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Die
Erfindung geht von einem Verfahren und von einer Vorrichtung zum
Betrieb einer Wärmekraftmaschine
nach der Gattung der unabhängigen
Ansprüche
aus.
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Es
sind bereits Verfahren zum Betrieb einer Wärmekraftmaschine bekannt, die
in Form eines Abgasstranges eine Massenstromleitung umfassen und
bei denen im Abgasstrang mindestens eine einen Druckabfall bewirkende
Komponente, beispielsweise eine Turbine eines Abgasturboladers und/oder
ein Katalysator angeordnet ist. Dabei ist es weiterhin bekannt,
dass mittels eines ersten Drucksensors stromauf der Turbine ein
erster Druck und mittels eines zweiten Drucksensors stromab der
Turbine bzw. stromab des Katalysators ein zweiter Druck im Abgasstrang
gemessen werden.
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Derzeit
sind nur eingeschränkte
Maßnahmen
zur Überwachung
der beiden Drucksensoren im Abgasstrang bekannt. Bei sehr kleinen
Motordrehzahlen oder bei ausgeschaltetem Motor können die Sensorwerte der beiden
Drucksensoren einfach miteinander verglichen werden, da der Druckunterschied
zwischen dem ersten Drucksensor und dem zweiten Drucksensor vernachlässigbar
ist. Für
andere Betriebspunkte bei größeren Drehzahlen
gibt es grobe Schätzverfahren
für die Überwachung
der Drucksensoren, die jedoch insbesondere die tatsächliche
Beladung eines Partikelfilters im Abgasstrang unberücksichtigt
lassen.
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Vorteile der
Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Betrieb einer Wärmekraftmaschine
mit den Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche
haben demgegenüber
den Vorteil, dass der erste Drucksensor und der zweite Drucksensor
abhängig
von mindestens einer modellierten mindestens einen Druckabfall in
der Massenstromleitung zwischen dem ersten Drucksensor und dem zweiten
Drucksensor charakterisierenden Größe plausibilisiert werden.
Auf diese Weise erlaubt die Plausibilisierung gegenüber bekannten Überwachungsmechanismen
auch die Detektion einer fehlerhaften Verrohrung des Abgasstranges, von
Undichtigkeiten im Abgasstrang und einer Sensordrift. Außerdem wird
bei der erfindungsgemäßen Plausibilisierung
die tatsächliche
Beladung eines Partikelfilters im Abgasstrang berücksichtigt.
Die erfindungsgemäße Plausibilisierung
ist außerdem
auch für
Betriebspunkte bei größeren Motordrehzahlen
und damit allgemein in einem größeren Betriebsbereich
der Wärmekraftmaschine
sehr genau.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch
angegebenen Verfahrens zum Betrieb einer Wärmekraftmaschine möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist es, wenn ein erster Wert für eine Druckdifferenz zwischen
dem ersten Drucksensor und dem zweiten Drucksensor in der Massenstromleitung
aus der Differenz des ersten Druckes und des zweiten Druckes gebildet
wird, wenn ein zweiter Wert für
diese Druckdifferenz abhängig
von der mindestens einen modellierten mindestens einen Druckabfall
in der Massenstromleitung zwischen dem ersten Drucksensor und dem
zweiten Drucksensor charakterisierenden Größe gebildet wird, wenn der
erste Wert für
die Druckdifferenz mit dem zweiten Wert für die Druckdifferenz verglichen
wird und wenn im Falle einer Abweichung des ersten Wertes für die Druckdifferenz
vom zweiten Wert für
die Druckdifferenz um mehr als einen ersten vorgegebenen Wert ein
Fehler erkannt wird. Auf diese Weise lassen sich die beiden Drucksensoren
besonders einfach über
die zwischen ihnen liegende Druckdifferenz plausibilisieren. Außerdem lässt sich
auf diese Weise besonders einfach und zuverlässig ein Fehler in der Massenstromleitung
zwischen dem ersten Drucksensor und dem zweiten Drucksensor, wie
beispielsweise eine fehlerhafte Verrohrung oder eine Undichtigkeit
detektieren. Die Detektion einer unerwünschten Sensordrift erfordert
dabei außerdem
nicht die Plausibilisierung jedes Druck sensors für sich, sondern lässt sich
mit der einmaligen Plausibilisierung der Druckdifferenz besonders
wenig aufwändig
realisieren.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn ausgehend vom ersten Druck und
einer ersten modellierten einen ersten Druckabfall in der Massenstromleitung
zwischen dem ersten Drucksensor und dem zweiten Drucksensor charakterisierenden
Größe ein erster
Wert für
einen dritten Druck in der Massenstromleitung zwischen dem ersten
Drucksensor und dem zweiten Drucksensor ermittelt wird, wenn ausgehend
vom zweiten Druck und einer zweiten modellierten einen zweiten Druckabfall
in der Massenstromleitung zwischen dem ersten Drucksensor und dem
zweiten Drucksensor charakterisierenden Größe ein zweiter Wert für den dritten
Druck in der Massenstromleitung zwischen dem ersten Drucksensor
und dem zweiten Drucksensor ermittelt wird, wenn der erste Wert
für den
dritten Druck mit dem zweiten Wert für den dritten Druck verglichen
wird und wenn im Falle einer Abweichung des ersten Wertes für den dritten
Druck vom zweiten Wert für
den dritten Druck um mehr als einen zweiten vorgegebenen Wert ein
Fehler erkannt wird. Auf diese Weise kann die erfindungsgemäße Plausibilisierung
besonders einfach und wenig aufwändig
dadurch erfolgen, dass in Form des dritten Druckes an einer vorgegebenen
Stelle oder in einem vorgegebenen Bereich der Massenstromleitung
zwischen dem ersten Drucksensor und dem zweiten Drucksensor ein
Druck einmal ausgehend von dem vom ersten Drucksensor ermittelten
ersten Druck und zum Anderen ausgehend von dem vom zweiten Drucksensor
ermittelten zweiten Druck ermittelt wird und dann die beiden Werte
für diesen
dritten Druck miteinander verglichen werden. Diese Lösung lässt sich
mit einem geringstmöglichen
Aufwand realisieren.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn zwischen dem ersten Drucksensor
und dem zweiten Drucksensor mehrere Komponenten in der Massenstromleitung
angeordnet sind und wenn die mindestens eine modellierte mindestens
einen Druckabfall in der Massenstromleitung zwischen dem ersten
Drucksensor und dem zweiten Drucksensor charakterisierende Größe für einen
Druckabfall über
einer oder mehrerer dieser Komponenten charakteristisch ist. Auf
diese Weise lässt
sich die mindestens eine modellierte mindestens einen Druckabfall in
der Massenstromleitung zwischen dem ersten Drucksensor und dem zweiten
Drucksensor charakterisierende Größe unter Berücksichtigung
der Eigenschaften der entsprechenden Komponente bzw. der entsprechenden
Komponenten einfach ermitteln.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die erste modellierte einen ersten
Druckabfall in der Massenstromleitung zwischen dem ersten Drucksensor
und dem zweiten Drucksensor charakterisierende Größe für einen
Druckabfall über
mindestens einer Komponente zwischen dem ersten Drucksensor und
der Stelle der Massenstromleitung, in der der dritte Druck ermittelt
wird, charakteristisch ist und wenn die zweite modellierte einen
zweiten Druckabfall in der Massenstromleitung zwischen dem ersten
Drucksensor und dem zweiten Drucksensor charakterisierende Größe für einen
Druckabfall über
mindestens einer Komponente zwischen dem zweiten Drucksensor und
der Stelle der Massenstromleitung, in der der dritte Druck ermittelt
wird, charakteristisch ist. Auf diese Weise lässt sich der erste Wert für den dritten
Druck und der zweite Wert für
den dritten Druck in definierter Weise und damit besonders zuverlässig bestimmen,
so dass die erfindungsgemäße Plausibilisierung
besonders aussagekräftig
ist.
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Die
Ermittlung der mindestens einen modellierten mindestens einen Druckabfall
in der Massenstromleitung zwischen dem ersten Drucksensor und dem
zweiten Drucksensor charakterisierenden Größe kann besonders einfach durch
ein mathematisches Modell oder kennfeldgesteuert erfolgen.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die mindestens eine modellierte
mindestens einen Druckabfall in der Massenstromleitung zwischen
dem ersten Drucksensor und dem zweiten Drucksensor charakterisierende Größe betriebspunktabhängig ermittelt
wird. Auf diese Weise lässt
sich die erfindungsgemäße Plausibilisierung
für verschiedene
Betriebspunkte der Wärmekraftmaschine
durchführen
und insbesondere nicht nur für einen
Betriebsbereich mit kleinen Motordrehzahlen und/oder kleinen Einspritzungen.
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Weiterhin
vorteilhaft ist es, wenn die Plausibilisierung nur in quasi-stabilen
Betriebszuständen
der Wärmekraftmaschine
durchgeführt
wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Plausibilisierung
nicht durch die Änderung
von Betriebsgrößen der
Wärmekraftmaschine
verfälscht
wird.
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Ein
weiterer Vorteil ergibt sich, wenn die Plausibilisierung innerhalb
einer vorgegebenen Zeit durchgeführt
wird. Auf diese Weise kann bei geeigneter Vorgabe dieser Zeit sichergestellt
werden, dass ein vorliegender Fehler durch die Plausibilisierung
auch sicher erkannt wird, d. h. dass genügend Zeit vorhanden ist, damit die
Plausibilisierung ein aussagekräftiges
Ergebnis liefern kann.
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Zeichnung
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen 1 eine schematische Ansicht
eines Abgasstranges einer Wärmekraftmaschine, 2 ein
Funktionsdiagramm zur Erläuterung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gemäß einer
ersten Ausführungsform
und 3 ein Funktionsdiagramm zur Erläuterung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gemäß einer
zweiten Ausführungsform.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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In 1 kennzeichnet 1 eine
Wärmekraftmaschine.
Im Folgenden soll beispielhaft angenommen werden, dass die Wärmekraftmaschine 1 als
Brennkraftmaschine, beispielsweise als Ottomotor oder als Dieselmotor
ausgebildet ist. Dabei kann die Brennkraftmaschine 1 beispielsweise
ein Fahrzeug antreiben. 1 zeigt dabei im wesentlichen
einen Abgasstrang 5 der Brennkraftmaschine 1.
Dieser erstreckt sich von mindestens einem Zylinder 55 bis
zu einem Schalldämpfer 25.
Bei der Verbrennung von Luft- und Kraftstoff in dem mindestens einen
Zylinder 55 entsteht Abgas, das in dem Fachmann bekannter
Weise aus dem mindestens einen Zylinder 55 über mindestens
ein Auslassventil in den Abgasstrang 5 ausgestoßen wird.
Der sich dabei ergebende Abgasmassenstrom ist in 1 mit m . EG gekennzeichnet. Die Strömungsrichtung
des Abgases im Abgasstrang 5 ist in 1 durch
Pfeile gekennzeichnet. Stromabwärts
des mindestens einen Zylinders 55 ist im Abgasstrang 5 ein
erster Drucksensor 30 angeordnet, der einen ersten Druck
p3 des Abgases an dieser Stelle des Abgasstranges 5 misst
und das Messergebnis an eine Motorsteuerung 40 weiterleitet.
Stromabwärts
des ersten Drucksensors 30 ist im Abgasstrang 5 eine
erste Komponente 10 in Form einer Turbine eines Abgasturboladers
angeordnet, die über
eine Welle 60 einen Verdichter 65 in einer in 1 nicht
dargestellten Luftzufuhr der Brennkraftmaschine 1 antreibt.
Dabei kann die Turbine 10 zur Einstellung eines gewünschten Ladedruckes
in der Luftzufuhr von der Motorsteuerung 40 angesteuert
werden. Der gewünschte
Ladedruck kann dabei beispielsweise durch Einstellung eines geeigneten Öffnungsgrades
eines Bypassventils eines die Turbine 10 umgehenden Bypasskanals
erreicht werden. Alternativ kann der gewünschte Ladedruck auch durch
geeignete Verstellung der Geometrie der Turbine 10 realisiert
werden. Beide Maß nahmen
sind dem Fachmann geläufig
und werden deshalb hier nicht weiter ausgeführt. Im Folgenden soll beispielhaft
angenommen werden, dass der gewünschte
Ladedruck durch entsprechende Variation der Geometrie der Turbine 10 von
der Motorsteuerung 40 eingestellt wird. Stromabwärts der
Turbine 10 ist im Abgasstrang 5 optional ein Katalysator 15 angeordnet,
wie in 1 gestrichelt dargestellt ist. Stromabwärts des
Katalysators 15 ist im Abgasstrang 5 ein zweiter
Drucksensor 35 angeordnet, der einen zweiten Druck p5 des
Abgases an dieser Stelle im Abgasstrang 5 misst und das
Messergebnis ebenfalls an die Motorsteuerung 40 weiterleitet.
Stromabwärts des
zweiten Drucksensors 35 ist gemäß 1 ein Partikelfilter 20 im
Abgasstrang 5 angeordnet, dem wiederum stromabwärts im Abgasstrang 5 der
Schalldämpfer 25 folgt.
Der zweite Druck p5 stellt genauer gesagt den um den Umgebungsdruck
pu erhöhten
Druckabfall dar, der sich im wesentlichen über dem Partikelfilter 20 ergibt.
Die Turbine 10 stellt wie beschrieben eine erste Komponente
im Abgasstrang 5 dar. Der Katalysator 15 stellt
eine zweite Komponente, das Partikelfilter 20 eine dritte
Komponente und der Schalldämpfer 25 eine
vierte Komponente im Abgasstrang 5 dar. Der Motorsteuerung 40 sind
weitere Eingangsgrößen 140 zugeführt, die von
geeigneten Sensoren gemessen oder in dem Fachmann bekannter Weise
aus weiteren Betriebsgrößen der
Brennkraftmaschine 1 modelliert werden können. Dazu
gehören
z. B. die Temperatur T3 im Abgasstrang 5 zwischen dem mindestens
einen Zylinder 55 und der Turbine 10 sowie der
Abgasmassenstrom m . EG der Abgasmassenstrom m . EG. Der Abgasmassenstrom m . EG kann
z. B. als Summe des Frischluftmassenstroms im Saugrohr und des Kraftstoffeinspritzmassenstroms
in dem Fachmann bekannter Weise modelliert werden. Weitere der Motorsteuerung 40 zugeführte Größen, wie
beispielsweise Anforderungen von Fahrzeugfunktionen, wie einem Antiblockiersystem,
einer Antriebschlupfregelung, einer Fahrdynamikregelung, usw. oder
Anforderungen von Nebenaggregaten, wie beispielsweise Klimaanlage,
Servolenkung, usw. die die Einstellung einer bestimmten Ausgangsgröße, beispielsweise
eines bestimmten Drehmomentes oder einer bestimmten Leistung der
Brennkraftmaschine 1 zum Ziel haben, sind in 1 nicht
weiter dargestellt, da sie in dem Fachmann bekannter Weise erfolgen
und für
das Verständnis
und die Realisierung der Erfindung nicht von Bedeutung sind. Weiterhin
erzeugt die Motorsteuerung 40 neben der Ansteuergröße für die Turbine 10 weitere
Ausgangsgrößen 145,
um die beschriebenen Anforderungen an die Ausgangsgrößen der
Brennkraftmaschine 1 umzusetzen. Durch diese weiteren Ausgangsgrößen 145 kann
beispielsweise der Zündwinkel
und die Drosselklappe im Falle eines Ottomotors und die Kraftstoffeinspritzmenge
im Falle eines Otto- oder eines Dieselmotors geeignet angesteuert
werden. Auch dies erfolgt in dem Fachmann bekannter Weise.
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Erfindungsgemäß ist es
nun vorgesehen, dass der erste Drucksensor 30 und der zweite
Drucksensor 35 abhängig
von mindestens einer modellierten mindestens einen Druckabfall im
Abgasstrang 5 zwischen dem ersten Drucksensor 30 und
dem zweiten Drucksensor 35 charakterisierenden Größe plausibilisiert
werden.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
der Erfindung geschieht dies dadurch, dass ein erster Wert für eine Druckdifferenz
zwischen dem ersten Drucksensor 30 und dem zweiten Drucksensor 35 im
Abgasstrang 5 aus der Differenz des ersten Druckes p3 und
des zweiten Druckes p5 gebildet wird, dass ein zweiter Wert für diese
Druckdifferenz abhängig
von der mindestens einen modellierten mindestens einen Druckabfall
in der Massenstromleitung zwischen dem ersten Drucksensor 30 und
dem zweiten Drucksensor 35 charakterisierenden Größe gebildet
wird, dass der erste Wert für
die Druckdifferenz mit dem zweiten Wert für die Druckdifferenz verglichen
wird und das im Fall einer Abweichung des ersten Wertes für die Druckdifferenz
vom zweiten Wert für
die Druckdifferenz um mehr als einen ersten vorgegebenen Wert S1
ein Fehler erkannt wird.
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In
2 ist
ein Funktionsdiagramm dargestellt, anhand dessen die Funktionsweise
der ersten Ausführungsform
erläutert
wird. Durch das erste Funktionsdiagramm wird eine erste Plausibilisierungseinheit
45 realisiert.
Das Funktionsdiagramm gemäß
2 kann
dabei software- und/oder hardwaremäßig in der Motorsteuerung
40 implementiert
sein. Weiterhin kennzeichnen in
2 gleiche
Bezugszeichen gleiche Elemente wie in
1. Der Übersichtlichkeit
halber ist in
2 auch der erste Drucksensor
30 und
der zweite Drucksensor
35 dargestellt, die jedoch nicht
in der Motorsteuerung
40 angeordnet sind. Für die Durchführung der
Plausibilisierung der beiden Drucksensoren
30,
35 wird
der vom ersten Drucksensor
30 gemessene erste Druck p3 einem
ersten Subtraktionsglied
80 zugeführt. Der vom zweiten Drucksensor
35 gemessene
zweite Druck p5 wird ebenfalls dem ersten Subtraktionsglied
80 zugeführt. Das
erste Subtraktionsglied
80 subtrahiert vom ersten Druck
p3 den zweiten Druck p5 und gibt am Ausgang den ersten Wert p3 – p5 für die Drückdifferenz
zwischen dem ersten Drucksensor
30 und dem zweiten Drucksensor
35 im
Abgasstrang
5 ab. Dieser erste Wert p3 – p5 für die Druckdifferenz wird einem
vierten Subtraktionsglied
95 zugeführt. Weiterhin ist eine erste
Modellierungseinheit
70 vorgesehen, die eine erste einen
ersten Druckabfall im Abgasstrang
5 zwischen dem ersten
Drucksensor
30 und dem zweiten Drucksensor
35 charakterisierende
Größe Δp1 modelliert.
Diese erste modellierte Größe Δp1 ist dabei
außerdem
für den Druckabfall über der
Turbine
10 charakteristisch. Zur Bildung dieser ersten
modellierten Größe Δp1 ist der
ersten Modellierungseinheit
70 auch der vom ersten Drucksensor
30 ermittelte
erste Druck p3 zugeführt
sowie die Temperatur T3 und der Abgasmassenstrom m .
EG.
Die erste modellierte Größe Δp1 ergibt
sich dabei gemäß der folgenden
Gleichung, die eine Näherungslösung der Flussgleichung
darstellt:
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Die
Gleichung (1) stellt somit ein mathematisches Modell dar. Die Gleichung
(1) wird auch als Turbinenmodell bezeichnet, weil sie eine für den Druckabfall über die
Turbine 10 charakteristische Größe modelliert.
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ψkrit ≈ 0,47 begrenzt
den Massenfluss gerichtet durch die Turbine 10 bei einem
Druckverhältnis πkrit ≈ 0,53 und
R die allgemeine Gaskonstante. Die Größen πkrit, ψkrit und R sind dabei in der
Motorsteuerung 40 abgelegt und vorbekannt. Die Größen πkrit und ψkrit beschreiben
dabei Eigenschaften der Turbine, die den Durchfluss des Abgases
durch die Turbine 10 beeinflussen und beispielsweise vom
Hersteller der Turbine 10 vorgegeben bzw. angegeben werden.
Bei der Größe aeff handelt es sich um die effektive Querschnittsfläche der
Turbine 10. Diese hängt
von der Ansteuerung durch die Motorsteuerung 40 und damit
von der variabel eingestellten Geometrie der Turbine 10 ab.
Sie kann betriebspunktabhängig
beispielsweise auf einem Prüfstand ermittelt
und in der Motorsteuerung 40 abgelegt werden. Je nach dem
Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 bei der Durchführung der
Plausibilisierung wird dann die zugehörige effektive Querschnittsfläche aeff der Turbine 10 aus einem der
Motorsteuerung 40 zugeordneten Speicher entnommen. Die
erste Modellierungseinheit 70 setzt die Gleichung (1) um
und bildet so an ihrem Ausgang die erste modellierte Größe Δp1, die sie
einem zweiten Subtraktionsglied 85 zuführt. Dort wird sie von dem
Wert 1 abgezogen, so dass sich am Ausgang des zweiten Subtraktionsgliedes 85 der
Wert 1 – Δp1 ergibt.
Dieser Wert wird einem ersten Multiplikationsglied 110 zugeführt, dem
gleichzeitig auch der vom ersten Drucksensor 30 ermittelte
erste Druck p3 als weitere Eingangsgröße zugeführt wird. Die beiden Eingangsgrößen werden
im ersten Multiplikationsglied 110 multipliziert, so dass
sich am Ausgang des ersten Multiplikationsgliedes 110 der
Wert p3 – p3
* Δp1 ergibt.
Der Wert p3 * Δp1
entspricht dabei einem ersten Wert p4' für
einen dritten Druck p4 des Abgases zwischen der Turbine 10 und
dem Katalysator 15 im Abgasstrang 5. Somit ergibt
sich am Ausgang des ersten Multiplikationsgliedes 110 die
Druckdifferenz p3 – p4' über der Tur bine 10 im
Abgasstrang 5. Die Druckdifferenz p3 – p4' wiederum ist der Druckabfall, der sich
zwischen dem ersten Drucksensor 30 und der Stelle im Abgasstrang 5 ergibt,
an der der dritte Druck p4 ermittelt wird. Diese Druckdifferenz
p3 – p4' wird einem dritten
Subtraktionsglied 90 zugeführt. Ferner ist eine zweite
Modellierungseinheit 75 vorgesehen, die eine zweite einen
zweiten Druckabfall im Abgasstrang 5 zwischen dem ersten
Drucksensor 30 und dem zweiten Drucksensor 35 charakterisierende
Größe Δp2 modelliert.
Diese zweite modellierte Größe Δp2 entspricht
dabei in diesem Beispiel auch gleichzeitig einer Größe, die
für den
Druckabfall über
dem Katalysator 15 im Abgasstrang 5 charakteristisch
ist.
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Die
zweite modellierte Größe Δp2 wird dabei
von der zweiten Modellierungseinheit 75 betriebspunktabhängig modelliert.
Der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 soll für sämtliche
Ausführungsbeispiele
der Erfindung beispielhaft durch die Motordrehzahl und die Last
der Brennkraftmaschine 1 bestimmt sein, wobei die Motordrehzahl
beispielsweise durch einen Drehzahlsensor in dem Fachmann bekannter
Weise ermittelt und der Motorsteuerung 40 zugeführt werden
kann und die Last beispielsweise durch die Füllung des mindestens einen
Zylinders 55 oder durch die zugeführte Kraftstoffmenge oder durch
eine Fahrpedalbetätigung
in dem Fachmann bekannter Weise von der Motorsteuerung 40 bestimmt
werden kann. So kann die zweite modellierte Größe Δp2 beispielsweise den Druckabfall über dem
Katalysator 15 darstellen und für verschiedene Betriebspunkte
der Brennkraftmaschine 1 beispielsweise auf einem Prüfstand ermittelt
werden. Dabei wird am Prüfstand
der dritte Druck p4 gemessen, wobei ein leeres Partikelfilter im
Abgasstrang 5 verwendet wird. Somit wird angenommen, dass
der Druckabfall über
dem Katalysator 15 gleich der Differenz zwischen dem dritten Druck
p4 und dem Umgebungsdruck pu ist, der ebenfalls in dem Fachmann
bekannter Weise gemessen werden kann. Die so ermittelten Druckdifferenzen
p4 – pu
werden dann in Zuordnung zum jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 ebenfalls
in der Motorsteuerung 40 bzw. dem der Motorsteuerung 40 zugeordneten
Speicher als jeweils zweite modellierte Größe Δp2 abgelegt. Alternativ kann
für diese
Modellierung der zweiten modellierten Größe Δp2 auch einfach die Druckdifferenz
p4 – p5
auf dem Prüfstand
für verschiedene
Betriebspunkte der Brennkraftmaschine 1 ermittelt werden,
genauso wie für
die Modellierung der ersten modellierten Größe Δp1 anstatt des mathematischen
Modells auch einfach auf dem Prüfstand
die Druckdifferenz p3 – p4
für verschiedene
Betriebspunkte der Brennkraftmaschine gemessen werden kann. Die
betriebspunktabhängige
Modellierung des ersten mo dellierten Wertes Δp1 bzw. des zweiten modellierten
Wertes Δp2 auf
einem Prüfstand
kann somit zur Bildung eines Kennfeldes führen, bei dem die erste modellierte
Größe Δp1 bzw. die
zweite modellierte Größe Δp2 abhängig vom
jeweiligen Betriebspunkt, in diesem Beispiel also von der Motordrehzahl
und der Last abgelegt sind. Somit ergibt sich eine kennfeldgesteuerte
Modellierung der ersten modellierten Größe Δp1 bzw. der zweiten modellierten
Größe Δp2. Die kennfeldgestützte Modellierung
der Größe Δp1 ist besonders
dann geeignet, wenn es sich bei der ersten Komponente 10 um
eine Komponente mit starrer Geometrie handelt, z. B. Turbine mit
fester Geometrie oder Oxidationskatalysator. Bei der Durchführung der
Plausibilisierung wird dann auch die zweite modellierte Größe Δp2 von der
zweiten Modellierungseinheit 75 abhängig vom aktuellen Betriebspunkt
aus dem der Motorsteuerung 40 zugeordneten Speicher ermittelt
und an das dritte Subtraktionsglied 90 weitergeleitet.
Im dritten Subtraktionsglied 90 wird die Differenz p3 – p4' – Δp2 der beiden Eingangsgrößen gebildet
und als zweiter Wert für
die Druckdifferenz zwischen dem ersten Drucksensor 30 und
dem zweiten Drucksensor 35 im Abgasstrang 5 dem
vierten Subtraktionsglied 95 zugeführt. Somit ist der zweite Wert
für die
Druckdifferenz vom modellierten Druckabfall über der Turbine 10 und
vom modellierten Druckabfall über
dem Katalysator 15 abhängig.
Im vierten Subtraktionsglied 95 wird die Differenz Δ1 der beiden
Eingangsgrößen des
vierten Subtraktionsgliedes 95 gebildet. Diese Differenz Δ1 ergibt
sich somit zu p3 – p5 – p3 + p4' + Δp2 = p4' + Δp2 – p5. Die
Differenz Δ1
wird einem ersten Vergleichsglied 120 als Eingangsgröße zugeführt, dem
auch der erste vorgegebene Wert S1 von einem ersten Speicher 130 der
Motorsteuerung 40 als Eingangsgröße zugeführt wird. Die erste Vergleichseinheit 120 vergleicht
die Differenz Δ1
mit dem ersten vorgegebenen Wert S1. Ist die Differenz Δ1 betragsmäßig größer als
der erste vorgegebene Wert S1 so erzeugt die erste Vergleichseinheit 120 ein
erstes Fehlersignal F1. Dies kann beispielsweise durch Setzen eines
ersten Fehlerbits erfolgen. Durch das erste Fehlerbit kann beispielsweise
eine Fehlermeldung optisch und/oder akustisch signalisiert werden.
Zusätzlich
oder alternativ kann die Motorsteuerung 40 im Falle eines
gesetzten ersten Fehlerbits eine Notlaufmaßnahme der Brennkraftmaschine 1 durch
entsprechende Ansteuerung der Zündung
und/oder der Luftzufuhr im Falle eines Ottomotors bzw. der Einspritzung von
Kraftstoff im Falle eines Otto- oder eines Dieselmotors veranlassen,
in letzter Konsequenz kann die Motorsteuerung 40 die Brennkraftmaschine 1 im
Fehlerfall auch abschalten.
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In 3 ist
ein zweites Funktionsdiagramm dargestellt, dass ebenfalls software- und/oder hardwaremäßig in der
Motorsteuerung 40 implementiert sein kann und anhand dessen
die Realisierung der erfindungsgemäßen Plausibilisierung gemäß einer
zweiten Ausführungsform
beschrieben werden soll. Diese zweite Ausführungsform ist gegenüber der
ersten Ausführungsform
noch vereinfacht. Dabei kennzeichnen in 3 gleiche
Bezugszeichen gleiche Elemente wie in den vorherigen Figuren. Gemäß der zweiten
Ausführungsform
ist es vorgesehen, dass ausgehend vom ersten Druck p3 und der ersten
modellierten Größe Δp1, die den
Druckabfall über
der Turbine 10 charakterisiert, wiederum der erste Wert
p4' für den dritten
Druck im Abgasstrang 5 zwischen der Turbine 10 und
dem Katalysator 15 ermittelt wird. Weiterhin wird ausgehend
vom zweiten Druck p5 und der zweiten modellierten Größe Δp2, die den
Druckabfall über
dem Katalysator 15 darstellt, ein zweiter Wert p4'' für
den dritten Druck im Abgasstrang 5 zwischen der Turbine 10 und
dem Katalysator 15 ermittelt. Der erste Wert p4' für den dritten
Druck wird dann mit dem zweiten Wert p4'' für den dritten
Wert verglichen. Im Falle einer Abweichung des ersten Wertes p4' für den dritten
Druck vom zweiten Wert p4'' für den dritten Druck
um mehr als einen zweiten vorgegebenen Wert S2 wird wiederum ein
Fehler erkannt. Der erkannte Fehler kann dabei wie auch im ersten
Ausführungsbeispiel
von einer fehlerhaften Verrohrung im Abgasstrang 5 zwischen
dem ersten Drucksensor 30 und dem zweiten Drucksensor 35,
einer Undichtheit im Abgasstrang 5 zwischen dem ersten
Drucksensor 30 und dem zweiten Drucksensor 35 oder
aufgrund eines Sensordefekts z. B. einer Sensordrift des ersten
Drucksensors 30 und/oder des zweiten Drucksensors 35 herrühren.
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Durch
das zweite Funktionsdiagramm gemäß 3 wird
eine zweite Plausibilisierungseinheit 50 realisiert, wobei
wiederum der Übersichtlichkeit
halber der erste Drucksensor 30 und der zweite Drucksensor 35 dargestellt
sind, die eigentlich nicht zur Motorsteuerung 40 gehören und
außerhalb
dieser angeordnet sind. Gemäß dem Funktionsdiagramm
nach 3 wird bei der Durchführung der Plausibilisierung
der vom ersten Drucksensor 30 gemessene erste Druck p3
einen zweiten Multiplikationsglied 115 zugeführt. Das
zweite Funktionsdiagramm 50 umfasst ferner die bereits
beschriebene erste Modellierungseinheit 70, die in der
zur ersten Ausführungsform
beschriebenen Weise anhand des mathematischen Modells nach Gleichung
(1) in Abhängigkeit
des vom ersten Drucksensors 30 zugeführten ersten Druckes p3, sowie
der zugeführten
Temperatur T3 und des zugeführten
Abgasmassenstroms m . EG die erste modellierte
Größe Δp1 bildet
und diese ebenfalls dem zweiten Multiplikationsglied 115 zuführt. Dabei
kann die erste modellierte Größe Δp1 wie bereits
für das
erste Ausführungsbeispiel
beschrieben auch kennfeldgesteuert ermittelt werden. Durch Multiplikation
des ersten Druckes p3 mit der ersten modellierten Größe Δp1 bildet
die das zweite Multiplikationsglied 115 den ersten Wert
p4' für den dritten
Druck. Dieser erste Wert p4' für den dritten
Druck wird einem fünften
Subtraktionsglied 100 zugeführt. Ferner wird der vom zweiten
Drucksensor 35 ermittelte zweite Druck p5 einem Additionsglied 105 zugeführt. Das
zweite Funktionsdiagramm 50 umfasst ferner die zweite Modellierungseinheit 75,
die bereits bezüglich
des ersten Ausführungsbeispiels
beschrieben wurde und in der dort beschriebenen Weise kennfeldgesteuert
die zweite modellierte Größe Δp2 ermittelt
und ebenfalls an das Additionsglied 105 abgibt. Das Additionsglied 105 addiert
den zweiten Druck p5 mit der zweiten modellierten Größe Δp2 und bildet
dabei den zweiten Wert p4'' für den dritten
Druck und leitet diesen zweiten Wert p4'' für den dritten
Druck ebenfalls an das fünfte
Subtraktionsglied 100 weiter. So wird also der erste Wert
p4' für den dritten
Druck ausgehend vom ersten Druck p3 und der ersten modellierten
Größe Δp1 und der
zweite Wert p4'' ausgehend vom zweiten Druck
p5 und der zweiten modellierten Größe Δp2 gebildet. Im fünften Subtraktionsglied 100 wird
die Differenz p4' – p4'' zwischen dem ersten Wert p4' für den dritten
Druck und dem zweiten Wert p4'' für den dritten
Druck gebildet. Diese Differenz p4' – p4'' wird einer zweiten Vergleichseinheit 125 als
Eingangsgröße zugeführt. Der zweiten
Vergleichseinheit 125 wird als weitere Eingangsgröße der zweite
vorgegebene Wert S2 aus einem zweiten Speicher 135 der
Motorsteuerung 40 zugeführt.
Die zweite Vergleichseinheit 125 prüft, ob die Differenz p4' – p4'' betragsmäßig größer als
der zweite vorgegebene Wert S2 ist. In diesem Fall erzeugt die zweite
Vergleichseinheit 125 ein Fehlersignal F2, das beispielsweise
in einem gesetzten zweiten Fehlerbit besteht. Mit dem Setzen des
zweiten Fehlerbits kann wiederum eine optische und/oder akustische
Signalisierung des Fehlers verbunden sein. Zusätzlich oder alternativ kann
die Motorsteuerung 40 in der bereits zur ersten Ausführungsform
beschriebenen Weise eine Notlaufmaßnahme der Brennkraftmaschine 1 einleiten
oder die Brennkraftmaschine 1 in letzter Konsequenz auch
abschalten.
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Der
erste vorgegebene Wert S1 und der zweite vorgegebene Wert S2 können beispielsweise
auf einem Prüfstand
geeignet so appliziert werden, dass durch die Druckmessung oder
die Modellierung bedingte Toleranzen bei der Bildung der Differenz Δ1 bzw. der
Differenz p4' – p4'' nicht zum Setzen des ersten Fehlerbits bzw.
des zweiten Fehlerbits führen.
Auf diese Weise kann bei geeigneter Applikation des ersten vorgegebenen Wertes
S1 bzw. des zweiten vorgegebenen Wertes S2 sichergestellt werden,
dass das erste Fehlerbit bzw. das zweite Fehlerbit nur dann gesetzt
wird, wenn tatsächlich
ein Fehler beispielsweise aufgrund einer Undichtheit im Abgasstrang
zwischen dem ersten Drucksensor 30 und dem zweiten Drucksensor 35 oder
einer fehlerhaften Verrohrung zwischen dem ersten Drucksensor 30 und
dem zweiten Drucksensor 35 oder aufgrund einer unerwünschten
Sensordrift des ersten Drucksensors 30 und/oder des zweiten
Drucksensors 35 vorliegt.
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Für beide
beschriebenen Ausführungsformen
kann es vorgesehen sein, dass die Durchführung der beschriebenen Plausibilisierung
nur in quasi-stabilen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 1 durchgeführ wird.
Dabei kann es vorgesehen sein, die Plausibilisierung nur bei einem
vorgegebenen Arbeitspunkt durchzuführen, für den auch die erste modellierte
Größe Δp1 und die
zweite modellierte Größe Δp2 vorliegen. Dazu
können
die den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 bestimmenden
Größen wie
in diesem Beispiel die Motordrehzahl und die Last zusätzlich oder
alternativ auch der Ladedruck beobachtet werden. Zur Bestimmung
des Betriebspunktes der Brennkraftmaschine 1 kann auch
die Stellung der Turbine 10, d. h. der effektive Öffnungsquerschnitt
aeff der Turbine 10 herangezogen
werden, der wie beschrieben von der Motorsteuerung 40 in
Abhängigkeit
des Betriebspunktes vorgegeben wird. Zu diesem Zweck kann in der
Motorsteuerung 40 ein Kennfeld abgespeichert sein, dass
den effektiven Querschnitt aeff in Abhängigkeit
von in diesem Beispiel der Motordrehzahl und der Last angibt. Um
einen quasi-stabilen Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1 für die Plausibilisierung
zur Verfügung
zu stellen, kann beispielsweise die Dynamik der Turbine 10 beobachtet werden.
Wird festgestellt, dass ein Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 vorliegt,
für den
die modellierten Größen Δp1 und Δp2 vorliegen
und der aufgrund einer nur unwesentlichen zeitlichen Änderung
der Geometrie der Turbine 10 als quasi-stabiler Betriebszustand
erkannt wird, so kann die Plausibilisierung gemäß der ersten Ausführungsform
oder der zweiten Ausführungsform
aktiviert werden und für
einen voreingestellten Zeitraum durchgeführt werden. Dabei kann während dieses
Zeitraums die Ansteuerung der Turbine 10 von der Motorsteuerung 40 konstant
gehalten werden, um den quasi-stabilen Betriebszustand aufrecht
zu erhalten. Für
den Fall, dass es bis zum Ende des vorgegebenen Zeitraums zu einer
betragsmäßigen Überschreitung
der Differenz Δ1 über den
ersten vorgegebenen Wert S1 bzw. der Differenz p4' – p4'' über den
zweiten vorgegebenen Wert S2 kommt, so wird in der beschriebenen
Weise ein Fehler erkannt. Läuft
der vorgegebene Zeitraum ohne Detektion eines Fehlers ab, so wird
kein Fehler erkannt und kein Fehlerbit gesetzt. Sollte während des
vorgegebenen Zeitraums eine Bedingung für den quasi-stabilen Betriebszustand
der Brennkraftmaschine 1 verletzt werden, beispielsweise
weil aufgrund einer entsprechenden Fahrerwunschanforderung der Ladedruck
erhöht und
damit die Geometrie der Turbine 10 verändert werden muss, damit beispielsweise
eine vom Fahrer ge wünschte
Beschleunigung des Fahrzeugs sichergestellt werden kann, dann wird
die Plausibilisierung abgebrochen und kein Fehlerbit gesetzt, d.
h. kein Fehler erkannt.
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Die
Bildung der ersten modellierten Größe Δp1 kann wesentlich vereinfacht
ausgeführt
werden, wenn nur Betriebsbereiche mit großen effektiven Öffnungsquerschnitten
aeff der Turbine 10 betrachtet
werden. Wegen des dann geringen Druckabfalls über die Turbine 10 kann
die erste modellierte Größe Δp1 dann unabhängig von
der tatsächlichen Öffnung der
Turbine 10 berechnet werden. So kann in Gleichung (1) für den effektiven Öffnungsquerschnitt
aeff der Turbine 10 in diesem Fall
ein fester Wert, der beispielsweise dem maximal möglichen Öffnungsquerschnitt
der Turbine 10 entspricht verwendet werden. Soll jedoch
die Plausibilisierung auch für
Betriebspunkte der Brennkraftmaschine 1 durchgeführt werden,
bei denen der effektive Öffnungsquerschnitt
aeff der Turbine 10 gering ist,
so muss in Gleichung (1) auch der dem entsprechenden Betriebspunkt zugeordnete
effektive Öffnungsquerschnitt
aeff der Turbine 10 eingesetzt
werden, so dass die Bildung der ersten modellierten Größe Δp1 aufwändiger wird.
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Die
erste modellierte Größe Δp1 bzw. der
erste Wert p4' für den dritten
Druck können
in einer weiteren alternativen Ausführungsform auch unter Verwendung
der Energiebilanz unter Einbeziehung der gemessenen Drücke stromauf
und stromab des Verdichters 65 in der Luftzufuhr sowie
stromauf der Turbine 10 im Abgasstrang 5 sowie
den jeweiligen gemessenen oder modellierten Temperaturen stromauf
und stromab des Verdichters 65 und stromauf der Turbine 10 erfolgen.
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In
den beschriebenen Beispielen wurde davon ausgegangen, dass der Katalysator 15 zwischen
der Turbine 10 und dem Partikelfilter 20 angeordnet
ist. Dies muss aber nicht so sein. Auch die Verrohrung zwischen
der Turbine 10 und dem Partikelfilter 20 kann
als Komponente im Sinne der Erfindung betrachtet werden, über der
sich ein Druckabfall ergibt, der in der beschriebenen Weise durch
die Bildung der zweiten modellierten Größe Δp2 berücksichtigt wird. Dabei kann
es insbesondere vorgesehen sein, den ersten Wert p4' und den zweiten
Wert p4'' für den dritten
Druck p4 unmittelbar stromabwärts
der Turbine 10 zu ermitteln, so dass die Stelle mit dem
dritten Druck p4 im Abgasstrang 5 unmittelbar am Ausgang
der Turbine 10 liegt. Entsprechend berücksichtigt die Bildung der
ersten modellierten Größe Δp1 auch die
Verrohrung zwischen dem ersten Drucksensor 30 und der Turbine 10 im
Abgasstrang 5, unabhängig
davon, ob die erste modellierte Größe Δp1 durch das mathematische Modell
gemäß Gleichung
(1) oder kennfeldgesteuert gebildet wird. Dabei stellt auch die
Verrohrung im Abgasstrang 5 zwischen dem ersten Drucksensor 30 und
der Turbine 10 eine Komponente des Abgasstranges 5 dar, über der
ein Druckabfall auftreten kann aber nicht muss. Insofern stellt die
erste modellierte Größe Δp1 eine charakteristische
Größe für den Druckabfall über mehrere
Komponenten des Abgasstranges 5 dar, in diesem Beispiel über die
Verrohrung zwischen dem ersten Drucksensor 30 und der Turbine 10 sowie über der
Turbine 10. Die zweite modellierte Größe Δp2 entspricht dem Druckabfall über dem
Katalysator 15, sofern vorhanden und über der Verrohrung außerhalb
des Katalysators 15 zwischen dem zweiten Drucksensor 35 und
der Turbine 10, wobei über
dieser Verrohrung ebenfalls ein Druckabfall vorliegen kann, aber
nicht muss. Ist also der Katalysator 15 vorhanden, so entspricht
auch die zweite modellierte Größe Δp2 dem Druckabfall über mehrere
Komponenten des Abgasstranges 5, andernfalls nur über eine
Komponente, nämlich
die der Verrohrung zwischen dem zweiten Drucksensor 35 und
der Turbine 10. Der dritte Druck p4 kann auch an beliebiger
anderer Stelle zwischen der Turbine 10 und dem zweiten
Drucksensor 35 ermittelt werden, in diesem Fall charakterisiert
die erste modellierte Größe Δp1 auch die
Verrohrung zwischen der Turbine 10 und der entsprechenden
Stelle der Verrohrung mit dem dritten Druck p4 zwischen der Turbine 10 und dem
zweiten Drucksensor 35. Ist der Katalysator 15 vorhanden,
so wird der dritte Druck p4 an einer vorgegebenen Stelle zwischen
dem Katalysator 15 und der Turbine 10 ermittelt.
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Bei
der erfindungsgemäßen Plausibilsierung
gemäß den vorstehend
beschriebenen Ausführungsbeispielen
wird der zweite Druck p5 unabhängig
vom Beladungszustand des Partikelfilters 20 ermittelt,
wobei in der Regel der Partikelfilter 20 bei der Plausibilisierung
nicht leer sein dürfte.
Somit wird im Additionsglied 105 zur zweiten modellierten
Größe Δp2, die dem
Druckabfall zwischen dem zweiten Drucksensor 35 und der
Stelle im Abgasstrang 5, an der der dritte Druck p4 ermittelt
wird, entspricht, noch der Druckabfall in Form des zweiten Druckes
p5 addiert, der sich im wesentlichen über dem Partikelfilter 20 ergibt.
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Im
Falle der Messung des Abgasmassenstroms m . EG kann
in dem Fachmann bekannter Weise eine betriebspunktabhängige Korrektur
des Messwertes erfolgen, wobei die entsprechenden Korrekturwerte
in Zuordnung zum jeweiligen Betriebspunkt beispielsweise auf einem
Prüfstand
ermittelt und in der Motorsteuerung 40 abgelegt werden
können.
Auf diese Weise lässt
sich der Abgasmassenstrom m . EG noch präziser ermitteln.
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Die
beschriebene erfindungsgemäße Plausibilisierung
der beiden Drucksensoren 30, 35 dient dem Schutz
von Komponenten der Brennkraftmaschine 1 wie dem Motor,
d. h. dem mindestens einen Zylinder 55 und dem Partikelfilter 20,
wie auch der Abgasreinhaltung. Als weitere Komponente kann auch
die Turbine 10, allgemein der Abgasturbolader durch die
beschriebene erfindungsgemäße Plausibilsierung
geschützt
werden. Die beschriebene Plausibilisierung kann dabei während des
Betriebs der Brennkraftmaschine 1 wie beschrieben durchgeführt werden
und eignet sich deshalb zur On-Board-Diagnose. Dabei kann die beschriebene
Plausibilisierung sowohl bei einflutigen als auch bei mehrflutigen
Abgassträngen
in der beschriebenen Weise Anwendung finden. Die Realisierung der
erfindungsgemäßen Plausibilisierung
ist nicht auf Drucksensoren in Abgassträngen mit dazwischen liegenden
Komponenten beschränkt,
sondern kann allgemein für
Drucksensoren in Massenstromleitungen mit dazwischen liegenden Komponenten
in entsprechender Weise angewandt werden. Beispielsweise auch in
der Luftzufuhr der Brennkraftmaschine, wobei hier als Komponenten
beispielsweise eine Drosselklappe und der Verdichter 65 vorgesehen
sein können
und als Drucksensoren ein Saugrohrdrucksensor stromabwärts der
Drosselklappe und ein Drucksensor stromaufwärts des Verdichters 65.
Das beschriebene erfindungsgemäße Verfahren
und die beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung zur Plausibilisierung
der beiden Drucksensoren 30, 35 ist auch nicht
auf die Verwendung bestimmter Arten von Drucksensoren beschränkt, sondern
lässt sich
für die
Messung des ersten Druckes p3 und die Messung des zweiten Druckes
p5 mit Hilfe von Differenzdrucksensoren, Absolutdrucksensoren und/oder
Relativdrucksensoren in der beschriebenen Weise anwenden. Auf die
Art der Druckmessung an sich kommt es dabei nicht an.