DE102016201354B4

DE102016201354B4 - Verfahren zur Überprüfung eines Feuchtigkeitssensors

Info

Publication number: DE102016201354B4
Application number: DE102016201354.8A
Authority: DE
Inventors: Hong Zhang
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2016-01-29
Filing date: 2016-01-29
Publication date: 2017-08-10
Anticipated expiration: 2036-01-30
Also published as: WO2017129405A1; DE102016201354A1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Überprüfung eines Feuchtigkeitssensors zur Feuchtigkeitsmessung der Ansaugluft eines Verbrennungsmotors beschrieben. Das Verfahren umfasst zwei Ausführungsformen. Bei einer ersten Ausführungsform wird der Lambdakorrekturfaktor im Lambda-1-Betrieb des Verbrennungsmotors bei bestimmten stationären Betriebspunkten ermittelt und mit einem Lambdakorrekturfaktor von 1 verglichen. Bei Feststellung einer entsprechenden Abweichung wird auf einen fehlerhaften Feuchtigkeitssensor erkannt. Bei einer zweiten Ausführungsform wird die von einer Lambdasonde bestimmte Sauerstoffkonzentration während einer Schubabschaltungsphase des Verbrennungsmotors ermittelt und mit der aus einem Feuchtigkeitssensorsignal berechneten Sauerstoffkonzentration der Ansaugluft verglichen. Auch hier wird bei Feststellung einer entsprechenden Abweichung auf einen fehlerhaften Feuchtigkeitssensor erkannt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung eines Feuchtigkeitssensors zur Feuchtigkeitsmessung der Ansaugluft eines Verbrennungsmotors.
Um das Emissionsverhalten eines Verbrennungsmotors steuern zu können, finden u. a. Feuchtigkeitssensoren Verwendung, mit denen die Feuchtigkeit im Ansaugrohr des Verbrennungsmotors gemessen wird. Ein entsprechendes, die gemessene Feuchtigkeit (Luftfeuchtigkeit) wiedergebendes Signal kann einer Steuervorrichtung des Verbrennungsmotors zugeführt werden, die in Abhängigkeit davon entsprechende Betriebsparameter des Verbrennungsmotors 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 NO_x-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.
In der DE 100 10 005 B4 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Brennkraftmaschine beschrieben, bei dem die Brennkraftmaschine in einem stöchiometrischen Betrieb (λ = 1) betrieben wird. Eine stromaufwärts eines Abgaskatalysators gelegene Lambdasonde erfasst einen Ist-Wert des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses und vergleicht diesen Wert mit dem Sollwert des Luft-/Kraftstoff-Verhältnisses von 1, um eine Abweichung vom stöchiometrischen Betrieb zu ermitteln.
Die DE 102 16 278 B4 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung einer NOX-Konzentration bei einer Brennkraftmaschine, die eine Speicherkatalysatorsteuerung und einen NOX-Speicherkatalysator aufweist. Bei diesem Verfahren misst ein Temperaturfühler eine Lufttemperatur und eine Sauerstoffsonde stromaufwärts von dem NOX-Speicherkatalysator den im Abgas enthaltenen Sauerstoffgehalt im Schubbetrieb der Brennkraftmaschine. Die Speicherkatalysatorsteuerung schätzt oberhalb einer vorbestimmten Mindesttemperatur eine Luftfeuchte aufgrund des Sauerstoffgehalts und der Lufttemperatur ab und aus der abgeschätzten Luftfeuchte wird ein Korrekturfaktor für den Wert der NOX-Konzentration in dem Abgas stromaufwärts von dem NOX-Speicherkatalysator bestimmt.
In der nichtvorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung 10 2015 224 929.8 ist ein Verfahren zur Überprüfung eines Feuchtigkeitssensors eines Dieselmotors vorgeschlagen worden, bei dem der NO_x-Rohremissionsgehalt im Abgas des Dieselmotors zum Erhalt eines IST-Wertes gemessen, die Sauerstoffkonzentration in der Ansaugluft des Dieselmotors ermittelt und über eine Kennlinie in eine NO_x-Konzentration zum Erhalt eines Modell-Wertes umgewandelt und der IST-Wert mit dem Modell-Wert verglichen wird. Bei Feststellung einer Abweichung der Werte voneinander, die einen festgelegten Wert überschreitet, wird auf einen fehlerhaften Feuchtigkeitssensor erkannt.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein anderes Verfahren zur Überprüfung eines Feuchtigkeitssensors auf seine Funktionsfähigkeit. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches und kostengünstiges Verfahren zur Überprüfung eines Feuchtigkeitssensors zur Feuchtigkeitsmessung der Ansaugluft eines Verbrennungsmotors zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird bei einer ersten Ausführungsform erfindungsgemäß durch ein derartiges Verfahren gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:
Ermitteln des Lambdakorrekturfaktors im Lambda-1-Betrieb des Verbrennungsmotors bei bestimmten stationären Betriebspunkten; Vergleichen des ermittelten Lambdakorrekturfaktors mit einem Lambdakorrekturfaktor von 1; und
bei Feststellung einer Abweichung der Werte voneinander, die einen festgelegten Wert überschreitet, Erkennen auf einen fehlerhaften Feuchtigkeitssensor.
Die vorstehend genannte erste Ausführungsform basiert auf dem Grundgedanken, das Feuchtigkeitssensorsignal über den Lambdakorrekturfaktor im Lambda-1-Betrieb zu plausibilisieren. Dabei werden bestimmte stationäre Betriebspunkte des Verbrennungsmotors für die Auswertung des Lambdakorrekturfaktors ausgewählt, und es wird bei diesen Betriebspunkten der Lambdakorrekturfaktor im Lambda-1-Betrieb bestimmt. Wenn der vom Feuchtigkeitssensor gemessene Feuchtigkeitsgehalt stimmt, liegt der Lambdakorrekturfaktor bei 1. Wenn der Lambdakorrekturfaktor von 1 abweicht und die Abweichung dabei so groß ist, dass ein festgelegter Wert überschritten wird, wird auf einen fehlerhaften Feuchtigkeitssensor erkannt.
Insbesondere wird bei einer starken Abweichung des ermittelten Lambdakorrekturfaktors von 1 bei einer hohen Umgebungslufttemperatur auf einen fehlerhaften Feuchtigkeitssensor erkannt. Als hohe Umgebungslufttemperatur wird hierbei vorzugsweise eine Temperatur von > 40°C angesehen.
Als bestimmte stationäre Betriebspunkte werden beim erfindungsgemäßen Verfahren vorzugsweise eine bestimmte Drehzahl und eine bestimmte Last in einem definierten Fenster ausgewählt.
Als Lambdakorrekturfaktor wird hier der Faktor bezeichnet, um den ein Luft/Kraftstoff-Verhältnis korrigiert werden muss, um auf einen Wert von 1 zu kommen.
Der Vergleich wird vorzugsweise bei einem konstanten Lambdasignal und einem konstanten Feuchtigkeitssignal durchgeführt. Bei dieser Verfahrensvariante wird daher festgestellt, ob der Feuchtigkeitssensor ein im Wesentlichen konstantes Feuchtigkeitssignal abgibt. Danach wird der vorstehend beschriebene Vergleich des ermittelten Lambdakorrekturfaktors mit einem Lambdakorrekturfaktor von 1 durchgeführt.
Um die Diagnosesicherheit zu erhöhen, wird der Lambdakorrekturfaktor im Lambda-1-Betrieb bei gleichen stationären Betriebspunkten vorzugsweise bei mehreren Umgebungslufttemperaturen ermittelt und mit einem Lambdakorrekturfaktor von 1 verglichen. Bei Feststellung einer Abweichung der mehreren Werte voneinander, die einen festgelegten Wert überschreitet, wird auf einen fehlerhaften Feuchtigkeitssensor erkannt.
Hierbei werden insbesondere als mehrere Umgebungslufttemperaturen eine niedrige Umgebungslufttemperatur, insbesondere niedriger als 20°C, und eine höhere Umgebungslufttemperatur gewählt. Wenn hierbei die Differenz des Lambdakorrekturfaktors bei höherer Umgebungslufttemperatur und bei niedrigerer Umgebungslufttemperatur eine Schwelle überschreitet, dann wird auf einen Fehler des Feuchtigkeitssensors erkannt.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird bei einer zweiten Ausführungsform der Erfindung durch ein Verfahren zur Überprüfung eines Feuchtigkeitssensors zur Feuchtigkeitsmessung der Ansaugluft eines Verbrennungsmotors gelöst, das die folgenden Schritte umfasst:
Ermitteln der von einer Lambdasonde bestimmten Sauerstoffkonzentration während einer Schubabschaltungsphase des Verbrennungsmotors;
Vergleichen der ermittelten Sauerstoffkonzentration mit der aus einem Feuchtigkeitssensorsignal berechneten Sauerstoffkonzentration der Ansaugluft; und
bei Feststellung einer Abweichung der Werte voneinander, die einen festgelegten Wert überschreitet, Erkennen auf einen fehlerhaften Feuchtigkeitssensor.
Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird die Diagnose des Feuchtigkeitssensors während einer Schubabschaltungsphase durchgeführt. Dabei wird die vorzugsweise von einer linearen Lambdasonde gemessene Sauerstoffkonzentration mit der aus dem Feuchtigkeitssignal berechneten Sauerstoffkonzentration der Ansaugluft verglichen. Wenn die Differenz der beiden Konzentrationen eine Grenze überschreitet, wird ein Fehler des Feuchtigkeitssensors diagnostiziert.
Insbesondere wird das Verfahren hierbei so durchgeführt, dass dann, wenn bei einer hohen Umgebungslufttemperatur, die insbesondere eine Schwelle von 40°C übersteigt, die Differenz der beiden Sauerstoffkonzentrationen eine Grenze überschreitet, auf einen fehlerhaften Feuchtigkeitssensor erkannt wird.
Um die Diagnosesicherheit zu erhöhen, wird insbesondere die von der Lambdasonde ermittelte Sauerstoffkonzentration noch über die aus dem Feuchtigkeitssensor berechnete Sauerstoffkonzentration der Ansaugluft bei einer niedrigen Umgebungslufttemperatur, insbesondere niedriger als 20°C, adaptiert.
Diese Verfahrensvariante sei an einem Beispiel erläutert. Es wird hierbei davon ausgegangen, dass während der Schubabschaltungsphase die Sauerstoffkonzentration von reiner Luft 21% beträgt. Bei 50°C Umgebungslufttemperatur und einer gemessenen relativen Feuchtigkeit von 50% reduziert sich die Sauerstoffkonzentration um 1,3% (absolut) auf 19,3%. Wenn die von der linearen Lambdasonde gemessene Sauerstoffkonzentration von 19,3% um ± 0,6% (absolut) abweicht, dann wird der Feuchtigkeitssensor als fehlerhaft erkannt.
Während die erstgenannte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einem Verbrennungsmotor mit Lambda-1-Betrieb Anwendung findet, um das Luftfeuchtigkeitssignal zu plausibilisieren und zu diagnostizieren, kann die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sowohl bei Lambda-1-Betrieb als auch bei Magerbetrieb eingesetzt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Verbrennungsmotors mit einer Steuereinheit;
2 ein Ablaufdiagramm der ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
3 ein Ablaufdiagramm der zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Der in 1 nur schematisch dargestellte Verbrennungsmotor 4 besitzt einen Motorblock mit einem Luftansaugtrakt, der ein Luftansaugrohr 1 aufweist. Ferner hat der Verbrennungsmotor einen Abgastrakt mit einem Abgasrohr 5, in dem ein Katalysator 6 angeordnet ist. Stromauf des Katalysators 6 befindet sich eine Lambdasonde 7.
Der Verbrennungsmotor 4 besitzt nur schematisch dargestellte Einspritzventile 9, denen Kraftstoff über eine Leitung 13 zugeführt wird. Ferner ist in bzw. am Luftansaugrohr 1 ein Luftmassesensor 3 angeordnet. Stromauf des Luftmassesensors 3 befindet sich in bzw. am Luftansaugrohr 1 ein Feuchtigkeitssensor bzw. Luftfeuchtigkeitssensor 2.
Der Feuchtigkeitssensor 2 und der Luftmassesensor 3 messen die Feuchtigkeit und Luftmasse im Luftansaugrohr 1 und geben entsprechende Signale an eine Steuereinheit (ECU) 8, die die Signale auswertet und in Abhängigkeit davon entsprechende Betriebsparameter des Verbrennungsmotors 4 bzw. seines Abgassystems steuert.
Die Lambdasonde 7 führt eine übliche Lambdaregelung durch, wobei sie entsprechende Signale an die Steuereinheit 8 abgibt. Die Steuereinheit 8 ermittelt dann einen Lambdakorrekturfaktor im sogenannten Lambda-1-Betrieb.
Auf der Basis des vorstehend beschriebenen Verbrennungsmotors 4 werden die beiden Verfahrensvarianten zur Überprüfung des Feuchtigkeitssensors 2 auf seine korrekte Funktionsfähigkeit durchgeführt.
Bei der ersten Verfahrensvariante, deren Ablauf schematisch in 2 dargestellt ist, wird in Schritt 10 der Lambdakorrekturfaktor im Lambda-1-Betrieb des Verbrennungsmotors bei bestimmten stationären Betriebspunkten, nämlich Drehzahl und Last in einem definierten Fenster, ermittelt. In Schritt 11 wird der ermittelte Lambdakorrekturfaktor mit einem Lambdakorrekturfaktor von 1 verglichen. Bei Feststellung einer Abweichung der Werte voneinander, die einen festgelegten Wert überschreitet, beispielsweise bei einer hohen Umgebungslufttemperatur von > 40°C, wird ein fehlerhafter Feuchtigkeitssensor gemäß Schritt 12 diagnostiziert.
Bei der zweiten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird in Schritt 20 die von einer linearen Lambdasonde bestimmte Sauerstoffkonzentration während einer Schubabschaltungsphase des Verbrennungsmotors ermittelt. In Schritt 21 wird die ermittelte Sauerstoffkonzentration mit der aus einem Feuchtigkeitssensorsignal berechneten Sauerstoffkonzentration der Ansaugluft verglichen. Bei Feststellung einer Abweichung der Werte voneinander, die einen festgelegten Wert überschreitet, wird beispielsweise bei einer Umgebungslufttemperatur von > 40°C ein fehlerhafter Feuchtigkeitssensor gemäß Schritt 22 diagnostiziert.
Bei einer Umgebungslufttemperatur von ≥ 40°C ist keine Adaption der erhaltenen Werte erforderlich, die beispielsweise bei einer Temperatur von 20°C durchgeführt wird.
Erfindungsgemäß werden somit zwei einfache und kostengünstige Verfahrensvarianten zur Diagnose eines Feuchtigkeitssensors eines Verbrennungsmotors zur Verfügung gestellt.

Claims

Verfahren zur Überprüfung eines Feuchtigkeitssensors (2) zur Feuchtigkeitsmessung der Ansaugluft eines Verbrennungsmotors (4) mit den folgenden Schritten: – Ermitteln des Lambdakorrekturfaktors im Lambda-1-Betrieb des Verbrennungsmotors (4) bei bestimmten stationären Betriebspunkten; – Vergleichen des ermittelten Lambdakorrekturfaktors mit einem Lambdakorrekturfaktor von 1; und – bei Feststellung einer Abweichung der Werte voneinander, die einen festgelegten Wert überschreitet, Erkennen auf einen fehlerhaften Feuchtigkeitssensor.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer starken Abweichung des ermittelten Lambdakorrekturfaktors von 1 bei einer hohen Umgebungslufttemperatur auf einen fehlerhaften Feuchtigkeitssensor (2) erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als hohe Umgebungslufttemperatur eine Temperatur von > 40°C angesehen wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als bestimmte stationäre Betriebspunkte eine bestimmte Drehzahl und eine bestimmte Last in einem definierten Fenster ausgewählt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vergleich bei einem konstanten Lambdasignal und einem konstanten Feuchtigkeitssignal durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Lambdakorrekturfaktor im Lambda-1-Betrieb bei gleichen stationären Betriebspunkten bei mehreren Umgebungslufttemperaturen ermittelt und mit einem Lambdakorrekturfaktor von 1 verglichen wird und bei Feststellung einer Abweichung der mehreren Werte voneinander, die einen festgelegten Wert überschreitet, auf eine fehlerhaften Feuchtigkeitssensor (2) erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass als mehrere Umgebungslufttemperaturen eine niedrige Umgebungslufttemperatur, insbesondere niedriger als 20°C, und eine höhere Umgebungslufttemperatur gewählt werden.
Verfahren zur Überprüfung eines Feuchtigkeitssensors zur Feuchtigkeitsmessung der Ansaugluft eines Verbrennungsmotors (4) mit den folgenden Schritten: – Ermitteln der von einer Lambdasonde (7) bestimmten Sauerstoffkonzentration während einer Schubabschaltungsphase des Verbrennungsmotors (4); – Vergleichen der ermittelten Sauerstoffkonzentration mit der aus einem Feuchtigkeitssensorsignal berechneten Sauerstoffkonzentration der Ansaugluft; und – bei Feststellung einer Abweichung der Werte voneinander, die einen festgelegten Wert überschreitet, Erkennen auf einen fehlerhaften Feuchtigkeitssensor (2).
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass dann, wenn bei einer hohen Umgebungslufttemperatur, die insbesondere eine Schwelle von 40°C übersteigt, die Differenz der beiden Sauerstoffkonzentrationen eine Grenze überschreitet, auf einen fehlerhaften Feuchtigkeitssensor (2) erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Lambdasonde (7) ermittelte Sauerstoffkonzentration noch über die aus dem Feuchtigkeitssensor (2) berechnete Sauerstoffkonzentration der Ansaugluft bei einer niedrigen Umgebungslufttemperatur, insbesondere niedriger als 20°C, adaptiert wird.