DE102011086148A1 - Method for operating resistive sensor in exhaust duct of internal combustion engine e.g. petrol engine, involves determining dew point end in exhaust duct from measured change in conductivity of resistive sensor - Google Patents
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Abstract
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines resistiven Sensors, wobei der Sensor im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine angeordnet ist und eine Querempfindlichkeit gegenüber einem Wassertropfeneintrag aufweist, die zu einer Änderung des Sensorsignals führt. The invention relates to a method for operating a resistive sensor, wherein the sensor is arranged in the exhaust passage of an internal combustion engine and has a cross sensitivity to a water droplet entry, which leads to a change of the sensor signal.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The invention further relates to a corresponding device for carrying out the method according to the invention.
Verbrennungsmotoren verwenden heute, um aktuelle Emissionsgrenzwerte einhalten zu können bzw. um das System auf Fehler überwachen zu können, diverse Abgassensoren. In Ottomotoren werden standardmäßig Lambdasonden eingesetzt. Bei Dieselmotoren werden sowohl Lambdasonden und zusätzlich vermehrt auch NOx-Sensoren, bei SCR-Systemen, eingesetzt. Diese Abgassensoren arbeiten mit einer Ionenleitfähigen Keramik, die ihre Leitfähigkeitscharakteristik nur bei hohen Temperaturen besitzt. Der Betrieb derartiger Sonden ist nur bei einem betriebswarmen Motor möglich. Bei kaltem Motor, d.h. vor Erreichen des sogenannten Taupunktendes, sind im Abgas Wassertröpfchen enthalten, die einen auf Betriebstemperatur beheizten Abgassensor zerstören oder das Messergebnis dieser Sensoren erheblich negativ beeinflussen würden.Combustion engines today use various exhaust gas sensors to be able to comply with current emission limit values or to monitor the system for faults. In gasoline engines standard lambda probes are used. In diesel engines both lambda probes and additionally also NO x sensors, in SCR systems, are used. These exhaust gas sensors work with an ion-conductive ceramic, which has its conductivity characteristic only at high temperatures. The operation of such probes is only possible with a warm engine. When the engine is cold, ie before reaching the so-called dew point end, water droplets are contained in the exhaust gas, which destroy an exhaust gas temperature sensor heated to operating temperature or significantly adversely affect the measurement result of these sensors.
Üblicherweise wird derzeit das Taupunktende im Abgasstrang sehr aufwendig empirisch bzw. modellgestützt ermittelt. Alle Ungenauigkeiten müssen in einer „worst case“ Betrachtung in den ermittelten Zeitpunkt einfließen. In der Praxis entsteht damit ein nennenswerter zeitlicher Verzug zwischen echtem Taupunktende im System und dem berechneten Taupunktende von dem die Freigabe für den Betrieb der Abgassensoren abgeleitet wird.Usually, the dew point end in the exhaust system is currently being determined very laboriously empirically or model-based. All inaccuracies must be included in a "worst case" consideration in the time determined. In practice, this results in a significant time delay between the actual dew point end in the system and the calculated dew point end from which the release for the operation of the exhaust gas sensors is derived.
Für PKW-Emissionsmessungen wird der Messzyklus generell mit kaltem Motor gestartet. Ein verspätetes Einschalten der Emissionskontrollstrategie, die auf den Abgassensoren beruht, geht daher mit einer deutlichen Verschlechterung der Emission im Zyklus einher. Entsprechend kritisch ist eine korrekte Ermittlung des Taupunktendes.For passenger car emission measurements, the measuring cycle is generally started with a cold engine. Delayed switching on of the emissions control strategy based on the exhaust gas sensors is therefore accompanied by a significant deterioration in the emission in the cycle. Accordingly, a correct determination of the dew point end is critical.
Diese Erfindung beschreibt eine Betriebsstrategie für einen resistiven Sensor. Derartige Sensoren sind heute als Partikelsensoren bekannt und werden beispielsweise zur Überwachung des Rußausstoßes von Brennkraftmaschinen und zur On-Board-Diagnose (OBD), beispielsweise zur Funktionsüberwachung von Partikelfiltern, eingesetzt. Dabei sind sammelnde, resistive Partikelsensoren bekannt, die eine Änderung der elektrischen Eigenschaften einer interdigitalen Elektrodenstruktur aufgrund von Partikelanlagerungen auswerten. Es können zwei oder mehrere Elektroden vorgesehen sein, die bevorzugt kammartig ineinander greifen. Durch eine steigende Anzahl an dem Partikelsensor anlagernder Partikel werden die Elektroden kurzgeschlossen, was sich in einem mit steigender Partikelanlagerung abnehmendem elektrischen Widerstand, einer abnehmenden Impedanz oder in einer Veränderung einer mit dem Widerstand beziehungsweise der Impedanz zusammen hängenden Kenngröße wie einer Spannung und/ oder einem Strom auswirkt. Zur Auswertung wird im Allgemeinen ein Schwellwert, beispielsweise eines Messstroms zwischen den Elektroden, festgelegt und die Zeit bis zur Erreichung des Schwellwertes als Maß für die angelagerte Partikelmenge verwendet. Alternativ kann auch eine Signal-Änderungsgeschwindigkeit während der Partikelanlagerung ausgewertet werden. Ist der Partikelsensor voll beladen, werden die angelagerten Partikel in einer Regenerationsphase mit Hilfe eines in dem Partikelsensor integrierten Heizelements verbrannt. This invention describes an operating strategy for a resistive sensor. Such sensors are known today as particle sensors and are used, for example, for monitoring the emission of soot from internal combustion engines and for on-board diagnostics (OBD), for example for monitoring the function of particulate filters. In this case, collecting, resistive particle sensors are known which evaluate a change in the electrical properties of an interdigital electrode structure due to particle deposits. Two or more electrodes can be provided, which preferably engage in one another like a comb. Due to an increasing number of particles attaching to the particle sensor, the electrodes are short-circuited, resulting in a decreasing electrical resistance with increasing particle deposition, a decreasing impedance, or a change in a parameter related to the resistance or the impedance, such as a voltage and / or current effect. For evaluation, a threshold value, for example a measuring current between the electrodes, is generally determined and the time until the threshold value is reached is used as a measure of the accumulated particle quantity. Alternatively, a signal change rate during the particle accumulation can be evaluated. If the particle sensor is fully loaded, the deposited particles are burned in a regeneration phase with the aid of a heating element integrated in the particle sensor.
Ein solcher resistiver Partikelsensor ist in der
Die
Die Schrift
Die Aufgabe der Erfindung ist es, das Taupunktende im Abgasstrang eines Verbrennungsmotors präzise und sicher zu ermitteln und darüber hinaus Maßnahmen bereit zu stellen, eine Betauung der Komponenten im Abgasstrang zu verhindern oder zu reduzieren.The object of the invention is to determine the dew point end in the exhaust system of an internal combustion engine precisely and safely and moreover to provide measures to prevent or reduce condensation of the components in the exhaust system.
Es ist weiterhin Aufgabe der Erfindung, eine zur Durchführung des Verfahrens entsprechende Vorrichtung bereitzustellen. It is a further object of the invention to provide a device suitable for carrying out the method.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die das Verfahren betreffende Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 bis 6 gelöst.The object of the method is solved by the features of claims 1 to 6.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht dabei vor, dass aus einer gemessenen Änderung der Leitfähigkeit des resistiven Sensors ein Taupunktende im Abgaskanal bestimmt wird, wobei bei einer gesättigten oder übersättigten Wasserdampfatmosphäre eine gegenüber einer ungesättigten Wasserdampfatmosphäre vergleichsweise hohe Leitfähigkeit des resistiven Sensors gemessen wird. Ein Taupunktende kann daher präzise und sicher erfasst werden, da sich dies deutlich in einer Signaländerung bei der Leitfähigkeitsmessung bemerkbar macht. Derzeitige Verfahren, wie sie eingangs erwähnt wurden, bei denen ein Taupunktende beispielsweise modellhaft geschätzt wird, können mit dieser Methode ersetzt werden. Da über das Taupunktende für die Emissionskontrollstrategie Abgassensoren in Betrieb gehen können, wirkt sich auch eine schnelle Erkennung des Taupunktendes unmittelbar positiv auf eine niedrigere Abgasemission der Brennkraftmaschine aus. The inventive method provides that from a measured change in the conductivity of the resistive sensor, a dew point end is determined in the exhaust duct, wherein in a saturated or supersaturated steam atmosphere compared to an unsaturated water vapor atmosphere comparatively high conductivity of the resistive sensor is measured. A dew point end can therefore be detected precisely and reliably, as this is clearly noticeable in a signal change in the conductivity measurement. Current methods, as mentioned above, in which a dew point end, for example, model estimated, can be replaced with this method. Since exhaust gas sensors can go into operation via the dew point end for the emission control strategy, rapid detection of the dew point end also has a directly positive effect on a lower exhaust gas emission of the internal combustion engine.
Eine vorteilhafte Betriebsstrategie für diesen resistiven Sensor sieht vor, dass mittels eines am oder im resistiven Sensor angeordneten Heizelementes aktiv eine Betauung des resistiven Sensors verhindert oder reduziert wird. Wassertröpfchen, welche sich auf der Oberfläche des Sensorelementes niedergeschlagen haben, können verdampft werden. Zudem können somit auch andere Abgassensoren im Abgaskanal, welche zum Beispiel stromabwärts zum resistiven Sensor oder in seiner unmittelbaren Nähe angeordnet sind, vor einem ansonsten schädlichen Feuchteeintrag in Form von kondensiertem Wasser geschützt werden. An advantageous operating strategy for this resistive sensor provides that a condensation of the resistive sensor is actively prevented or reduced by means of a heating element arranged on or in the resistive sensor. Water droplets that have settled on the surface of the sensor element can be evaporated. In addition, therefore, other exhaust gas sensors in the exhaust duct, which are arranged downstream of the resistive sensor or in its immediate vicinity, can be protected from an otherwise damaging moisture in the form of condensed water.
Diese Sensorheizung ermöglicht zudem eine Unterscheidung zwischen kondensiertem Wasser, welches im Abgas mitgeführt wird und zwischen Wasser, das zuvor an der Oberfläche kondensiert war. Dazu ist vorgesehen, dass nach dem Start der Brennkraftmaschine kondensierte Feuchtigkeit mittels des Heizelementes verdampft wird.This sensor heating also allows a distinction between condensed water, which is carried in the exhaust gas and between water, which was previously condensed on the surface. For this purpose, it is provided that after the start of the internal combustion engine condensed moisture is evaporated by means of the heating element.
Aufgrund der zuvor beschriebenen Charakteristik der Leitfähigkeit in Abhängigkeit des Sättigungsgrades des Wasserdampfes kann daher eine erfolgreiche Beseitigung der Betauung oder Beseitigung der kondensierten Feuchtigkeit über einen Rückgang der Leitfähigkeit des resistiven Sensors detektiert werden. Wasser, welches zuvor kondensiert war und mittels des Heizelementes verdampft wurde, macht sich zunächst in einer Abnahme der Leitfähigkeit bemerkbar. Ein nachfolgend messbarer Leitfähigkeitsanstieg ist auf Feuchtigkeit im Abgas zurückzuführen. Das Merkmal für ein Taupunktende kann über einen Leitfähigkeitsabfall unter einen minimalen Wert ermittelt werden. Dieses Merkmal ist unabhängig davon, ob eine Heizung verwendet wird. Eine Heizung kann aber zu einer schnelleren Ermittlung des Taupunktendes beitragen.Due to the above-described characteristics of the conductivity as a function of the degree of saturation of the water vapor, therefore, a successful elimination of the condensation or elimination of the condensed moisture can be detected via a decrease in the conductivity of the resistive sensor. Water, which had previously condensed and evaporated by means of the heating element, is first noticeable in a decrease in the conductivity. A subsequently measurable rise in conductivity is due to moisture in the exhaust gas. The feature for a dew-point end can be determined via a conductivity drop below a minimum value. This feature is independent of whether a heater is used. However, a heater can contribute to a faster determination of the dew point end.
In einer weiteren Variante für die Betriebsstrategie kann vorgesehen sein, dass der resistive Sensor vor dem Detektieren des Taupunktendes, d.h. noch während der Bestimmung der neu ankommenden Feuchtigkeit, mit reduzierter Leistung und/ oder periodisch beheizt wird. Dies wirkt sich vorteilhaft aus, wenn zunächst relativ viel Feuchtigkeit im Abgas enthalten ist, die zu einer Kondensation am Sensor führt, da das Taupunktende dann schneller erfasst werden kann. Andernfalls müsste die kondensierte Feuchtigkeit nach Erreichen des Taupunktendes erst über das Abgas abtransportiert werden. In a further variant for the operating strategy, it may be provided that the resistive sensor, before detecting the dew-point end, i. even during the determination of the incoming moisture, with reduced power and / or periodically heated. This has an advantageous effect if initially a relatively large amount of moisture is contained in the exhaust gas, which leads to a condensation on the sensor, since the dew point end can then be detected more quickly. Otherwise, the condensed moisture would have to be removed after reaching the dew point end only via the exhaust gas.
Als besonders vorteilhaft hat sich aufgrund seiner Empfindlichkeit hinsichtlich eines Feuchteeintrags herausgestellt, wenn als resistiver Sensor ein Partikelsensor zur Bestimmung der Rußkonzentration im Abgas bzw. zur Bestimmung einer Rußbeladung verwendet wird. Derartige Partikelsensoren, wie sie eingangs erwähnt wurden, werden bereits heute im Abgasstrang von Dieselmotoren verbaut und sind daher hinreichend robust ausgelegt, um als Sensor für eine präzise Bestimmung des Taupunktendes im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine verwendet werden zu können. Due to its sensitivity to moisture entry, it has proven to be particularly advantageous if a particle sensor for determining the soot concentration in the exhaust gas or for determining a soot load is used as the resistive sensor. Such particle sensors, as mentioned above, are already installed in the exhaust system of diesel engines today and are therefore designed to be robust enough to be used as a sensor for a precise determination of the dew point end in the exhaust passage of an internal combustion engine can.
Eine bevorzugte Verwendung eines resistiven Sensors und Anwendung der zuvor beschrieben Betriebsstrategien sieht den Einsatz im Abgaskanal einer mit Benzin betriebenen Brennkraftmaschine vor, bei der üblicherweise bisher kein Partikelsensor vorgesehen ist. Damit kann eine mögliche Betauung einerseits erfasst und andererseits entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden, so dass andere Sensoren im Abgaskanal, z.B. Lambdasonden, geschützt werden können und eine Emissionskontrolle früher gestartet werden kann.A preferred use of a resistive sensor and application of the operating strategies described above provides for use in the exhaust gas duct of a gasoline-powered internal combustion engine, in which usually no particle sensor is previously provided. Thus, a possible condensation on the one hand detected and on the other hand appropriate countermeasures are initiated, so that other sensors in the exhaust duct, e.g. Lambda sensors, can be protected and emission control can be started earlier.
Die die Vorrichtung betreffende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass der resistive Sensor ein Heizelement aufweist und mit einer Steuereinheit elektrisch verbunden ist, wobei die Steuereinheit Einrichtungen, wie Komparatoren und Speichereinheiten, zur Durchführung des Verfahrens, wie es zuvor beschrieben wurde, aufweist, wobei die Leitfähigkeit des resistiven Sensors mit der Steuereinheit auswertbar und das Heizelement mit der Steuereinheit zumindest zeitweise ansteuerbar ist. Die Funktionalität kann dabei auch in einer übergeordneten Motorsteuerung implementiert sein. The object concerning the device is achieved in that the resistive sensor has a heating element and is electrically connected to a control unit, wherein the control unit has devices, such as comparators and memory units, for carrying out the method as described above, wherein the conductivity of the resistive sensor with the control unit evaluable and the heating element with the control unit is at least temporarily controllable. The functionality can also be implemented in a higher-level engine control.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen: The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment shown in FIGS. Show it:
Auf Isolierträgerschichten
Wird ein solcher Partikelsensor
In dem Ausführungsbeispiel sind die Elektroden
Derartige Partikelsensoren
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht darauf, dass ein Wassereintrag, welcher bei der Verbrennung in der Brennkraftmaschine
Ein resistiver Sensor, wie z.B. ein resistiv arbeitender Partikelsensor
Mit dem im Partikelsensor
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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R012 | Request for examination validly filed | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |