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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Sekundärluftsystems gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 1 und 8.
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Stand der Technik
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Aus der
WO 01/33052 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bekannt, bei dem ein Signal für den Sekundärluftstrom ermittelt wird und anhand dieses Signals die Funktionsfähigkeit des Sekundärluftsystems beurteilt wird. Hierbei wird das Signal für den Sekundärluftstrom ermittelt aus einem Signal für den Ansaugluftstrom, einem Signal für das rechnerisch ermittelte Verhältnis von Ansaugluftstrom zu pro Zeit zugemessenem Kraftstoff und einem mittels einer Sande erfaßten Abgas-Lambda-Wert.
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In der Patentschrift
DE 197 13 180 C1 ist eine Vorgehensweise angegeben, bei welcher der von einem Sekundärluftmassenstromsensor gemessene Sekundärluftmassenstrom mit absoluten Schwellenwerten oder erfasste Minima- und Maxima des Sekundärluftmassenstroms mit Differenzschwellenwerten vergleichen werden. Zusätzlich kann eine Durchsatzdiagnose vorgesehen sein, bei welcher der gemessene Sekundärluftmassenstrom mit einem berechneten Sekundärluftmassenstrom verglichen wird. Bei der Berechnung werden der Abgasgegendruck und die Leistungsaufnahme des Elektromotors der Sekundärluftpumpe berücksichtigt.
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In der Offenlegungsschrift
DE 41 20 891 A1 ist eine Diagnose eines Sekundärluft-Massenstroms beschrieben, bei welcher an einem oder mehreren unterschiedlichen Betriebspunkten einer Brennkraftmaschine ein Maß für den Sekundärluft-Massenstrom erfasst und plausibilisiert wird. Das Maß für den Sekundärluft-Massenstrom wird beispielsweise anhand einer gemessenen Druckdifferenz im Sekundärluftpfad oder anhand des Stroms eines Elektromotors gewonnen, welcher zum Antrieb der Sekundärluftpumpe eingesetzt ist.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Gattung so weiterzuentwickeln, dass die Sicherheit bei der Fehlererkennung im Sekundärluftsystem bei einer Sekundärluftstrombestimmung, insbesondere einer Sekundärluftmassenbestimmung, vergrößert wird und die Genauigkeit der Sekundärluftmassenbestimmung verbessert wird. Außerdem soll dieses Verfahren mit geringem technischen Aufwand und kostengünstig durchführbar bzw. realisierbar sein.
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Vorteile der Erfindung
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines eine Sekundärluftpumpe umfassenden Sekundärluftsystems einer Brennkraftmaschine mit einer Abgasanlage geht davon aus, dass ein den Sekundärluftstrom charakterisierendes Signal bestimmt wird, dass mindestens ein Signal wenigstens einer Betriebskenngröße der Sekundärluftpumpe während der Bestimmung des den Sekundärluftstrom charakterisierenden Signals bestimmt wird, dass das wenigstens eine Signal der wenigstens einen Betriebskenngröße mit dem den Sekundärluftstrom charakterisierenden Signal verglichen und auf einen Fehler im Sekundärluftsystem geschlossen wird, wenn das Signal der wenigstens einen Betriebskenngröße außerhalb eines vorgebbaren Intervalls liegt. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass das mindestens eine Signal der wenigstens einen Betriebskenngröße aus einem Signal für den Pumpenstrom einer elektrisch betriebenen Sekundärluftpumpe bestimmt wird, dass das vorgebbare Intervall abhängig von dem Ansteuertastverhältnis einer getaktet angesteuerten Sekundärluftpumpe gespeichert wird und dass auf einen Fehler geschlossen wird, wenn das Signal für den Pumpenstrom beim jeweiligen Ansteuertastverhältnis außerhalb des vorgebbaren Intervalls liegt.
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Durch die Einbeziehung des Ansteuertastverhältnisses als Maß für den Pumpenstrom der getaktet betriebenen Sekundärluftpumpe wird die Sicherheit der Überwachung deutlich vergrößert.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das mindestens eine Signal für den Pumpenstrom bei mindestens einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine und/oder des Sekundärluftsystems bestimmt. Man fand bei umfänglichen Untersuchungen heraus, dass die Genauigkeit der Sekundärluftstrombestimmung erheblich verbessert wird, wenn ein erfindungsgemäßes Verfahren bei einem Betriebspunkt, der beispielsweise charakterisiert ist durch eine bestimmte Betriebstemperatur und/oder eine bestimmte Drehzahl der Brennkraftmaschine, durchgeführt wird.
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Um die Genauigkeit der Überwachung weiter zu vergrößern, wird das Ansteuertastverhältnis in einer weiteren Ausgestaltung mit einem Signal für die Drehzahl der Sekundärluftpumpe, beispielsweise einer Flügelpumpe, welches insbesondere aus der Signalform für den Pumpenstrom der Sekundärluftpumpe, insbesondere der Welligkeit des Signals bestimmt wird und/oder einem Signal für eine Versorgungsspannung, welches insbesondere aus einem Signal für die Batteriespannung bestimmt wird, korrigiert. Hierdurch wird erreicht, dass Einflüsse, die Rückwirkungen auf die elektrische Stromaufnahme der Pumpe haben und zu einer Verringerung der Sekundärluftmasse bei gleichbleibendem Ansteuertastverhältnis führen, wie beispielsweise Änderungen im Eingangs- oder Gegendruck der Pumpe, berücksichtigt werden. Darüber hinaus werden Änderungen der Versorgungsspannung, die beispielsweise durch Kontaktwiderstände im Stromkreis oder Unterbrechungen des Stromkreises hervorgerufen werden,
berücksichtigt, indem das Ansteuertastverhältnis mit einem Signal für die Versorgungsspannung korrigiert wird. Hierbei kann vorteilhafterweise die Batteriespannung als Versorgungsspannung bei abgeschalteter Brennkraftmaschine bestimmt werden, wodurch der Einfluss von Störeinflüssen gegenüber einer Bestimmung während des Betriebes der Brennkraftmaschine verringert wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des Verfahrens wird das vorgebbare Intervall abhängig von einem Signal für den Gegendruck in der Abgasanlage und/oder einem Signal für den Umgebungsluftdruck vorgegeben. Hierdurch wird berücksichtigt, dass der Zusammenhang zwischen dem Signal für die Betriebskenngröße, insbesondere einem Signal für den Pumpenstrom, und dem Signal für den Sekundärluftstrom durch den Gegendruck und/oder den Umgebungsluftdruck verändert wird.
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Auf zusätzliche Sensoren wird bei einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens verzichtet, indem das Signal für den Sekundärluftstrom aus der Differenz zwischen einem Signal für den Gesamtluftstrom und einem Signal für den Motorluftstrom bestimmt wird. Die zur Bestimmung herangezogenen Signale für den Motorluftstrom und den Gesamtluftstrom können ohnehin erfasst werden oder aus bereits erfassten Signalen ermittelt werden.
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Zeichnung
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
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In der Zeichnung zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Sekundärluftsystems einer Brennkraftmaschine, welche einen Katalysator umfasst,
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2a schematisch den Zusammenhang zwischen dem Pumpenstrom einer elektrisch betriebenen Sekundärluftpumpe und der durch diese eingebrachten Sekundärluftmasse bei einem vorgegebenen Betriebszustand der Brennkraftmaschine und des Sekundärluftsystems, und
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2b ein Kennlinienfeld eines in 2a dargestellten Zusammenhangs zwischen Pumpenstrom und Sekundärluftmasse für unterschiedliche Betriebszustände der Brennkraftmaschine und des Sekundärluftsystems.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele:
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Einer in 1 dargestellten Brennkraftmaschine 20 wird Ansaugluft (Pfeil 10) in an sich bekannter Weise zugeführt.
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Die bei einer Verbrennung entstehenden Abgase werden über ein Abgasrohr 25 zu einer Abgasanlage (nicht gezeigt) geleitet. Es versteht sich, daß die Abgasanlage einen Katalysator umfassen kann.
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Zwischen der Brennkraftmaschine 20 und der Abgasanlage ist eine Lambda-Sonde 70, insbesondere eine stetige Sonde, beispielsweise eine Breitband-Lambda-Sonde, in dem Abgasrohr 25 angeordnet, mit der in an sich bekannter Weise das Luft-Kraftstoffverhältnis im Abgas ermittelt und an eine Steuereinheit 90 weitergeleitet wird.
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Die Lambda-Sonde 70 kann auch durch einen anderen Sondentyp, beispielsweise eine Zweipunkt-Lambda-Sonde oder eine resistive Sonde realisiert werden.
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Mit einer Sekundärluftpumpe 60 wird Sekundärluft (Pfeil 30) aus einer Ansaugleitung 45, durch eine Sekundärluftleitung 50 und eine Sekundärluftverteilereinheit 40 hindurch in das Abgasrohr 25 eingeblasen.
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An der Sekundärluftpumpe 60 ist in der Sekundärluftleitung 50 ein Sekundärluftmassenmesser 100, beispielsweise ein Heißfilm-Luftmassenmesser, angeordnet. Der Wert einer gemessenen Sekundärluftmasse M wird über eine Signalleitung 110 an die Steuereinheit 90 übermittelt.
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Es versteht sich, daß statt der Sekundärluftmasse M auch der Sekundärluftstrom gemessen werden kann. Darüber hinaus kann der Sekundärluftmassenmesser 100 auch in anderer Form realisiert werden, beispielsweise als Luftmengenmesser oder Luftmassendurchflußmesser oder als ein den gleichen Zweck erfüllendes Meßmittel.
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Die Sekundärluftpumpe 60 wird über eine Signalleitung 120 durch die Steuereinheit 90 angesteuert. Darüber hinaus werden über eine Signalleitung 130 Betriebskenngrößen der Sekundärluftpumpe 60 an die Steuereinheit 90 übermittelt. Insbesondere wird bei Verwendung einer elektrisch betriebenen Sekundärluftpumpe deren Pumpenstrom i als Betriebskenngröße erfaßt.
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Rein prinzipiell kann auch eine andere Betriebskenngröße, abhängig vom Pumpentyp, erfaßt werden.
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So kann bei der Verwendung einer Membranpumpe beispielsweise deren Hubfrequenz als Betriebskenngröße erfaßt werden.
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Darüber hinaus kann statt der elektrisch betriebenen Sekundärluftpumpe eine mechanische, beispielsweise über Riemen angetriebene Pumpe verwendet werden. Hierbei kann beispielsweise deren Drehzahl als Betriebskenngröße erfaßt werden.
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Die Steuereinheit 90 weist beispielhaft einen Komparator 95 auf, mit dem der erfaßte Pumpenstrom i mit einem vorgebbaren Sollwert verglichen wird, und aus dem Ergebnis des Vergleichs auf Fehler im Sekundärluftsystem, insbesondere auf Verstopfungen oder Undichtheiten in der Ansaugleitung 45 und/oder in der Sekundärluftleitung 50, und/oder auf Funktionsstörungen in der Sekundärluftpumpe 60 und/oder in dem Sekundärluftmassenmesser 100, geschlossen wird. Des weiteren umfaßt die Steuereinheit 90 eine Ausgabeeinheit 96 mit einem Anschluß 97, zur Ausgabe einer Fehlermeldung, beispielsweise an eine hier nicht gezeigte Anzeigeneinheit.
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Darüber hinaus kann die Steuereinheit 90 eine Speichereinheit 94 aufweisen, in der mindestens ein Kennlinienfeld gespeichert ist, aus dem der Zusammenhang zwischen dem Pumpenstrom i und der Sekundärluftmasse M bei unterschiedlichen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine und/oder des Sekundärluftsystems hervorgeht. Ein Betriebszustand ist beispielsweise durch die Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine oder des Katalysators gekennzeichnet.
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Die Speichereinheit 94, der Komparator 95, die Ausgabeeinheit 96 und/oder der Anschluß 97 können auch in anderer Form mit der Steuereinheit 90 verbunden sein und auch in oder an separaten Gehäusen oder Bauteilen angeordnet sein.
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Eine Kennlinie für den Zusammenhang zwischen Pumpenstrom i und Sekundärluftmasse M bei einem vorgegebenen Betriebszustand ist beispielhaft in 2a dargestellt.
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Kurve a zeigt hier den Zusammenhang zwischen den Sollwerten des Pumpenstroms i und der eingebrachten Sekundärluftmasse M bei fehlerfreiem Betrieb des Sekundärluftsystems. Der lineare Zusammenhang ist hier lediglich beispielhaft zu verstehen.
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Durch die Kurven b und c ist beispielsweise ein Intervall mit den Grenzen (Sollwert Pumpenstrom i + Δi) und (Sollwert Pumpenstrom i – Δi) vorgegeben. Es versteht sich, daß auch andere Grenzen wählbar sind, die auch mit dem Pumpenstrom i variieren können.
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Es wird nun auf ein fehlerfrei funktionierendes Sekundärluftsystem geschlossen, wenn ein Meßpunkt P, der einem Wertepaar (i, M) entspricht, innerhalb des vorgegebenen Intervalls liegt. So befindet sich beispielsweise ein Meßpunkt P1 mit einem Wertepaar (i1, M1) innerhalb des Intervalls, es wird daher auf ein fehlerfrei arbeitendes Sekundärluftsystem geschlossen. Hingegen befindet sich ein Meßpunkt P2 mit einem Wertepaar (i2, M2) außerhalb dieses Intervalls. Hier wird auf einen Fehler im Sekundärluftsystem geschlossen.
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Das Wertepaar (i, M) läßt sich nun auf unterschiedliche Weise ermitteln.
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Bei einer bevorzugten Ausgestaltung wird bei einem bekannten Betriebszustand die Sekundärluftmasse M bestimmt und der Pumpenstrom i der Sekundärluftpumpe 60 über beispielsweise einen Spannungsabfall an einem im Pumpenstromkreis angeordneten Widerstand (nicht gezeigt) erfaßt.
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Der Pumpenstrom i kann auch aus einem Signal eines an der Pumpe angeordneten Hall-Sensors bestimmt werden.
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Die Sekundärluftmasse M wird zum Beispiel mit dem Sekundärluftmassenmesser 100 erfaßt. Aus der Kennlinie gemäß 2a wird nun der dem gemessenen Pumpenstrom i entsprechende Sollwert für die Sekundärluftmasse entnommen. Weicht der bestimmte Wert der Sekundärluftmasse M von diesem Sollwert um mehr als einen vorgebbaren Wert ab, liegt er also außerhalb des Intervalls, so wird auf einen Fehler im Sekundärluftsystem geschlossen.
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Alternativ ist es auch möglich den der ermittelten Sekundärluftmasse M entsprechenden Sollwert für den Pumpenstrom aus der Kennlinie zu entnehmen und mit dem gemessenen Wert des Pumpenstroms i zu vergleichen.
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In 2b ist beispielhaft ein Kennlinienfeld dargestellt, das sich zusammensetzt aus Kennlinien a(B1), a(B2), die den in 2a dargestellten Kennlinien für unterschiedliche Betriebszustände entsprechen. Die Betriebszustände sind durch Werte B1, B2 gekennzeichnet. Die oben genannten Meßpunkte sind dann zusätzlich durch den den Betriebszustand beschreibenden Wert, beispielsweise durch die Temperatur der Brennkraftmaschine 20, bestimmt.
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Das Kennlinienfeld kann um weitere Kennlinien bei unterschiedlichen Betriebszuständen ergänzt werden.
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Die Grenzen der Intervalle entsprechend der Kurven b und c in 2a sind in 2b nicht dargestellt.
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Die Durchführung des Verfahrens bei unterschiedlichen Betriebszuständen entspricht dem oben erläuterten Verfahren bei einem Betriebszustand.
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Außer der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine können auch andere, den Betriebszustand der Brennkraftmaschine und/oder des Sekundärluftsystems beschreibende Werte als Parameter verwendet werden.
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Des weiteren versteht es sich, daß die Pumpe auch getaktet angesteuert werden kann, und daß das Intervall für den Pumpenstrom i abhängig von dem Ansteuertastverhältnis vorgegeben wird. Hierbei kann das Ansteuertastverhältnis abhängig von einer Pumpendrehzahl, bei der Verwendung beispielsweise einer Flügelpumpe, und/oder einer von der Versorgungsspannung, insbesondere der Batteriespannung abhängigen Größe korrigiert werden. Darüber hinaus kann die Pumpendrehzahl aus einem Signal des Pumpenstroms i, insbesondere der Welligkeit des Stromsignals, ermittelt werden. Auf diese Weise läßt sich der Sollwert für den Pumpenstrom i sehr genau vorgeben.
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Um die Veränderung des Zusammenhangs zwischen Pumpenstrom i und Sekundärluftmasse M, hervorgerufen durch einen Gegendruck, insbesondere dem Abgasgegendruck und/oder dem Umgebungsluftdruck, gegen den die Sekundärluftpumpe einblasen muß, zu berücksichtigen, wird der Sollwert für den Pumpenstrom i mit einem Signal für den Abgasgegendruck, also dem durch das Abgas in der Abgasanlage hervorgerufenen Gegendruck, und/oder einem Wert für den Umgebungsluftdruck korrigiert. Hierzu wird beispielsweise der Sollwert für den Pumpenstrom i um eine Größe, die proportional zum Abgasgegendruck und/oder dem Umgebungsluftdruck ist, vergrößert.
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Rein prinzipiell kann anstatt der Veränderung des Sollwertes für den Pumpenstrom i abhängig vom Ansteuertastverhältnis und/oder von einem Gegendruck auch der Pumpenstrom i entsprechend korrigiert werden.
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Was die Bestimmung der Sekundärluftmasse M angeht, so sind hier unterschiedliche Ausgestaltungen möglich. Die Sekundärluftmasse M ist anstatt direkt mit einem Luftmassenmesser oder einem Luftmengenmesser oder einem den gleichen Zweck erfüllendes Meßmittel auch als Differenz zwischen einer Gesamtluftmasse, welche sich aus der Luftmasse in den Brennräumen der Brennkraftmaschine (Motorluftmasse) und der Sekundärluftmasse M zusammensetzt, und der Motorluftmasse bestimmbar. Hierbei wird die Gesamtluftmasse beispielsweise mit einem weiteren Luftmassenmesser oder einem Luftmengenmesser in einem (nicht gezeigten) Ansauglufttrakt erfaßt. Die Motorluftmasse hingegen wird beispielsweise aus der Füllung der Brennräume, dem vorgegebenen Luft/Kraftstoffverhältnis und dem mit einer Lambda-Sonde gemessenen Lambdawert im Abgas bestimmt.
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Es versteht sich, daß anstatt der Motorluftmasse und der Gesamtluftmasse auch der Motorluftstrom beziehungsweise der Gesamtluftstrom erfaßt werden kann.
