DE102015224929B4 - Verfahren zur Überprüfung eines Feuchtigkeitssensors eines Dieselmotors - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Überprüfung eines Feuchtigkeitssensors eines Dieselmotors beschrieben. Hierbei wird der NOx-Rohremissionsgehalt im Abgas des Dieselmotors stromauf eines SCR-Katalysators mit einem NOx-Sensor bei bestimmten stationären Betriebspunkten in einem definierten Fenster gemessen. Ferner wird die Sauerstoffkonzentration in der Ansaugluft des Dieselmotors ermittelt und das erhaltene Ergebnis über eine Kennlinie in eine NOx-Konzentration umgewandelt. Beide Werte werden miteinander verglichen. Bei Feststellung einer Abweichung der Werte, die einen festgelegten Wert überschreitet, wird auf einen fehlerhaften Feuchtigkeitssensors erkannt.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung eines Feuchtigkeitssensors eines Dieselmotors.
  • Um das Emissionsverhalten eines Dieselmotors steuern zu können, finden u. a. Feuchtigkeitssensoren Verwendung, mit denen die Feuchtigkeit im Ansaugrohr des Dieselmotors gemessen wird. Ein entsprechendes, die gemessene Feuchtigkeit wiedergebendes Signal kann einer Steuervorrichtung des Dieselmotors zugeführt werden, die in Abhängigkeit davon entsprechende Betriebsparameter des Dieselmotors bzw. seines Abgassystems steuern kann.
  • Da beispielsweise ein Fehler der relativen Luftfeuchte von 80% bei einer Lufttemperatur von 40°C bereits eine Änderung der O2-Konzentration von 1,3% (absolut) bewirkt, führt dies zu einer mehr als 50%igen NOx-Emissionsveränderung. Es ist daher von wesentlicher Bedeutung, dass ein derartiger Feuchtigkeitssensor korrekt funktioniert.
  • Aus der DE 10 2004 043 933 A1 ist ein Abgassystem einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges bekannt, das einen in einer Abgasleitung angeordneten Abgaskatalysator und einen dem Abgas der Brennkraftmaschine ausgesetzten und das Abgassystem überwachenden Sensor aufweist. Dieser Sensor ist ein Feuchtigkeitssensor.
  • Aus der DE 10 2008 036 418 B4 ist ein Verfahren zum Steuern einer Abgasnachbehandlung für eine Brennkraftmaschine bekannt, in deren Abgastrakt ein SCR-Katalysator angeordnet ist. Hierbei wird eine Kenngröße für einen Wassergehalt eines Abgases in dem Abgastrakt stromauf des SCR-Katalysators der Brennkraftmaschine ermittelt, und abhängig von der Kenngröße für den Wassergehalt des Abgases wird eine Katalysatortemperatur bestimmt, um ein Stellsignal für ein Stellglied zum Einbringen von Ammoniak in das Abgas zu ermitteln. Hierbei ist ein Feuchtigkeitssensor im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine angeordnet, der dort die Luftfeuchtigkeit der Ansaugluft erfasst.
  • Die DE 10 2014 105 232 A1 offenbart einen Feuchtigkeitssensor und ein Motorsystem. Dabei kann eine Verschlechterung des Feuchtigkeitssensors bestimmt werden, während Gase in einer Motoransaugluft stromabwärts von einem Feuchtigkeitssensor und stromaufwärts von einem Verdichter strömen, was eine Feuchtigkeitssensorverschlechterung anzeigt, wenn sich die Messwerte der relativen Feuchtigkeit um weniger als einen Schwellenwert ändern, während sich die Temperatur im Sensor um mehr als einen zweiten Schwellenwert ändert.
  • Die DE 103 12 440 A1 offenbart ein Abgasreinigungsverfahren für Magerbrennkraftmaschinen. Dabei werden Regenerationsbetriebsphasen basierend auf einem Modell eingeleitet, das eine Zustandsgröße eines NOx-Speicherkatalysators erfasst. Zusätzlich wird die Konzentration an NOx-Verbindungen stromab des NOx-Speicherkatalysators bestimmt und mit einem aus dem Modell erhaltenen Modellwert für den NOx-Speicherkatalysator zur Bildung einer Differenz verwendet. Mithilfe des Differenzwerts erfolgt eine Bestimmung eines Alterungsfaktors für den NOx-Speicherkatalysator.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem die Funktionsweise eines Feuchtigkeitssensors eines Dieselmotors auf einfache Weise überprüft werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zur Überprüfung eines Feuchtigkeitssensors eines Dieselmotors gelöst, der die folgenden Schritte umfasst:
    Messen des NOx-Rohremissionsgehaltes im Abgas des Dieselmotors stromauf eines SCR-Katalysators mit einem NOx-Sensor bei bestimmten stationären Betriebspunkten in einem definierten Fenster zum Erhalt eines IST-Wertes;
    Ermitteln der Sauerstoffkonzentration in der Ansaugluft des Dieselmotors und Umwandeln des erhaltenen Ergebnisses über eine Kennlinie in eine NOx-Konzentration zum Erhalt eines Modell-Wertes;
    Vergleichen des IST-Wertes mit dem Modell-Wert; und
    bei Feststellen einer Abweichung der Werte voneinander, die einen festgelegten Wert überschreitet, Erkennen auf einen fehlerhaften Feuchtigkeitssensor.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren basiert auf dem Grundgedanken, das Feuchtigkeitssensorsignal über ein NOx-Sensorsignal vor einem SCR-Katalysator zu plausibilisieren. Dabei werden bestimmte stationäre Betriebspunkte für die Auswertung des NOx-Sensorsignals ausgewählt.
  • Andererseits wird die Sauerstoffkonzentration der Ansaugluft des Dieselmotors ermittelt und über eine Kennlinie in die NOx-Konzentration umgewandelt. Diese berechnete NOx-Konzentration als Modell-Wert wird dann mit dem NOx-Signal vom NOx-Sensor (IST-Wert) vor dem SCR-Katalysator verglichen. Bei Feststellen einer Abweichung der Werte, die einen festgelegten Wert überschreitet, wird auf einen fehlerhaften Feuchtigkeitssensor erkannt. Anderenfalls, wenn keine Abweichung der Werte vorliegt oder nur eine solche, die den festgelegten Wert nicht überschreitet, wird auf einen korrekt funktionierenden Feuchtigkeitssensor erkannt.
  • In Weiterbildung der Erfindung wird die Sauerstoffkonzentration in der Ansaugluft durch Messen der Luftmasse, EGR-Masse, falls vorhanden, und der Feuchtigkeit im Ansaugrohr des Dieselmotors ermittelt. Mit „EGR-Masse” ist hierbei die zur Minderung der Emission von Stickoxiden rückgeführte Abgasmasse gemeint.
  • Mit „SCR-Katalysator” ist ein eine selektive katalytische Reduktion durchführender Katalysator zur Reduktion von Stickoxiden im Abgas gemeint. Die chemische Reaktion am SCR-Katalysator ist hierbei selektiv, d. h. es werden bevorzugt Stickoxide reduziert, während unerwünschte Nebenreaktionen weitgehend unterdrückt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren wird insbesondere so durchgeführt, dass bei Feststellung einer starken Abweichung der Werte (IST-Wert vom Modell-Wert) bei hoher Umgebungstemperatur auf einen fehlerhaften Feuchtigkeitssensor erkannt wird. Hierbei entspricht eine hohe Umgebungstemperatur beispielsweise einem Wert von über 35°C.
  • Während des erfindungsgemäß durchgeführten Vergleiches sollten sowohl das NOx-Signal als auch das Feuchtigkeitssignal (zur Berechnung der Sauerstoffkonzentration) etwa konstant gehalten werden.
  • Um die Diagnosesicherheit zu erhöhen, wird bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung der berechnete Modell-Wert mit dem gemessenen IST-Wert bei den relevanten Betriebspunkten und bei einer niedrigen Umgebungstemperatur, die beispielsweise niedriger als 20°C ist, adaptiert.
  • Als bestimmte stationäre Betriebspunkte werden vorzugsweise solche der Drehzahl und Last ausgewählt.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Dieselmotors mit einer Steuereinheit; und
  • 2 ein Ablaufdiagramm der einzelnen Verfahrensschritte.
  • Der in 1 nur schematisch dargestellte Dieselmotor besitzt einen Motorblock 1 mit einem Luftansaugtrakt, der ein Luftansaugrohr 2 aufweist. Ferner hat der Dieselmotor einen Abgastrakt mit einem Abgasrohr 3, in dem ein SCR-Katalysator 4 (SCR = selective catalytic reduction) angeordnet ist. Stromauf des SCR-Katalysators 4 befindet sich ein NOx-Sensor 5, mit dem der NOx-Rohremissionsgehalt im Abgas gemessen wird.
  • Eine schematisch dargestellte Abgasrückführung (EGR = exhaust gas recirculation) ist bei 7 angedeutet. Ein Teil des Abgases wird somit in das Luftansaugrohr 2 rückgeführt und dort mit der angesaugten Luft vermischt.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nunmehr einerseits mit dem NOx-Sensor der NOx-Gehalt im Abgas des Dieselmotors stromauf des SCR-Katalysators 4 bei bestimmten stationären Betriebspunkten (Drehzahl, Last) gemessen. Das entsprechende Signal wird einer schematisch bei 9 dargestellten Steuereinheit zugeführt.
  • Andererseits werden über zwei Sensoren 8 die Luftmasse im Ansaugrohr 2 und die EGR-Masse (Masse des rückgeführten Abgases) gemessen. Des Weiteren wird über einen Feuchtigkeitssensor 6 die Luftfeuchtigkeit im Ansaugrohr 2 gemessen. Die Signale der drei Sensoren werden ebenfalls der Steuereinheit 9 zugeführt.
  • Aus den Signalen der Sensoren 8 und 6 ermittelt die Steuereinheit 9 über eine dort hinterlegte Kennlinie eine NOx-Konzentration, die als Modell-Wert in das Verfahren eingeführt wird. Dieser Modell-Wert wird mit dem vom Sensor 5 gemessenen NOx-Gehalt als IST-Wert verglichen. Wenn die Steuereinheit eine Abweichung zwischen diesen Werten feststellt, die einen festgelegten Wert überschreitet, wird auf einen fehlerhaften Feuchtigkeitssensor 6 erkannt, was beispielsweise über eine geeignete Anzeige angezeigt wird. Anderenfalls wird der Feuchtigkeitssensor 6 als korrekt funktionierend eingestuft.
  • Speziell wird hierbei bei Feststellung einer starken Abweichung der Werte bei hoher Umgebungstemperatur, beispielsweise 40°C, auf einen fehlerhaften Feuchtigkeitssensor erkannt. Durch die vorgesehene Anzeige erhält beispielsweise der Lenker des zugehörigen Kraftfahrzeuges einen Hinweis darauf, dass der Feuchtigkeitssensor ausgetauscht werden muss.
  • 2 zeigt die einzelnen Schritte des Verfahrens in einem Blockdiagramm. In Schritt 10 wird der NOx-Gehalt im Abgas des Dieselmotors mit dem NOx-Sensor gemessen, und zwar bei einem stationären Betriebspunkt in Bezug auf Drehzahl und Last. Das entsprechende Signal wird einer Steuereinheit zugeführt und dort als IST-Wert bereitgestellt (Schritt 12).
  • Ferner werden die EGR-Masse und die Luftmasse im Ansaugrohr sowie der Feuchtigkeitsgehalt im Ansaugrohr gemessen (Schritt 11). Die entsprechenden Signale werden der Steuereinheit zugeführt. Hieraus wird in Schritt 13 die Sauerstoffkonzentration im Ansaugrohr ermittelt, woraus über eine hinterlegte Kennlinie die NOx-Konzentration als Modell-Wert errechnet wird (Schritt 13).
  • Gemäß Schritt 14 werden beide Werte miteinander verglichen. Gemäß Schritt 15 wird festgestellt, ob die Abweichung größer ist als ein festgelegter Wert (R) oder nicht, wobei eine hohe Umgebungstemperatur zugrundegelegt wird. Der entsprechende Feuchtigkeitssensor wird dann als fehlerhaft oder nichtfehlerhaft eingestuft.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Überprüfung eines Feuchtigkeitssensors (6) eines Dieselmotors mit den folgenden Schritten: Messen des NOx-Rohremissionsgehaltes im Abgas des Dieselmotors stromauf eines SCR-Katalysators (4) mit einem NOx-Sensor (5) bei bestimmten stationären Betriebspunkten in einem definierten Fenster zum Erhalt eines IST-Wertes; Ermitteln der Sauerstoffkonzentration in der Ansaugluft des Dieselmotors und Umwandeln des erhaltenen Ergebnisses über eine Kennlinie in eine NOx-Konzentration zum Erhalt eines Modell-Wertes; Vergleichen des IST-Wertes mit dem Modell-Wert; und bei Feststellen einer Abweichung der Werte voneinander, die einen festgelegten Wert (R) überschreitet, Erkennen auf einen fehlerhaften Feuchtigkeitssensor (6).
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sauerstoffkonzentration in der Ansaugluft durch Messen der Luftmasse, EGR-Masse, falls vorhanden, und Feuchtigkeit im Ansaugrohr (2) des Dieselmotors ermittelt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Feststellung einer starken Abweichung der Werte bei hoher Umgebungstemperatur auf einen fehlerhaften Feuchtigkeitssensor (6) erkannt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine hohe Umgebungstemperatur einem Wert von über 35°C entspricht.
  5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der berechnete Modell-Wert mit dem gemessenen IST-Wert bei den relevanten Betriebspunkten und bei einer niedrigen Umgebungstemperatur adaptiert wird.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als bestimmte stationäre Betriebspunkte solche der Drehzahl und Last ausgewählt werden.
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