DE102005061550A1

DE102005061550A1 - Verfahren zum Betreiben eines Abgasmassenstromsensors

Info

Publication number: DE102005061550A1
Application number: DE200510061550
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinrich LÖSING; Sven Nigrin; Karsten Grimm; Heinrich Dismon
Original assignee: Pierburg GmbH
Current assignee: Pierburg GmbH
Priority date: 2005-12-22
Filing date: 2005-12-22
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2025-12-23
Also published as: DE102005061550B4

Abstract

Bei einem Verfahren zum Betreiben eines Abgasmassenstromsensors wird ein Abgasmassenstromsensor mit einem Trägerkörper (10), einer auf dem Trägerkörper angeordneten Heiz- und Messeinrichtung (16) sowie einer Steuereinrichtung (22) verwendet. Der Abgasmassenstromsensor wird insbesondere für Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen verwendet. Gemäß dem Verfahren wird die Heiz- und Messeinrichtung (14) auf Betriebstemperatur erwärmt, eine Sensortemperatur gemessen und an die Steuereinrichtung (22) übermittelt. Bei Detektieren eines signifikanten Temperaturabfalls erfolgt ein Ermitteln, ob der Temperaturabfall durch auf dem Trägerkörper (10) vorhandenes Kondensat hervorgerufen ist. Sofern dies der Fall ist, werden Temperaturmessungen zur Bestimmung des Abgasmassenstroms bis zum erneuten Erreichen der Betriebstemperatur nicht berücksichtigt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Abgasmassenstromsensors, der insbesondere bei Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen eingesetzt werden kann.

Massenstromsensoren weisen einen Trägerkörper auf, der mit einer Heiz- und Messeinrichtung verbunden ist. Die Heiz- und Messeinrichtung ist mit einer Steuereinrichtung verbunden. Zur Bestimmung des Massenstroms wird das Heizelement beheizt. In Abhängigkeit des vorbeiströmenden Mediums erfolgt im Wesentlichen durch Konvektion eine Temperaturübertragung von der Heiz- und Messeinrichtung auf das Medium. Zur Bestimmung des Massenstroms wird beispielsweise die Temperaturänderung gemessen und mit Hilfe eines Algorithmus der Massenstrom bestimmt. Hierbei wird die Temperaturänderung beispielsweise unmittelbar durch die Heiz- und Messeinrichtung gemessen, wobei eine einzige Leiterbahn sowohl zum Heizen als auch zur Temperaturmessung dient. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine von der Heizeinrichtung gesonderte Messeinrichtung zur Temperaturmessung vorzusehen. Bei modernen Massenstromsensoren ist die Heiz- und Messeinrichtung einteilig ausgebildet und als Leiterbahn auf einer Oberfläche des Trägerkörpers vorgesehen. Zur Bestimmung des Massenstroms ist es ferner auch möglich, die Leistungsaufnahme der Heiz- und Messeinrichtung zu messen, die erforderlich ist, um eine Temperatur konstant, d.h. auf Betriebstemperatur zu halten. Ggf. ist zusätzlich in Strömungsrichtung vor dem Massenstromsensor ein Temperatursensor angeordnet, der die Temperatur des Gases misst, die sodann bei der Berechnung des Massenstroms berücksichtigt wird.

Bei dem Einsatz von Massenstromsensoren als Abgasmassenstromsensoren in Abgasmassenströmen bei Kraftfahrzeugen bestehen auf Grund der starken Verunreinigungen erhebliche Probleme. Insbesondere besteht hierbei das Problem, dass im Abgasmassenstrom Flüssigkeitströpfchen, beispielsweise Wassertröpfchen, vorhanden sein können. Ein Auftreffen eines Flüssigkeitströpfchens auf dem Massenstromsensor führt auf Grund des Verdampfungsprozesses zu einem Abkühlen des Sensors. Hierdurch ist eine Bestimmung des Massenstroms nicht mehr möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines Massenstromsensors zu schaffen, durch das die Einsatzmöglichkeit des Massenstromsensors im Abgasmassenstrom von Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen verbessert ist.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines Abgasmassenstromsensors, der insbesondere in einem Abgaskanal einer Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine angeordnet ist, erfolgt mit Hilfe eines Abgasstrommassensensors, der einen Trägerkörper, eine Heiz- und Messeinrichtung sowie eine Streueinrichtung aufweist. Der Trägerkörper, der insbesondere keramisches Material aufweist oder aus keramischem Material besteht, dient zum Tragen der Heiz- und Messeinrichtung. Die Heiz- und Messeinrichtung ist vorzugsweise als auf einer Oberfläche des Trägerkörpers angeordnete Leiterbahn ausgebildet. Die Leiterbahn weist vorzugsweise Platin auf oder ist aus Platin hergestellt. Die Heiz- und Messeinrichtung, die mit der Steuereinrichtung verbunden ist, ist vorzugsweise einstückig, insbesondere als eine Leiterbahn, ausgebildet und durch die Steuereinrichtung derart angesteuert, dass sie sowohl zum Heizen als auch zum Messen einer Temperatur geeignet ist. Ebenso können zwei gesonderte Einrichtungen zum Heizen bzw. zum Temperaturmessen vorgesehen sein.

Zum Betreiben des Abgasmassenstromsensors wird dieser auf eine Betriebstemperatur erwärmt. Je nach Betriebsart zur Bestimmung des Massenstroms wird mit Hilfe der Steuereinrichtung die Temperatur konstant gehalten und mit Hilfe der Änderung der Leistungsaufnahme der Massenstrom bestimmt. Ebenso kann die Leistungsaufnahme konstant gehalten werden und mit Hilfe der Temperaturänderung der Massenstrom bestimmt werden. Die hierbei, d.h. im Normalbetrieb auftretenden Temperaturänderungen liegen im Bereich von ± 50 °C. Während des Betriebs des Abgasmassenstromsensors wird die Sensortemperatur gemessen, wobei dies, wie vorstehend erläutert, über eine gemeinsame Heiz- und Messeinrichtung oder eine gesonderte Messeinrichtung erfolgen kann. Die gemessene Sensortemperatur wird an die Steuereinrichtung übermittelt. Im herkömmlichen Betriebszustand wird mit Hilfe der Steuereinrichtung und der gemessenen Temperatur bzw. der gemessenen Leistungsaufnahme der Massenstrom ermittelt. Hierbei werden ggf. weitere Messdaten berücksichtigt.

Zum Einsatz des erfindungsgemäßen Abgasmassenstromsensors in Abgasströmen von Kraftfahrzeugen kann die Fluidtemperatur, d. h. die Temperatur des zu messenden Abgases bis zu 600 °C betragen. Bei besonderen Betriebszuständen, wie zum Beispiel in der Kaltstartphase, sowie in Abhängigkeit der Lage des Abgasmassenstromsensors liegt die Fluidtemperatur bei 200 bis 250 °C. Der Abgasmassenstromsensor wird vorzugsweise in Übertemperatur betrieben, so dass die Betriebstemperatur des Sensors ca. 100 °C über der Fluidtemperatur liegt.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben des Abgasmassenstromsensors wird ein signifikanter Temperaturabfall detektiert. In Abhängigkeit des detektierten Temperaturabfalls erfolgt sodann eine Bestimmung, ob der Temperaturabfall durch ein Kondensat hervorgerufen wurde. Dies liegt darin begründet, dass ein Flüssigkeitströpfchen, üblicherweise ein Wassertröpfchen, beim Auftreffen auf den Abgasmassenstromsensor verdampft. Hierdurch erfolgt in kurzer Zeit ein erheblicher Temperaturabfall. Da die über die Heiz- und Messeinrichtung zuführbare Heizleistung begrenzt ist, kann dieser plötzliche Temperaturabfall nicht kurzfristig ausgeglichen werden. Dies liegt in der Maximalleistung der entsprechenden Heizeinrichtung begründet. Ferner muss zur Vermeidung von Beschädigungen des Sensors sichergestellt werden, dass keine zu starke, ggf. nur lokale Erwärmung der Heizeinrichtung erfolgt.

Hierbei liegen die signifikante Temperaturabfälle im Bereich von mehr als –200 °C, insbesondere – 300 °C pro Sekunde. Das Auftreffen von Wassertröpfchen kann somit zu erheblichen Temperaturänderungen führen.

Erfolgt mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ein Detektieren eines Kondensatbefalls, so werden die Temperaturmessungen während des Kondensatbefalls zur Bestimmung des Massenstroms nicht berücksichtigt. Die Temperaturmessungen werden erst wieder nach Erreichen der Betriebstemperatur des Abgasstrommassensensors berücksichtigt. Hierdurch ist sichergestellt, dass die Bestimmung des Massenstroms nicht durch einen Kondensatbefall verfälscht wird. Auch ist sichergestellt, dass das plötzliche Absenken der Temperatur nicht zu einer Fehlermeldung führt, durch die beispielsweise angezeigt wird, dass der Sensor defekt ist. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit die Genauigkeit des Massenstromsensors verbessert und ferner ein Erzeugen unrichtiger Fehlermeldungen vermieden.

Die Bestimmung, dass es sich bei einem signifikanten Temperaturabfall um ein Kondensat handelt, erfolgt vorzugsweise derart, dass von einem Kondensatbefall ausgegangen wird, wenn ein Temperaturabfall auf weniger als 120 °C, insbesondere weniger als 110 °C detektiert wird. Es handelt sich somit um einen Temperaturabfall in die Nähe der Verdunstungstemperatur der Flüssigkeit, bei der es sich üblicherweise um Wasser handelt. Treten bei einem Abgasmassenstrom Flüssigkeiten mit signifikant anderen Verdunstungstemperaturen auf, kann die Steuerung entsprechend hierauf angepasst werden.

Vorzugsweise wird der Temperaturabfall dann als durch einen Kondensatbefall hervorgerufen behandelt, wenn der Temperaturabfall in weniger als 0,2 Sec erfolgt.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein Kondensatbefall in Abhängigkeit eines Temperaturgradienten ermittelt. Ein Kondensatbefall wird hierbei vorzugsweise dann angenommen, wenn der Temperaturgradient kleiner als – 200 °C, insbesondere kleiner als –300 °C pro Sekunde ist.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Ausgabe einer Fehlermeldung, wenn ein Temperaturabfall detektiert wird, der nicht auf einen Kondensatbefall zurückgeführt werden kann. Eine entsprechende Fehlermeldung erfolgt selbstverständlich nur dann, wenn sich der Temperaturabfall von den im normalen Betrieb erfolgten Temperaturschwankungen deutlich unterscheidet. In diesem Fall kann sodann die Fehlermeldung "Sensor defekt" erfolgen.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung näher erläutert.

Die Figur zeigt eine schematische Seitenansicht eines Abgasmassenstromsensors.

Ein Abgasmassenstromsensor weist einen Trägerkörper 10 auf, auf dessen Oberseite 12 eine Heiz- und Messeinrichtung 14 angeordnet ist. Der Trägerkörper 10 ist beispielsweise quaderförmig ausgebildet, wobei die in der Zeichnung sichtbare Oberseite 12 die Breitseite, und eine senkrecht zur Zeichenebene angeordnete Seite die Schmalseite darstellt. Der Trägerkörper weist beispielsweise eine Breite von 2 bis 10 mm, eine Höhe von 2 bis 20 mm sowie eine Tiefe von 0,1 bis 0,5 mm auf. Der Abgasmassenstromsensor ist derart in einem Abgaskanal angeordnet, dass er in Richtung eines Pfeils 16 angeströmt wird. Die Anströmung des Massenstromsensors erfolgt somit an seiner Schmalseite. In einem Messbereich 18, der sich über die gesamte Breite des Trägerkörpers 10 erstreckt, strömt das zu messende Abgas an dem Sensor entlang. Hierbei erfolgt insbesondere durch Konvektion eine Änderung der Temperatur der Heiz- und Messeinrichtung 16. Die Temperaturänderung oder die Leistungsaufnahme, die erforderlich ist, um die Temperatur konstant zu halten, wird gemessen und über Leitungen 20 an eine Steuereinrichtung 22 übermittelt. Das Heizen der Heiz- und Messeinrichtung 16 erfolgt über dieselben Leitungen 20 und wird von der Steuereinrichtung 22 gesteuert. Die Steuereinrichtung 22 berechnet auf Grundlage der gemessenen Temperatur bzw. der gemessenen Leistungsaufnahme den Massenstrom und übermittelt ein entsprechendes Signal über eine Leitung 24 beispielsweise an eine Kraftfahrzeug-Bordsteuerung.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Abgasmassenstromsensor innerhalb eines Abgaskanals angeordnet, der durch eine Innenwand 26 angedeutet ist und üblicherweise einen kreisrunden Querschnitt aufweist. An einer Innenseite 28 der Kanalwand 26 ist ein Halteelement 30 angeordnet, durch das der Abgasmassenstromsensor an der Innenwand 28 fixiert ist.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird im Normalbetrieb ein Kondensatbefall in dem Messbereich 18 festgestellt. Während des Normalbetriebs wird der Messbereich von der Heiz- und Messeinrichtung 14 auf eine Betriebstemperatur aufgeheizt. Die Temperatur der Heiz- und Messeinrichtung 14 wird durch vorbeiströmendes Medium, insbesondere durch Konvektion, verringert. Wie vorstehend beschrieben, wird die Temperatur im Messbereich entweder konstant gehalten und die Leistungsaufnahme gemessen, oder es erfolgt ein Messen der Temperaturänderung. Mit Hilfe der Steuereinrichtung 22 erfolgt sodann ein Bestimmen des Massenstroms. Trifft nun auf den Messbereich 18 ein Flüssigkeitstropfen, insbesondere ein Wassertropfen auf, erfolgt ein kurzfristiger Temperaturabfall auf Grund des Verdunstens des Kondensats. Dieser kurzfristige oder schlagartige Temperaturabfall wird von der Steuereinrichtung 22 wahrgenommen. Wird hierbei ein Temperaturabfall in die Nähe der Verdunstungstemperatur festgestellt, kann die Steuereinrichtung hierauf entsprechend reagieren. Die erfindungsgemäße Reaktion besteht darin, dass Messungen während des Kondensatbefalls bei der Bestimmung des Massenstroms nicht berücksichtigt werden. Eine weitere Reaktion der Steuereinrichtung 26 kann darin bestehen, dass ein Kondensatbefall nicht zum Auslösen einer Fehlermeldung führt.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Abgasstrommassensensors mit einer an einem Trägerkörper (10) vorgesehenen, mit einer Steuereinrichtung (22) verbundenen Heiz- und Messeinrichtung (14), insbesondere für Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen, bei welchen die Heiz- und Messeinrichtung (14) auf Betriebstemperatur erwärmt wird, eine Sensortemperatur gemessen und an die Steuereinrichtung (22) übermittelt wird, ein signifikanter Temperaturabfall detektiert wird, ermittelt wird, ob der Temperaturabfall durch auf dem Trägerkörper vorhandenes Kondensat hervorgerufen ist, und bei Kondensatbefall die Temperaturmessung zur Bestimmung des Massenstroms bis zum erneuten Erreichen der Betriebstemperatur unberücksichtigt bleibt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem ein Temperaturabfall unter 120 °C, insbesondere unter 110 °C, als Kondensatbefall detektiert wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem eine Fehlermeldung erfolgt, wenn ein Temperaturabfall detektiert wird, der nicht durch einen Kondensatbefall hervorgerufen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, bei welchem ein signifikanter Temperaturabfall eine Temperaturgradient von mindestens –200 °C, insbesondere –300 °C ist.