用于诊断内燃机的二次空气系统的碳化的方法及设备与流程

1.本发明涉及用于诊断内燃机的二次空气系统的碳化的方法和设备。


背景技术：

2.二次空气系统在内燃机运行期间，特别是在内燃机的冷启动之后被激活，以实现将位于内燃机废气道中的废气催化转化器快速加热到其运行温度，从而在冷启动后特别是减少废气成分hc和co的排放。
3.通过在废气催化转化器中的催化转化的后处理，可以通过已知的方式减少诸如otto内燃机的内燃机的不期望的污染物排放。然而，为了能够有效地执行催化转化的后处理，废气催化转化器必须已经达到特定的运行温度。废气测试表明，大部分污染物排放是在升温阶段中或直接在内燃机冷启动后排放的。因此，为了减少污染物排放，必须确保催化转化器尽快加热到其例如500
°
c的运行温度。
4.废气催化转化器的加速加热可以通过将所谓的二次空气吹入或输送到内燃机的废气道中来实现。将二次空气输送到废气道中的位置通常位于内燃机排气阀附近的下游和废气催化转化器的上游。
5.用于吹入二次空气的对应系统，即二次空气系统，具有用于泵送二次空气的电二次空气泵和下游的用于控制二次空气流的二次空气阀。只有当二次空气阀至少部分打开时，才能将二次空气输送给废气道。
6.借助于二次空气来加热废气催化转化器基于富氧二次空气与内燃机的热废气中的未燃烧燃料的强烈放热反应。未燃烧燃料在废气催化转化器之前和内部的进一步氧化导致废气催化转化器加速加热到运行温度。通过这种方式，在内燃机的升温阶段中减少了污染物排放，并且更快地达到了废气催化转化器的合适运行温度。
7.由于法律要求，必须对二次空气系统进行监视，使得泵在需要时始终能够产生特定的最小空气质量流，该最小空气质量流可以借助于二次空气阀吹入废气道中。因此，立法者规定必须监视二次空气系统的性能。诸如油耗、驾驶方式、喷射系统（进气道喷射、直接喷射）或燃料的各种影响都可能导致发动机碳化，并且可能导致内燃机中二次空气通道碳化。二次空气通道的碳化特别是通过将二次空气通道出口直接定位在废气道中内燃机的排气阀下游来促进。二次空气通道的碳化导致二次空气通道的横截面减小，由此可能将更少的二次空气吹入废气道，由此无法遵守所要求的排放值。


技术实现要素：

8.本发明的任务是创建能够以简单且可靠的方式对内燃机的二次空气系统执行碳化诊断的方法和设备。
9.该任务通过具有独立权利要求的特征的方法和被构造为执行该方法的设备来解决。本方法的有利设计在从属权利要求中说明。
10.根据本公开，用于诊断内燃机的二次空气系统的碳化的方法包括以下列出的步
骤。所述二次空气系统具有进气管路、二次空气泵、二次空气阀、压力传感器和吹入管路。所述进气管路用于提供二次空气，其中所述二次空气例如从所述内燃机的新鲜空气输送器分支出来。所述二次空气泵用于压缩和输送借助于所述进气管路提供的二次空气。所述二次空气阀控制，即阻止或启用二次空气的吹入。所述二次空气系统的压力传感器在所述二次空气的流动方向上布置在所述二次空气泵的下游和所述二次空气阀的上游。所述吹入管路用于将借助于所述二次空气泵压缩的空气吹入所述内燃机的废气道中。
11.根据本公开，运行所述内燃机并且激活所述二次空气泵，由此位于所述二次空气泵和所述二次空气阀之间的二次空气被施加压力或由所述二次空气泵输送到所述二次空气系统中。根据本发明，在此所述二次空气阀首先是关闭的，从而没有二次空气从二次空气系统沿吹入管路吹入废气道中。二次空气的压力在所述二次空气泵运行期间连续增加。
12.根据本公开，随后打开所述二次空气阀，由此将二次空气吹入所述内燃机的废气道中。
13.根据本公开，利用所述压力传感器检测压力曲线，其中所述压力曲线表征在内燃机运行期间布置在所述二次空气泵和所述二次空气阀之间或流过所述二次空气泵和所述二次空气阀之间的二次空气的压力。因此，检测在二次空气阀关闭时向二次空气施加压力期间的压力曲线和在二次空气阀打开期间和之后的压力曲线。
14.根据本公开，然后从借助于所述压力传感器检测到的压力曲线中确定最大压力值。所述最大压力值是表征二次空气在检测到的压力曲线期间或内部的最高压力的压力值。
15.根据本公开，然后从检测到的压力曲线中确定压力平均值。所述压力平均值例如是所述压力曲线在特定时间段内的算术平均值。然后，根据本公开，将所述最大压力值与所述压力平均值进行比较。如果所述最大压力值与所述压力平均值的比较结果超过或低于预定阈值，则基于该比较可以识别出二次空气系统已被碳化。所述预定阈值也可以是限制带，其中如果所述比较的结果离开该限制带，则识别出二次空气系统已被碳化。所述预定阈值例如可以存储在控制单元的存储器中。碳化诊断可以连续地执行或根据预定的时间间隔执行。
16.所述最大压力值例如是直接在二次空气阀打开之前的压力值。因此，所述最大压力值与吹入管路的碳化程度无关。但是，如果吹入内燃机的废气道中的二次空气的吹入管道碳化，由此会减小二次空气流入废气道所通过的吹入管路的有效横截面，则检测到的压力平均值可能改变。因此，压力平均值取决于吹入管路的有效横截面或取决于吹入管路的碳化程度。因此，将相对恒定且与碳化程度无关的最大压力值与取决于吹入管路碳化程度的压力平均值进行比较是一种简单且同时可靠的比较，以识别出二次空气系统是否已被碳化。此外，本方法所需要的组件是二次空气系统的已经存在或安装在二次空气系统或具有二次空气系统的内燃机中的常规组件。因此，二次空气系统的碳化诊断可以简单、快速且与附加组件无关地进行。
17.根据一个实施方式，将来自所述压力曲线的直接在二次空气阀打开之前检测的压力分类为最大压力值并且用于将所述最大压力值与所述压力平均值进行比较。根据该实施方式可以想到，直接在操控二次空气阀以打开并因此将二次空气吹入废气道之前，将来自所述压力曲线的直接在此之前检测的压力分类为最大压力值。根据该实施方式，所述最大
压力值总是从压力曲线中检测的直接在二次空气阀打开之前占主导的压力。因此，能够防止将比二次空气阀打开前检测到的压力高的可能检测到的压力作为最大压力值来用于将最大压力值与压力平均值进行比较。此外，根据该实施方式，用于碳化诊断的方法更加可靠并且在较长的时间段内更加准确。
18.根据一种实施方式，在所述压力曲线的特定时间间隔内确定所述压力平均值，其中所述时间间隔从所述二次空气阀的打开开始。根据该实施方式，压力平均值仅由压力曲线的时间上在二次空气阀打开后用压力传感器检测的压力值形成。根据该实施方式的压力平均值仅由时间上在二次空气阀打开后的压力值或压力传感器的压力曲线组成。因此，根据该实施方式的压力平均值仅取决于检测到的压力值，所述检测到的压力值在从废气道吹入二次空气期间借助于压力传感器检测。根据该实施方式，压力平均值仅由在二次空气流通过可能碳化的吹入管道进入废气道期间借助于压力传感器检测到的压力曲线确定。因此，根据该实施方式，吹入管路的碳化程度直接影响检测到的压力平均值，从而该方法也可以准确和可靠地用于诊断二次空气系统的碳化。
19.根据一个实施方式，所述特定的时间间隔大于或等于25ms（毫秒）且小于或等于500ms，优选地大于或等于50ms且小于或等于300ms，其中所述时间间隔在二次空气阀打开后开始。根据该实施方式，可以较快地执行该方法。由此，可以在内燃机运行期间非常简单地执行该方法，而内燃机不必为了执行该方法长时间保持在特定的运行模式中。
20.根据一个实施方式，为了从所述压力曲线中确定所述压力平均值，将对应的压力曲线部分细分为大量的片段。在此，所述对应的压力曲线部分是压力曲线中用于确定压力平均值的部分。从而例如对应的压力曲线部分直接在二次空气阀打开后开始，并在例如三或五秒后结束。然后可以将对应的压力曲线部分例如细分为大量片段，例如10或20个片段。根据该实施方式，根据相应的片段确定相应的压力曲线最大值或相应的压力曲线最小值。片段内的压力曲线例如由于内燃机的排气阀的打开而受到波动，由此废气可以流入废气道中。因此，相应片段内的压力最大值是压力曲线最大值，而相应片段内的压力最小值是压力曲线最小值。因此，压力曲线最小值和压力曲线最大值分别形成压力曲线的上包络线和下包络线。根据该实施方式，然后确定压力曲线最大值或压力曲线最小值的算术平均值并用于确定压力平均值。根据该实施方式，可以通过非常简单且同时准确的方式从压力曲线中确定压力平均值，并用于将压力平均值与最大压力值进行比较以识别二次空气系统是否已被碳化。
21.根据一个实施方式，在使用所述压力传感器确定的压力曲线超过预定压力阈值时才开始所述二次空气系统的碳化诊断。如果例如识别出压力曲线超过所述预定压力阈值，则控制单元可以向内燃机和/或二次空气系统发出指令以执行二次空气系统的碳化诊断。
22.根据一种实施方式，所述二次空气系统的碳化诊断在所述内燃机的空转运行时和/或在所述内燃机的冷启动之后执行。内燃机的空转运行是内燃机的相对恒定的运行，在该运行期间二次空气系统的碳化诊断可以特别简单且有利地进行，而不会产生改变内燃机运行参数的影响。如前所述，直接在内燃机冷启动后吹入二次空气是特别重要的，以使内燃机的废气道中的废气催化转化器达到所需要的运行温度，从而实现内燃机的期望的排放行为。因此特别有利的是，也直接在内燃机的冷启动之后执行二次空气系统的碳化诊断，以获得二次空气系统或内燃机的排放行为的准确分析。
23.根据一个实施方式，为了将所述最大压力值与所述压力平均值进行比较，形成所述压力平均值与所述最大压力值的比值。然后将由此确定的比值与所述预定阈值进行比较，以识别二次空气系统是否已被碳化。形成压力平均值与最大压力值的比值是一种比较简单的方法，但同时代表了一种可靠的工具，以创建用于与预定阈值进行比较的良好比较值，从而根据该实施方式，最大压力值与压力平均值的比较可以特别简单且可靠地执行。
24.根据一个实施方式，所述吹入管路将二次空气特定于气缸地引入到废气道中。根据该实施方式，将用压力传感器检测到的压力曲线细分为分配给相应气缸的压力曲线部分。然后，根据由此生成的特定于气缸的压力曲线部分分别执行特定于气缸的碳化诊断。吹入管路可以具有例如多个分支，其中直接在相应气缸的排气阀之后的分支的端部将二次空气特定于气缸地吹入直接在相应气缸下游的废气道中。例如可以想到，压力传感器或大量压力传感器相应地检测特定于气缸的压力曲线部分，从而可以对吹入管路的相应分支进行特定于气缸的碳化诊断。根据该实施方式，所述碳化诊断特别准确，可以相应地分配给相应的气缸并且相应地提供关于吹入管路的分支的相应碳化状态的特别准确的预测或诊断。
25.根据本发明的另一方面，用于内燃机的二次空气系统的碳化诊断的设备具有控制单元，所述控制单元被构造为控制根据前述权利要求中任一项所述的方法。该设备例如可以是发动机控制单元。也可以想到，该设备是发动机控制单元的一部分或者作为附加的控制单元安装，例如安装在具有内燃机的车辆中。
附图说明
26.根据本公开的方法和根据本公开的设备的实施例和扩展在附图中示出并且基于以下描述得到更详细的解释。
27.图1示出了具有根据一个实施方式的二次空气系统的内燃机的示意图，图2示出了根据一个实施方式的压力曲线和转速曲线的示意图概览，图3示出了根据一个实施方式的用于执行二次空气系统的碳化诊断的方法的框图。
具体实施方式
28.图1以示意图示出了内燃机100，该内燃机具有发动机块210、进气道220、废气道230、第一λ探测器232、第二λ探测器234和废气催化转化器236。根据该实施方式，发动机块210具有四个气缸/燃烧室。空气借助于进气道220输送到发动机块210。废气借助于废气道230从发动机块210排出。废气道230在发动机块210下游具有用于减少污染物的废气催化转化器236。第一λ探测器232布置在发动机块210和废气催化转化器236之间的废气流动方向上，并且被设置用于检测发动机块210下游的废气中的氧含量。第二λ探测器234在废气的流动方向上布置在废气催化器236的下游并且被设置用于检测废气催化转化器236下游的废气的氧含量。
29.根据该实施方式，内燃机100具有二次空气系统300。该二次空气系统具有进气管路310、二次空气泵320、压力传感器330、二次空气阀340和吹入管路350。进气管路310用于向二次空气系统300提供新鲜空气。该新鲜空气或进入空气例如从内燃机100的进气道220分支出去（未示出）。二次空气系统300的二次空气泵320用于施加压力或输送二次空气360。
二次空气系统300的压力传感器330在二次空气360的流动方向上布置在二次空气泵320的下游，并且被设置为检测压力曲线，该压力曲线表征二次空气泵320下游的二次空气360的压力。二次空气系统300的二次空气阀340在二次空气360的流动方向上布置在压力传感器330的下游并且被设置为控制二次空气360吹入内燃机100的废气道230。二次空气系统300的吹入管路350用于将二次空气360引导到内燃机100的废气道230中。例如，吹入管路350可以在其端部具有多个分支，从而二次空气360直接在内燃机100的发动机块210的排气阀之后被吹入内燃机100的废气道220中。
30.图1根据该实施方式附加地示出了控制单元400，该控制单元被设置用于控制二次空气系统300的二次空气泵320和二次空气阀340。根据该实施方式，二次空气系统300的压力传感器330将检测到的二次空气360的压力曲线传送到控制单元400。根据该实施方式，第一λ探测器232和第二λ探测器234将它们检测到的氧气曲线传送到控制单元400。控制单元400根据该实施方式附加地被构造为执行或控制根据本公开的用于碳化诊断的方法并评估该方法的结果。
31.图2以示意图示出了图概览500。压力曲线图表在第一图表510中示出。转速曲线图表在第二图表520中示出并且来自内燃机100的不同组件的控制信号在第三图表530中示出。在第一图表510、第二图表520和第三图表530的横坐标上绘制了时间t。在第一图表510的纵坐标上绘制了借助于二次空气系统300的压力传感器330检测的压力p。在第二图表520的纵坐标上绘制了内燃机100的转速n。因此，第一图表510表示随着时间t的压力曲线512。在此可以看出压力如何借助于二次空气泵320一直增加到最大压力值513。然后打开二次空气阀340，由此导致可在第一图表510中看到的压力下降。相应地，在第一图表510中形成第一压力平均值514和第二压力平均值515。第一压力平均值514表示非碳化吹入管路350中的压力平均值。这特别是可以通过以下方式看出，即第一压力平均值514低于第二压力平均值515。相应地，第二压力平均值515表示二次空气系统300的部分碳化的吹入管路350中的压力平均值。如果二次空气系统300的一个或多个吹入管路350完全碳化并且因此没有二次空气360可以进入内燃机100的废气道230，则压力平均值514、515将对应于最大压力值513，因为没有二次空气360可以从二次空气系统300流出并且二次空气系统300中的压力即使在二次空气阀340打开时也保持恒定，或甚至进一步增加。
32.从第一图表510可以看出，第一压力平均值514和第二压力平均值515分别代表直接在打开二次空气阀340之后的对应时间窗508期间所测量的压力曲线512的下包络线。根据另一实施方式，检测到的压力曲线512的上包络线或简单平均值也是可以想到的。
33.第二图表520表示在执行用于识别碳化的方法期间随着时间t的转速曲线522。第三图表530示出了二次空气泵320的控制信号532、二次空气阀340的控制信号534、内燃机100的启动阶段的信号536和诊断曲线的信号538。从二次空气泵320的控制信号532可以看出，二次空气泵320在内燃机100在时间点t0投入运行的同时或直接在内燃机100在时间点t0投入运行之后激活，由此二次空气系统300中的压力增加。从二次空气阀340的控制信号534可以看出，当二次空气阀340被操控为在时间点t2打开时，二次空气系统300内的压力下降。在第二图表520中绘制了启动转速极限524，该启动转速极限说明内燃机100的转速从何时起超过了启动转速极限524。根据该实施方式，二次空气阀340直接在超过启动转速极限524之后的时间点t2打开。因此，来自第三图表的启动阶段的信号536说明内燃机100何时已
超过表示启动转速极限524的转速。在第一图表510中，附加地绘制了压力阈值516，根据该实施方式，压力曲线512必须在时间点t1超过该压力阈值516，由此才可以执行用于碳化诊断的方法。从第三图表530的诊断曲线的信号538可以看出，在压力曲线512已经超过压力阈值516时碳化诊断才开始，并且在时间点t3结束。
34.图3示出了根据实施方式的用于执行碳化诊断方法的流程图600。流程图600从第一步骤s1开始，该第一步骤启动碳化诊断方法的执行。在随后的第二步骤s2中执行第一查询，其中检查二次空气泵320是否正在运行。如果是，则继续该方法，如果否，则从头开始查询。在随后的第三步骤s3中执行第二查询，其中检查在二次空气系统300中是否已达到压力阈值516。如果是，则继续该方法，如果否，则从头开始查询。在随后的第四步骤s4中，如果第三查询是肯定的，则存储压力曲线512，其中例如借助于压力传感器330等距地检测压力，并传送到控制单元400以进行存储。
35.然后在第五步骤s5中执行第三查询610，其中检查是否已达到内燃机100的启动阶段的结束。如果是，则继续该方法，如果否，则重复该查询。如果第五步骤s5是肯定的，则直接在此之后在第六步骤s6中存储借助于压力传感器330检测的二次空气系统300内当前占主导的压力。将该压力存储为最大压力值513。然后在直接在第六步骤s6之后的第七步骤s7中，用于吹入二次空气360的二次空气阀340打开。然后在第八步骤s8中，在时间窗508期间检测压力曲线并且计算压力平均值。可以在可选步骤s9中通过压力最小值缓冲来计算压力平均值。在此，将用于计算压力平均值的压力曲线512在时间窗508期间细分为大小相等的片段，其中在各个片段中分别确定最小压力，并且由最小压力之和形成算术平均值，并且作为压力平均值514、515传送到控制单元400。在步骤s8之后的步骤s10中，形成压力平均值514、515与存储的最大压力值513的比值。在随后的步骤s11中，存储形成比值的结果，然后在步骤s12中与预定阈值进行比较。然后，如果比较查询的结果例如超过预定阈值，则识别出二次空气系统300已被碳化。这在图3的框图600中借助于碳化识别s13和无碳化识别s14示意性地示出。所述预定阈值例如可以存储在控制单元400中。