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Die Erfindung geht von einem Verfahren
und von einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Sekundärluftmasse
nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche aus.
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Es ist bereits bekannt, die Sekundärluftmasse,
die einem Abgasstrang eines Verbrennungsmotors über eine Sekundärluftleitung
zugeführt
wird, basierend auf dem Messsignal einer Lambdasonde im Abgasstrang
während
der Heizphase eines der Lambdasonde im Abgasstrang in Strömungsrichtung nachfolgend
angeordneten Katalysators zu bestimmen. Da die Betriebsbereitschaft
der Lambdasonde für
eine Bestimmung der Sekundärluftmasse
aber in der Regel erst zu einem Zeitpunkt gegeben ist, zu dem die
Sekundärluftmasse
für das
Aufheizen des Katalysators nicht mehr erforderlich ist, muss eine
Diagnose der Sekundärluftmasse
zu einem späteren Zeitpunkt
nochmals durchgeführt
werden. Dies erfolgt in der Regel im Leerlauf bei betriebswarmem Zustand
des Verbrennungsmotors. Dabei ist aufgrund der geringen dem Verbrennungsmotor
zugeführten
Luftmasse in diesem Zustand das Luft-/Kraftstoff-Gemischverhältnis sehr
mager und die Toleranzen der Lambdasonde in diesem Bereich des Luft-/Kraftstoff-Gemischverhältnisses
in der Regel verhältnismäßig groß.
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Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung
mit den Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche
haben demgegenüber den
Vorteil, dass in der Sekundärluftleitung
eine Druckdifferenz zwischen einen ersten Druck bei einem ersten
Querschnitt der Sekundärluftleitung
und einem zweiten Druck bei einem zweiten Querschnitt der Sekundärluftleitung
ermittelt wird, wobei der zweite Querschnitt kleiner als der erste
Querschnitt ist, und dass in Abhängigkeit
der Druckdifferenz die Sekundärluftmasse
bestimmt wird. Auf diese Weise lässt
sich die Sekundärluftmasse
unabhängig
von der Betriebsbereitschaft der Lambdasonde im Abgasstrang und
damit unabhängig
von der Temperatur im Abgasstrang ermitteln. Weiterhin stellt die
Ermittlung der Sekundärluftmasse
auf der Grundlage der beschriebenen Druckdifferenz eine einfache
und kostengünstige
Möglichkeit
zur Bestimmung der Sekundärluftmasse
dar.
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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen Verfahrens möglich.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn
der zweite Querschnitt durch eine Blende oder eine Venturidüse in der
Sekundärluftleitung
gebildet wird. Dies stellt ebenfalls eine besonders einfache und
kostengünstige
Möglichkeit
zur Realisierung des im Vergleich zum ersten Querschnitt kleineren
zweiten Querschnitts dar.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich,
wenn der zweite Querschnitt derart gewählt wird, dass die in Abhängigkeit
der Druckdifferenz bestimmte Sekundärluftmasse bei einem vorgegebenen
Schadstoffemissionswert etwa einer gemessenen Sekundärluftmasse
entspricht. Auf diese Weise lässt
sich die Sekundärluftmasse
in Abhängigkeit
der beschriebenen Druckdifferenz zumindest im Bereich des vorgegebenen
Schadstoffemissionswertes mit hoher Genauigkeit bestimmen. Dies
ist besonders für
die Diagnose der Sekundärluftmasse
im Bereich des vorgegebenen Schadstoffemissionswertes von Bedeutung.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich,
wenn die Druckdifferenz mittels eines Differenzdrucksensors gemessen
wird. Durch die Verwendung eines Differenzdrucksensors für die Bestimmung
der Druckdifferenz können
im Vergleich zur Verwendung von zwei verschiedenen Drucksensoren
Kosten eingespart werden. Außerdem
erfordert die Verwendung des Differenzdrucksensors zur Bestimmung
der beschriebenen Druckdifferenz im Gegensatz zur Verwendung zweier
verschiedener Drucksensoren keinen Abgleich.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in der Zeichnung dargestellt und in der nach- folgenden Beschrebung
näher erläutert. Es
zeigen 1 ein schematisches
Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine, 2 einen Ablaufplan zur Beschreibung der Ein stellung
eines zweiten Querschnittes in einer Sekundärluftleitung der Brennkraftmaschine
und 3 einen Ablaufplan
zur Beschreibung eines beispielhaften Ablaufs des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Beschreibung
des Ausführungsbeispiels
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In 1 kennzeichnet
85 eine Brennkraftmaschine, beispielsweise eines Kraftfahrzeugs,
mit einem Verbrennungsmotor 5, der beispielsweise als Ottomotor
oder als Dieselmotor ausgebildet sein kann. Dem Verbrennungsmotor 5 ist über eine
Luftzufuhr 80 eines Luftsystems Frischluft zugeführt. Der Frischluftmassenstrom
wird durch einen Luftmassenmesser 55, beispielsweise einen
Heißfilm-Luftmassenmesser,
in der Luftzufuhr 80 gemessen. Dem Luftmassenmesser 55 in
Strömungsrichtung
nachfolgend angeordnet in der Luftzufuhr 80 ist eine Drosselklappe 60.
Die Strömungsrichtung
ist in 1 durch einen
Pfeil gekennzeichnet. Der der Drosselklappe 60 in Strömungsrichtung
nachfolgend angeordnete Teil der Luftzufuhr 80 wird auch
als Saugrohr bezeichnet und ist in 1 mit
dem Bezugszeichen 75 gekennzeichnet. Über das Saugrohr 75 wird
dem Brennraum des Verbrennungsmotors 5 die Frischluft zugeführt. Die
Kraftstoffzufuhr in den Brennraum des Verbrennungsmotors 5 kann
entweder über
das Saugrohr 75 oder direkt erfolgen und ist in 1 der Übersichtlichkeit halber nicht
dargestellt. Das im Brennraum des Verbrennungsmotors 5 verbrannte Luft-/Kraftstoff-Gemisch
wird in einen Abgasstrang 1 ausgestoßen. Dem Abgasstrang 1 ist
außerdem über eine
Sekundärluftleitung 10 Frischluft
zugeführt,
die im folgenden auch als Sekundärluft
bezeichnet wird. Der Sekundärluftmassenstrom
kann über
ein Sekundärluftventil 70 eingestellt
werden. In der Sekundärluftleitung 10 sind
Verdichtungsmittel 25 angeordnet, die die Sekundärluft in
Richtung zum Abgasstrang 1 pumpen und die beispielsweise
als Sekundärluftpumpe
oder als Verdichter eines Sekundärluftladers ausgebildet
sein können.
Die Verdichtungsmittel 25, die im folgenden beispielhaft
als Sekundärluftpumpe angenommen
werden, sind dabei wie in 1 dargestellt
in Strömungsrichtung
dem Sekundärluftventil 70
vorgeschaltet. Auf der Saugseite der Sekundärluftpumpe 25 und
damit der Sekundärluftpumpe 25 in Strömungsrichtung
vorgeschaltet ist in der Sekundärluftleitung 10 eine
Querschnittsverengung 30, die beispielsweise als Blende
oder als Venturidüse
ausgebildet sein kann. Im Bereich der Querschnittsverengung 30 ist
der Querschnitt der Sekundärluftleitung 10 durch
einen zweiten Querschnitt 20 gebildet, der gegenüber dem
außerhalb
der Querschnittsverengung 30 vorliegenden ersten Querschnitt 15 der Sekundärluftleitung 10 kleiner
in der Querschnittsfläche
bzw. im sogenannten Öffnungsquerschnitt
ist. Ein erstes Druckmessmittel 40 ist in Strömungsrichtung
vor der Querschnittsverengung angeordnet.
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Ein zweites Druckmessmittel 45 ist
im Bereich der Querschnittsverengung 30 angeordnet. Die beiden
Druckmessmittel 40, 45 sind mit Mitteln 50 verbunden,
die in Abhängigkeit
der von den beiden Druckmessmitteln 40, 45 gemessenen
Drücke
eine Sekundärluftmasse
in der Sekundärluftleitung 10 bestimmen.
Die Mittel 50 werden im folgenden auch als Auswerteeinheit
bezeichnet. Die Auswerteeinheit 50 gibt den Wert für die ermittelte
Sekundärluftmasse
an eine Motorsteuerung 90 ab. Das erste Druckmessmittel 40 und
das zweite Druckmessmittel 45 können in Form eines Differenzdrucksensors
realisierst sein. Der Differenzdrucksensor kann dabei in dem Fachmann
bekannter Weise aufgebaut sein und beispielsweise eine Membran umfassen,
die an einer Seite den Druck in der Sekundärluftleitung 10 im
Bereich des ersten Querschnitts 15 und an der gegenüberliegenden
Seite den Druck im Bereich des zweiten Querschnitts 20 und
dem damit im Bereich der Querschnittsverengung 30 erfasst
und auf diese Weise in eine Position bewegt wird, die für die Druckdifferenz zwischen
einem ersten Druck im Bereich des ersten Querschnitts 15 und
einem zweiten Druck im Bereich des zweiten Querschnitts 20 repräsentativ
ist. In diesem Fall werden sowohl das erste Druckmessmittel 40 als
auch das zweite Druckmessmittel 45 durch die gemeinsame
Membran gebildet.
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Im Abgasstrang 1 ist der
Einleitung der Sekundärluft
nachfolgend eine Lambdasonde 65 angeordnet, die den Sauerstoffgehalt
im Abgas misst und das Messergebnis ebenfalls an die Motorsteuerung 90 weiterleitet.
Auch der über
die Luftzufuhr 80 dem Verbrennungsmotor 5 zugeführte Frischluftmassenstrom
wird als Messwert vom Luftmassenmesser 55 der Motorsteuerung 90 zugeführt. Die
Motorsteuerung 90 ihrerseits steuert die Stellung der Drosselklappe 60,
die Verdichtungs- oder Pumpenleistung der Sekundärluftpumpe 25 sowie
den Öffnungsgrad des
Sekundärluftventils 70 in
dem Fachmann bekannter Weise. Ferner kann die Motorsteuerung 90 weitere
Stellgrößen der
Brennkraftmaschine 85, wie beispielsweise den Zündzeitpunkt
im Falle eines Ottomotors sowie die Kraftstoffeinspritzmenge steuern.
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Es kann nun vorgesehen sein, dass
die Auswerteeinheit 50 die Sekundärluftmasse in Form eines Sekundärluftmassenstrom
msSL bestimmt. Die Bestimmung des Sekundärluftmassenstroms
msSL erfolgt dabei mit Hilfe der folgenden
Gleichung: msSL = α·ε·Ad·√2·Δp·ρ (1)
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Dabei ist α eine dimensionslose Durchflusszahl, ε eine dimensionslose
Expansionszahl, Ad der Öffnungsquerschnitt
bzw. die Öffnungsquerschnittsfläche der
Sekundärluftleitung
10 im
Bereich des zweiten Querschnitts 20 und damit im Bereich
der Querschnittsverengung 30, Δp eine Druckdifferenz und ρ die Dichte
der Sekundärluft
in Strömungsrichtung
vor der Querschnittsverengung 30. Die Gleichung (1) ist
dabei aus dem Buch „Technische
Strömungslehre", von Willi Bohl,
Kamprath-Verlag, 1998 11. durchges. Auflage bekannt. Die Druckdifferenz Δp ergibt
sich aus der Differenz zwischen dem ersten Druck p1 im Bereich des
ersten Querschnitts 15, der durch das erste Druckmessmittel 40 gemessen
wird, und dem zweiten Druck p2 im Bereich des zweiten Querschnitts 20,
der von dem zweiten Druckmessmittel 45 erfasst wird. Die
Druckdifferenz ergibt sich somit aus Δp
= p1 – p2 (2)und wird
in der Auswerteeinheit 50 aus den Messwerten der beiden
Druckmessmittel 40, 45 ermittelt. Im Falle der
Verwendung des Differenzdrucksensors kann dabei die Auswerteeinheit 50 die
Druckdifferenz Δp
direkt aus der Stellung der Membran des Differenzdrucksensors ermitteln,
ohne die beschriebene Differenz gemäß Gleichung (2) bilden zu müssen. Die
Verwendung des Differenzdrucksensors hat außerdem gegenüber der
Verwendung zweier separater Druckmessmittel den Vorteil, dass ein
Abgleich des Differenzdrucksensors nicht nötig ist. Bei Verwendung zweier
separater Druckmessmittel 40, 45 hingegen ist
es sinnvoll, die beiden Druckmessmittel aufeinander abzugleichen,
um toleranzbedingte Messabweichungen zu berücksichtigen.
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Die Durchflusszahl α berücksichtigt
die auftretende Reibung und Strahleinschnürung der Sekundärluft in
der Sekundärluftleitung 10 in
Strömungsrichtung
kurz hinter der engsten Stelle im Bereich der Querschnittsverengung 30,
die auch als Drosselgerät
bezeichnet werden kann. Bei konstantem Öffnungsquerschnitt im Bereich
der Querschnittsverengung 30 wie in 1 dargestellt berücksichtigt die Durchflusszahl α die auftretende
Reibung und Strahleinschnürung
in Strömungsrichtung kurz
hinter der Querschnittsverengung 30. Die Durchflusszahl α ist dabei
eine Funktion vom Öffnungsverhältnis und
der Raynolds-Zahl. Das Öffnungsverhältnis stellt
dabei das Verhältnis
zwischen der Öffnungsquerschnittsfläche Ad im
Bereich der Querschnittsverengung 30 und damit im Bereich
des zweiten Querschnitts 20 einerseits und der Öffnungsquerschnittsfläche im Bereich
des ersten Querschnitts 15 der Sekundärluftleitung 10 andererseits dar.
Genau genommen wird für
die Öffnungsquerschnittsfläche im Bereich
der Querschnittsverengung die Öffnungsquerschnittsfläche an der
engsten Stelle verwendet.
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Die Expansionszahl ε berücksichtigt
die Kompressibilität
des Mediums bei Gasen, hier bei der Sekundärluft. Sie ist eine Funktion
vom bereits beschriebenen Öffnungsverhältnis, dem
Druckverhältnis
sowie dem Isentropenexponenten κ.
Das Druckverhältnis
wird dabei aus dem Quotienten p2/p1 gebildet, wobei genau genommen
der zweite Druck p2 an der engsten Stelle im Bereich der Querschnittsverengung 30 sein
sollte. Gemäß dem Ausführungsbeispiel
nach 1 ist der Einfachheit
halber die Querschnittsverengung 30 konstant und somit überall gleich
groß.
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Sowohl die Durchflusszahl α als auch
die Expansionszahl ε können aus
Tabellen entnommen werden.
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Die Dichte ρ der Sekundärluft in Strömungsrichtung
vor der Querschnittsverengung 30 wird beispielsweise in
der Motorsteuerung 90 derart bestimmt, dass die spezifische
Luftdichte ρ0 bei 20°C und
1013mbar durch die aktuell herrschende Umgebungstemperatur und Höhe über den
Meeresspiegel korrigiert wird. Die Dichte ρ wird dabei in der Motorsteuerung 90 unter
der Annahme gebildet, dass die durch einen in 1 nicht dargestellten Temperatursensor
in der Luftzufuhr 80 gemessene Ansauglufttemperatur etwa
der Umgebungstemperatur und auch der Temperatur in Strömungsrichtung
vor der Querschnittsverengung 30 in der Sekundärluftleitung 10 entspricht.
Die Höhe über den
Meeresspiegel kann dabei mit Hilfe eines in 1 ebenfalls nicht dargestellten Drucksensors
in der Luftzufuhr 80 in dem Fachmann bekannter Weise ermittelt
werden. Die Berechnung der Dichte ρ der Sekundärluft ausgehend von der spezifischen
Dichte ρ0, der aktuell herrschenden Umgebungstemperatur
und der Höhe über dem
Meeresspiegel erfolgt dabei in dem Fachmann bekannter Weise. Die
von der Motorsteuerung 90 ermittelte Dichte ρ wird dabei
der Auswerteeinheit 50 zur Ermittlung des Sekundärluftmassenstroms msSL zugeführt.
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Die Öffnungsquerschnittsfläche Ad der Querschnittsverengung 30 kann
fest vorgegeben und in der Auswerteeinheit 50 als bekannt
abgespeichert sein. Alternativ kann die Querschnittsverengung 30 beispielsweise
von der Motorsteuerung 90 derart angesteuert werden, dass
beliebige oder gestufte Öffnungsquerschnittsflächen Ad
einstellbar sind. Dies lässt
sich beispielsweise im Fall einer steuerbaren Blende zur Realisierung
der Querschnittsverengung 30 realisieren. Die Motorsteuerung 90 teilt
dann der Auswerteeinheit 50 die gerade aktuelle Öffnungsquerschnittsfläche Ad mit.
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Zusätzlich zur beschriebenen Berechnung des
Sekundärluftmassenstroms
msSL aus der Druckdifferenz Δp kann der
Sekundärluftmassenstrom msSL auch modelliert werden. Dabei ergibt sich
ein modellierter Sekundärluftmassenstrom
msSL,
mod. Zur Ermittlung
des modellierten Sekundärluftmassenstroms
msSL,
mod wird in
Abhängigkeit
von der aktuellen Batteriespannung oder Bordnetzspannung der Brennkraftmaschine 85 bzw.
in diesem Beispiel des Fahrzeugs ein Normsekundärluftmassenstrom vorgegeben,
der unter definierten Randbedingungen, zum Beispiel 20°C sowie einem
Androsseldruck von 100mbar ermittelt wird. Der Androsseldruck stellt
dabei eine Druckerhöhung
auf der Druckseite der Sekundärluftpumpe 25 von
in diesem Beispiel 100mbar gegenüber
dem Umgebungsdruck dar. Die Druckseite der Sekundärluftpumpe 25 ist
im Gegensatz zur Saugseite der Sekundärluftpumpe 25 in Strömungsrichtung
nachfolgend angeordnet. Die Zuordnung der aktuellen Batteriespannung
zum Normsekundärluftmassenstrom
wird vom Hersteller der Sekundärluftpumpe 25 in
einem Spannungsbereich von beispielsweise zwischen 8 und 16V in
Form einer Kennlinie ermittelt und auf diese Weise vorgegeben.
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Der Normsekundärluftmassenstrom wird dann
im realen Betrieb der Brennkraftmaschine 85 mit der aktuellen
Luftdichte ρ der
Sekundärluft
in Strömungsrichtung
vor der Querschnittsverengung 30 sowie mit einem Korrekturwert,
der in Abhängigkeit
von der relativen Luftfüllung
eines oder mehrerer Zylinder des Verbrennungsmotors 5 und
der Motordrehzahl des Verbrennungsmotors 5 ermittelt wird, korrigiert.
Der ermittelte Korrekturwert spiegelt dann den Einfluss des Abgasgegendrucks
sowie der Anlagenkennlinie wieder. Die Anlagenkennlinie ist die Kennlinie,
die den Druckabfall von der Sekundärluftpumpe 25 bis
zur Einblasstelle der Sekundärluft
in den Abgasstrang 1 wiedergibt. Die Motordrehzahl wird
durch einen in 1 nicht
dargestellten Drehzahlsensor in dem Fachmann bekannter Weise ermittelt
und der Motorsteuerung 90 zugeführt. Die relative Luftfüllung wird
beispielsweise aus dem Messsignal des Luftmassenmessers 55 und
einem Messsignal eines in 1 nicht
dargestellten Saugrohrdrucksensors im Saugrohr 75 der Brennkraftmaschine 85 ebenfalls
in der Motorsteuerung 90 ermittelt. Somit kann in der Motorsteuerung 90 der
modellierte Sekundärluftmassenstrom
msSL
,mod in der
beschriebenen Weise gebildet werden. Der beschriebene Konekturwert
wird dabei in der Motorsteuerung 90 derart ermittelt, dass
während
einer Applikationsphase ein Luftmassenmesser, beispielsweise ein
Heißfilm-Luftmassenmesser,
in die Sekundärluftleitung 10 in
Strömungsrichtung
vor der Querschnittsverengung 30 verbaut wird und der Korrekturwert
derart angepasst wird, dass der vom Luftmassenmesser in der Sekundärluftleitung 10 gemessene
mit der in der Motorsteuerung 90 modellierten Sekundärluftmassenstrom
msSL
,mod übereinstimmt.
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Die Ermittlung des Korrekturwertes
erfolgt dabei in Abhängigkeit
der aktuellen relativen Luftfüllung
des oder der Zylinder und der aktuellen Motordrehzahl.
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Bei der Diagnose des Sekundärluftmassenstroms
wird nun der anhand von Gleichung (1) ermittelte Sekundärluftmassenstrom
msSL mir dem modellierten Sekundärluftmassenstrom
msSL
,mod verglichen. Dies
erfolgt durch Division des gemäß Gleichung
(1) berechneten Sekundärluftmassenstroms
msSL durch den modellierten Sekundärluftmassenstrom
msSL, mod Auf diese
Weise erhält
man einen sogenannten relativen Sekundärluftmassenstrom msSL,
rel, der mit einem
vorgegebenen Schwellwert verglichen wird. Weicht der relative Sekundärluftmassenstrom
msSL,
rel um mehr
als einen vorgegebenen Toleranzwert von dem vorgegebenen Schwellwert
ab, so wird ein Fehler detektiert und ggf. eine Fehlermaßnahme eingeleitet,
die beispielsweise in der Abschaltung der Sekundärluftzufuhr durch Schließen des
Sekundärluftventils 70 oder
durch Abschaltung der Sekundärluftpumpen-Ansteuerung oder
durch Beendigung des Katheizens realisiert werden. Auf diese Weise
lässt sich
beispielsweise ein Fehler bei der Druckmessung durch das erste Druckmessmittel 40 und/oder
durch das zweite Druckmessmittel 45 diagnostizieren. Die Diagnose
ist dabei unabhängig
von der Temperatur im Abgasstrang 1 und von der Betriebsbereitschaft der
Lambdasonde 65.
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Bei der Dimensionierung der Querschnittsverengung 30 wird
die Öffnungsquerschnittsfläche Ad im
Bereich des zweiten Querschnitts 20 derart gewählt, dass
der in Abhängigkeit
der Druckdifferenz Δp
bestimmte Sekundärluftmassenstrom
msSL gemäß Gleichung
(1) bei einem vorgegebenen Schadstoffemissionswert etwa einen gemessenen
Sekundärluftmassenstrom
msSL,
mess entspricht.
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Derzeit ist das entscheidende Kriterium
für die
Fehlerschwelle der Sekundärluftdiagnose
die Sekundärluftmenge,
die zum Überschreiten
des 1,5fachen vorgegebenen Grenzwertes für die Abgasemissionen führt. Der
vorgegebene Grenzwert hängt
von der zu erfüllenden
Abgasstufe ab und bezieht sich auf die Schadstoffkomponenten Kohlenmonoxid,
Stickoxide und Kohlenwasserstoffe. Der Sekundärluftmassenstrom msSL, der zum Überschreiten des l,5fachen
vorgegebenen Grenzwertes für
die Emission irgendeines der genannten Schadstoffe führt, wird
als Mindersekundärluftmassenstrom bezeichnet
und muss zum Setzen eines Fehlers und ggf. Einleiten einer Fehlermaßnahme führen. Die
geometrische Abmessung der Querschnittsverengung 30, d.h.
konkret die Öffnungsquerschnittsfläche Ad im
Bereich des engsten Querschnitts der Querschnittsverengung 30,
in diesem Bei spiel im Bereich des über die Querschnittsverengung 30 konstanten zweiten
Querschnitts 20 kann dabei so gewählt werden, dass die Messgenauigkeit
für den
Sekundärluftmassenstrom
msSL gemäß Gleichung
(1) im Bereich der beschriebenen Mindersekundärluftmasse am größten ist.
Für die
Dimensionierung der Öffnungsquerschnittsfläche Ad der
Querschnittsverengung 30 kann dabei als Referenz der Sekundärluftmassenstrom
in der Sekundärluftleitung 10 in
Strömungsrichtung
vor der Querschnittsverengung 30 durch einen zusätzlichen
Luftmassenmesser gemessen werden, der nur für die Ermittlung dieser geeigneten Öffnungsquerschnittsfläche Ad eingesetzt
wird bzw. in der Sekundärluftleitung 10 verbaut
wird.
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Um eine möglichst große Auflösung bei der Messung der Druckdifferenz Δp zu erhalten,
sollte der Druckunterschied zwischen dem ersten Druck p1 und dem
zweiten Druck p2 möglichst
groß sein.
Um den Einfluss der Messung der Druckdifferenz Δp auf den Druck in Strömungsrichtung
nach der Querschnittsverengung 30 möglichst gering zu halten, sollte
die Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck p1 in Strömungsrichtung
vor der Querschnittsverengung 30 und dem Druck in der Sekundärluftleitung 10 in
Strömungsrichtung
nach der Querschnittsverengung 30 möglichst gering sein. Dies kann
bei der Einstellung der optimalen Öffnungsquerschnittsfläche Ad durch
einen nur für
diesen Optimierungsvorgang in der Sekundärluftleitung 10 der
Querschnittsverengung 30 in Strömungsrichtung nachfolgend angeordneten
Drucksensor realisiert werden. Die Optimierung der Öffnungsquerschnittsfläche Ad kann
durch die Motorsteuerung 90 erfolgen, der dann die Messsignale
des in der Sekundärluftleitung 10 zusätzlich verbauten
Luftmassenmessers und des ggf. in der Sekundärluftleitung 10 zusätzlich verbauten
Drucksensors zugeführt
werden. Ebenfalls kann der Motorsteuerung 90 für diesen
Zweck des Ergebnis der Abgasemissionsmessung zugeführt sein.
Die Abgasemissionsmessung kann durch geeignete für diesen Zweck im Abgasstrang 1 verbaute
Schadstoffdetektionssensoren ermittelt werden, die in Strömungsrichtung
einem in 1 nicht dargestellten
Katalysator nachgeordnet angeordnet sein können, wobei dieser Katalysator
der Lambdasonde 65 in Strömungsrichtung nachfolgend im
Abgasstrang 1 angeordnet ist. Die Motorsteuerung 90 wertet
dann den vom Luftmassenmesser in der Sekundärluftleitung 10 ermittelten
Messwert für
den Sekundärluftmassenstrom aus,
wenn für
einen der untersuchten Schadstoffe das 1,5fache des diesem Schadstoff
zugeordneten vorgegebenen Grenzwertes überschritten wird. Dieser gemessene
Sekundärluftmassenstrom
msSL,mess wird dann mit dem aufgrund der
Druckdifferenz Δp
in der Auswerteeinheit 50 gemäß Gleichung (1) ermittelten
Sekundärluftmassenstrom
msSL für
diesen Betriebsfall verglichen. Die Motorsteuerung 90 steuert dann
die Querschnittsverengung 30, beispielsweise in Form einer
ansteuerbaren Blende derart an, dass sich eine Öffnungsquerschnittsfläche Ad ergibt,
bei der der gemessene Sekundärluftmassenstrom msSL,mess etwa dem aufgrund der Druckdifferenz Δp gemäß Gleichung
(1) berechneten Sekundärluftmassenstrom
msSL entspricht. Als Kompromiss kann dabei
die Öffnungsquerschnittsfläche Ad derart
eingestellt werden, dass einerseits der gemessene Sekundärluftmassenstrom
msSL,
mess dem aufgrund
der Druckdifferenz Δp
berechneten Sekundärluftmassenstrom
msSL möglichst
gut entspricht und andererseits die Druckdifferenz Δp möglichst
groß und
die Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck p1 und dem Druck in
Strömungsrichtung
nach der Querschnittsverengung 30 möglichst klein ist.
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Somit ist gewährleistet, dass der Sekundärluftmassenstrom
im Bereich des Mindersekundärluftmassenstroms
die größte Genauigkeit
aufweist, da in diesem Bereich eine möglichst fehlerfreie Diagnose des
Sekundärluftmassenstroms
msSL erforderlich ist.
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In 2 ist
ein Ablaufplan für
die Optimierung der Öffnungsquerschnittsfläche Ad dargestellt, wie
sie in der Motorsteuerung 90 ablaufen kann. Dabei wird
nach Start des Programms bei einem Programmpunkt 100 von
der Motorsteuerung 90 der Messwert des für diesen
Zweck zusätzlich
in die Sekundärluftleitung 10 verbauten
Luftmassenmessers ermittelt, wenn für einen der untersuchten Schadstoffe
im Abgas das 1,5fache des zugeordneten Grenzwertes erreicht wird.
Anschließend
wird zu einem Programmpunkt 105 verzweigt. Bei Programmpunkt 105 wird
die Öffnungsquerschnittsfläche Ad variiert und
der Sekundärluftmassenstrom
msSL auf der Grundlage der Druckdifferenz Δp gemäß Gleichung (1)
berechnet. Anschließend
wird zu einem Programmpunkt 110 verzweigt.
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Bei Programmpunkt 110 prüft die Motorsteuerung 90,
ob der aufgrund der Druckdifferenz Δp berechnete Sekundärluftmassenstrom
msSL dem vom Luftmassenmesser ermittelten
Sekundärluftmassenstrom
msSL,mess etwa entspricht. Ist dies der
Fall, so wird das Programm verlassen, andernfalls wird zu Programmpunkt 105 zurückverzweigt
und die Öffnungsquerschnittsfläche Ad erneut
variiert.
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Bei Programmpunkt 110 kann
dabei zusätzlich
wie beschrieben eine Optimierung dahingehend erfolgen, dass die
Druckdifferenz Δp
einen vorgegebenen Mindestwert betragsmäßig überschreitet und das die Differenz
zwischen dem ersten Druck p1 und dem Druck in der Sekundärluftleitung 10 in
Strömungsrichtung
der Querschnittsverengung 30 nachfolgend betragsmäßig einen
vorgegebenen Maximalwert unterschreitet.
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In 3 ist
ein Ablaufplan dargestellt, der das erfindungsgemäße Verfahren
beispielhaft erläutert.
Nach dem Start des Programms wird bei einem Programmpunkt 200 in
der Auswerteeinheit 50 die Druckdifferenz Δp ermittelt.
Anschließend
wird zu einem Programmpunkt 205 verzweigt.
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Bei Programmpunkt 205 berechnet
die Auswerteeinheit 50 gemäß Gleichung (1) den Sekundärluftmassenstrom
msSL. Anschließend wird zu einem Programmpunkt 210 verzweigt.
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Bei Programmpunkt 210 modelliert
die Motorsteuerung 90 in der beschriebenen Weise in Abhängigkeit
der Batterie- bzw. Bordnetzspannung, des Abgasgegendrucks, der Anlagenkennlinie
und der aktuellen Luftdichte p den Sekundärluftmassenstrom in Form des
modellierten Sekundärluftmassenstroms msSL
,mod. Anschließend wird
zu einem Programmpunkt 215 verzweigt.
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Bei Programmpunkt 215 bildet
die Motorsteuerung 90 aus dem von der Auswerteeinheit 50 empfangenen
und auf der Grundlage der Druckdifferenz Δp berechneten Sekundärluftmassenstroms msSL sowie dem modellierten Sekundärluftmassenstrom
msSL,
mod wie beschrieben
den relativen Sekundärluftmassenstrom
msSL,rei und vergleicht ihn mit dem vorgegebenen
Schwellwert. Liegt der relative Sekundärluftmassenstrom msSL,rel um mehr als den vorgegebenen Toleranzwert
vom vorgegebenen Schwellwert entfernt, so wird zu einem Programmpunkt 220 verzweigt,
andernfalls wird das Programm verlassen. Bei Programmpunkt 220 erkennt
die Motorsteuerung 90 einen Fehler und leitet ggf. eine
Fehlermaßnahme
ein, die beispielsweise in der Sperrung des Sekundärluftventils 70 und
damit in der Sperrung der Sekundärluftzufuhr
in den Abgasstrang 1 oder in letzter Konsequenz in der
Abschaltung der Brennkraftmaschine 85, beispielsweise durch
Ausblendung der Zylinder des Verbrennungsmotors 5 bestehen kann.
Anschließend
wird das Programm verlassen. Das Programm kann dabei beliebig oft
wiederholt werden.