichen wird und bei Überschreiten dieses Referenzdruckwertes (REF_p) auf einen verstopften oder vereisten Luftfilter (11) erkannt wird, andernfalls der
Luftfilter (11) als ordnungsgemäß funktionierend eingestuft wird
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreiten des Referenzdruckwertes (REF_p) ein entspre chender Fehlereintrag in einen Fehlerspeicher (64) einer die Verbrennungskraftmaschine (VKM) steuernden und/oder regelnden Steuerungseinrichtung (6) erfolgt.
8. Vorrichtung zum Bestimmen des Verschmutzungsgrades eines in einem Ansaugtrakt (1) einer Verbrennungskraftmaschine (VKM) stromaufwärts eines elektrisch angetriebenen Verdichters (19) angeordneten Luftfilters (11), die eingerichtet ist zum Aus führen eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1-7.
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