DE102016208161A1 - Method for determining a water content in the exhaust gas of a drive system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Wassergehalts w im Abgas einem Antriebssystem in einem Kraftfahrzeug. Dabei spritzt ein Wassereinspritzsystem Wasser in ein Luft/Kraftstoffgemisch ein. Des Weiteren ist mindestens ein Lambda-Sensor in einem Abgastrakt des Antriebssystems angeordnet. Das Verfahren umfasst folgende Schritte: Zuerst wird die Wassereinspritzung abgeschaltet (204). Durch Anheben (205) einer Pumpspannung (UP) im Lambda-Sensor findet eine Elektrolyse (206) von Wasserdampf statt. In einer Referenzmessung (207) wird ein aus der Elektrolyse (206) des Wasserdampfs entstandener erster Sauerstoffgehalt des Abgases durch den Lambda-Sensor und daraus eine Wasser-Nominalmenge (WN) ermittelt (208). Anschließend wird eine vorgegebene Wassermenge in das Luft/Kraftstoffgemisch eingespritzt (209, 213). Es folge eine Ist-Messung (211, 216), in der ein aus der Elektrolyse (210, 215) entstandener zweiter Sauerstoffgehalt des Abgases durch den Lambda-Sensor bei einem vorgegeben Betriebspunkt ermittelt wird. Des Weiteren wird eine Differenz (Δ) zwischen dem zweiten Sauerstoffgehalt und dem ersten Sauerstoffgehalt berechnet (212, 217) und diese zusammen mit der Wasser-Nominalmenge (WN) zur Berechnung (213, 218) des Wassergehalts (w) benutzt.The invention relates to a method for determining a water content w in the exhaust gas of a drive system in a motor vehicle. A water injection system injects water into an air / fuel mixture. Furthermore, at least one lambda sensor is arranged in an exhaust tract of the drive system. The method comprises the following steps: First, the water injection is turned off (204). By raising (205) a pumping voltage (UP) in the lambda sensor, an electrolysis (206) of water vapor takes place. In a reference measurement (207), a first oxygen content of the exhaust gas resulting from the electrolysis (206) of the water vapor is determined by the lambda sensor and therefrom a water nominal quantity (WN) (208). Subsequently, a predetermined amount of water is injected into the air / fuel mixture (209, 213). This is followed by an actual measurement (211, 216) in which a second oxygen content of the exhaust gas resulting from the electrolysis (210, 215) is determined by the lambda sensor at a predetermined operating point. Furthermore, a difference (Δ) between the second oxygen content and the first oxygen content is calculated (212, 217) and used together with the nominal water quantity (WN) for the calculation (213, 218) of the water content (w).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Wassergehalts im Abgas eines Antriebssystems. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt des Verfahrens ausführt, wenn sie auf einem Rechengerät abläuft, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um das Verfahren auszuführen. The present invention relates to a method for determining a water content in the exhaust gas of a drive system. Furthermore, the present invention relates to a computer program that executes each step of the method when running on a computing device and to a machine-readable storage medium that stores the computer program. Finally, the invention relates to an electronic control device which is set up to carry out the method.
Stand der TechnikState of the art
Heutzutage werden durch ein Einspritzen von Wasser in ein Luft/Kraftstoffgemisch verschiedene Motorparameter geändert. Zum Beispiel kann somit der Zündzeitpunkt im Verbrennungsmotor verändert werden. Das Wasser wird über eine Wassereinspritzung, die sich stromaufwärts des Verbrennungsmotors befindet in den Ansaugtrakt eingespritzt. Außerdem sind Systeme bekannt, bei der die Wassereinspritzung Wasser direkt in die Zylinder des Verbrennungsmotors einspritzt. Da die Wassermenge Einfluss einerseits auf die Leistung des Fahrzeugs, andererseits auf die Zusammensetzung des Abgases hat, ist eine Überwachung des Wassereinspritzsystems notwendig. Obendrein hat der Einfluss auf die Zusammensetzung zur Folge, dass der Gesetzgeber eine Diagnose des Systems fordert. Üblicherweise werden elektrische Diagnosen der einzelnen Wassereinspritzkomponenten eingesetzt, die jedoch nur elektrische Fehler, wie z.B. einen Leitungsabfall, erkennen. Darüber hinaus werden im Abgastrakt weitere Bestandteile des Abgases überwacht. Dazu gehört unter anderem ein Sauerstoffgehalt, der mittels Lambda- Sensoren, die im Abgastrakt angeordnet sind, überwacht wird. Nowadays, by injecting water into an air / fuel mixture, various engine parameters are changed. For example, thus the ignition timing can be changed in the engine. The water is injected into the intake tract via a water injection, which is located upstream of the internal combustion engine. In addition, systems are known in which the injection of water injects water directly into the cylinders of the internal combustion engine. Since the amount of water has an influence on the one hand on the performance of the vehicle, on the other hand on the composition of the exhaust gas, a monitoring of the water injection system is necessary. On top of that, the influence on the composition means that the legislator demands a diagnosis of the system. Usually, electrical diagnoses of the individual water injection components are used, but these only include electrical faults, such as electrical faults. a line drop, recognize. In addition, further components of the exhaust gas are monitored in the exhaust tract. Among other things, this includes an oxygen content, which is monitored by means of Lambda sensors, which are arranged in the exhaust tract.
Die
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Das Verfahren bezieht sich auf ein Wassereinspritzsystem, sowie auf einen Abgastrakt eines Antriebssystems in einem Kraftfahrzeug. Das Antriebssystem umfasst einen Verbrennungsmotor, sowie ein Ansaugtrakt und den erwähnten Abgastrakt, die beide mit dem Verbrennungsmotor verbunden sind. Im Abgastrakt ist stromabwärts des Verbrennungsmotors mindestens ein Lambda- Sensor angeordnet, mit dem es möglich ist eine Sauerstoffmenge im Abgas zu ermitteln. Das Wassereinspritzsystem ist stromaufwärts eines Verbrennungsmotors an dem Ansaugtrakt angeordnet und so eingerichtet, dass es eine vorgegebene Wassermenge in das Luft/Kraftstoffgemisch einspritzt. Folglich erreicht ein Luft/Kraftstoffgemisch mit einem feststehenden Wassergehalt den Verbrennungsmotor. Das eingespritzte Wasser hat sowohl Einfluss auf verschiedenen Motorparameter und somit auf eine Leistung des Kraftfahrzeugs, als auch auf das Abgas. Daher ist eine Überwachung der eingespritzten Wassermenge und der Wassereinspritzung selbst von großer Bedeutung. Im Verfahren werden die schon vorhandenen Lambda-Sensoren genutzt, um den Wassergehalt des Abgases zu ermitteln und somit einen Systemfehler der Wassereinspritzung zu erkennen. Dadurch können gegebenenfalls Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. The method relates to a water injection system, as well as to an exhaust tract of a drive system in a motor vehicle. The drive system comprises an internal combustion engine, as well as an intake tract and the aforementioned exhaust tract, both of which are connected to the internal combustion engine. In the exhaust system downstream of the internal combustion engine, at least one lambda sensor is arranged, with which it is possible to determine an amount of oxygen in the exhaust gas. The water injection system is disposed upstream of an engine at the intake manifold and configured to inject a predetermined amount of water into the air / fuel mixture. As a result, an air / fuel mixture having a fixed water content reaches the engine. The injected water has both influence on different engine parameters and thus on a performance of the motor vehicle, as well as on the exhaust gas. Therefore, monitoring the injected water quantity and the water injection itself is of great importance. In the process, the existing lambda sensors are used to determine the water content of the exhaust gas and thus to detect a system error of the water injection. As a result, if necessary, countermeasures can be initiated.
Zu Beginn wird in dem Verfahren die Wassereinspritzung abgeschaltet. Dadurch ist es möglich eine Referenzmessung einer Umgebungsfeuchte auszuführen. Anschließend wird die Pumpspannung des Lambda-Sensors erhöht, wodurch eine Elektrolyse von Wasserdampf erfolgt. Dabei wird das Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespaltet. Ein hieraus entstandener erster Sauerstoffgehalt wird nun in der Referenzmessung durch den Lambda-Sensor ermittelt und weiterhin eine Wasser-Nominalmenge berechnet. Diese gibt die aktuelle Wassermenge im System, ohne zusätzliches Einspritzen von Wasser, an. Initially, in the process, the water injection is turned off. This makes it possible to carry out a reference measurement of ambient humidity. Subsequently, the pumping voltage of the lambda sensor is increased, whereby an electrolysis of water vapor takes place. The water is split into hydrogen and oxygen. A resulting first oxygen content is now determined in the reference measurement by the lambda sensor and further calculates a nominal water quantity. This indicates the current amount of water in the system, without additional injection of water.
Anschließend wird eine vorgegebene Wassermenge in das Luft/Kraftstoffgemisch eingespritzt. In einer Ist-Messung, bei einem vorgegebenen Betriebspunkt wird ein zweiter Sauerstoffgehalt ermittelt, der ebenfalls durch die Elektrolyse des Wassers, wie oben beschrieben, entstanden ist. Dieser zweite Sauerstoffgehalt setzt sich zusammen aus dem ersten Sauerstoffgehalt, der der Wassermenge in der Umgebungsluft entspricht, und dem Sauerstoff, der dem zusätzlich eingespritzten Wasser entspricht. Bildet man eine Differenz zwischen dem zweiten und dem ersten Sauerstoffgehalt, erhält man eine Aussage über den Sauerstoffgehalt, der durch das eingespritzte Wasser entstanden ist. Der Wassergehalt wird indes aus der Differenz und der Wasser-Nominalmenge, die aus der Referenzmessung ermittelt wird, errechnet Subsequently, a predetermined amount of water is injected into the air / fuel mixture. In an actual measurement, at a given operating point, a second oxygen content is determined, which is also caused by the electrolysis of the water, as described above. This second oxygen content is composed of the first oxygen content, which corresponds to the amount of water in the ambient air, and the oxygen, which corresponds to the additionally injected water. Forming a difference between the second and the first oxygen content, one obtains a statement about the oxygen content, which is caused by the injected water. The water content, however, is calculated from the difference and the nominal water quantity, which is determined from the reference measurement
Gemäß einem weiteren Aspekt des Verfahrens kann vorgesehen werden, weitere Messgrößen zu verwenden, um einen gewünschten Wassergehalt im Abgas zu ermitteln. Aus einem Vergleich zwischen dem gewünschten Wassergehalt und dem oben errechneten Wassergehalt im Abgas kann ein zu niedriger und/oder zu hoher Wassergehalt im Abgas ermittelt werden. Zusätzlich kann eine Fehlfunktion des Wassereinspritzsystems diagnostiziert werden. Beispielsweise sind diese Messgrößen Motortemperatur, Abstellzeit und/oder Umgebungstemperatur, sowie eine Ansteuerung der Wassereinspritzung. Als Vorteil ergibt sich, dass es auf Grundlage dieser Informationen möglich ist, passende Maßnahmen einzuleiten, um den gewünschten Wassergehalt zu erreichen. According to a further aspect of the method, provision may be made for using further measured variables in order to determine a desired water content in the exhaust gas. From a comparison between the desired water content and the above calculated water content in the exhaust gas, a too low and / or high water content in the exhaust gas can be determined. In addition, a malfunction of the water injection system can be diagnosed. For example, these parameters are engine temperature, shutdown time and / or ambient temperature, as well as a control of the water injection. The advantage is that it is possible on the basis of this information to take appropriate measures to achieve the desired water content.
Vorzugsweise werden die Informationen dazu genutzt, die Wassereinspritzung zu regeln. Ist der Wassergehalt im Abgas zu niedrig, kann die Wassereinspritzung entsprechend nachgeregelt werden und die eingespritzte Wassermenge erhöht werden. Ist der Wassergehalt im Abgas hingegen zu hoch, kann die Wassereinspritzung abgeschaltet werden. Dadurch kann die eingespritzte Wassermenge über die Wassereinspritzung optimiert werden und an die Bedingungen des Kraftfahrzeugs angepasst werden.Preferably, the information is used to control the water injection. If the water content in the exhaust gas is too low, the water injection can be readjusted accordingly and the injected amount of water can be increased. On the other hand, if the water content in the exhaust gas is too high, the water injection can be switched off. Thereby, the injected amount of water can be optimized via the water injection and adapted to the conditions of the motor vehicle.
Vorzugsweise kann bei einer Diagnose einer Fehlfunktion der Wassereinspritzung ein Fahrer des Kraftfahrzeugs informiert werden. Dieser kann dann beispielsweise eine Überprüfung und gegebenenfalls eine Reparatur in einer Werkstatt beauftragen.Preferably, in a diagnosis of a malfunction of the water injection, a driver of the motor vehicle can be informed. This can then, for example, commission a review and possibly a repair in a workshop.
Gemäß einem Aspekt kann vorgesehen werden, dass die Ist-Messung des aus der Elektrolyse des Wasserdampfs entstandenen Sauerstoffgehalts bei mehreren vorgegebenen Betriebspunkten durchgeführt wird. Vorzugsweise unterscheiden sich diese durch die vorgegebenen Einspritzmengen von Wasser. Beispielsweise kann eine größtmögliche Wassermenge (Vollmenge) eingespritzt werden und eine Ist-Messung durchgeführt werden. Anschließend kann die eingespritzte Wassermenge halbiert werden (Halbmenge) und ebenfalls eine Ist-Messung durchgeführt werden. Bildet man die Differenz jeweils aus der Vollmenge mit der Wasser-Nominalmenge und aus der Halbmenge mit der Wasser-Nominalmenge, kann die Genauigkeit der Aussagen erhöht werden. According to one aspect, it may be provided that the actual measurement of the oxygen content resulting from the electrolysis of the water vapor is carried out at a plurality of predetermined operating points. Preferably, these differ by the predetermined injection quantities of water. For example, a maximum amount of water (full amount) can be injected and an actual measurement can be performed. Subsequently, the injected amount of water can be halved (half amount) and also an actual measurement can be performed. Forming the difference in each case from the full quantity with the nominal water quantity and from the half quantity with the nominal water quantity, the accuracy of the statements can be increased.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens kann vorgesehen werden, dass vor der Elektrolyse des Wasserdampfs zusätzliche Schritte durchgeführt werden, um eine konstante Qualität des Abgases auch während den Messungen zu gewährleisten, da während den Messungen die Lambda-Sensoren verwendet werden und hierfür die Lambdaregelung kurzzeitig außer Kraft gesetzt wird. Hierfür wird einerseits eine Adaption des Lambda-Sensors durchgeführt, andererseits wird überprüft, ob eine Lambdaregelung eingeschwungen ist. Außerdem werden die Betriebsparameter für eine Diagnose abgefragt. Falls die Betriebsparameter für eine Diagnose erfüllt sind wird das Verfahren wie oben beschrieben eingeleitet. Andernfalls wird die Diagnose nicht durchgeführt. In an advantageous embodiment of the method can be provided that additional steps are performed before the electrolysis of the water vapor to ensure a constant quality of the exhaust gas during the measurements, since during the measurements, the lambda sensors are used and for this purpose the lambda control briefly except Force is set. For this purpose, on the one hand an adaptation of the lambda sensor is performed, on the other hand, it is checked whether a lambda control has settled. In addition, the operating parameters for a diagnosis are queried. If the operating parameters for a diagnosis are met, the procedure is initiated as described above. Otherwise the diagnosis will not be carried out.
Gemäß einem weiteren Aspekt können Betriebspunkte, die für die Diagnose benötigt werden, durch ein elektronisches Steuergerät eingestellt werden, sollten diese nicht durch den Fahrer angefahren werden. Dadurch kann die Diagnose gezielt gestartet werden.In another aspect, operating points needed for diagnostics may be adjusted by an electronic controller should they not be approached by the driver. As a result, the diagnosis can be started specifically.
Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere, wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät durchgeführt wird. Es ermöglicht die Implementierung des Verfahrens in einem herkömmlichen elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert. The computer program is set up to perform each step of the method, in particular when it is performed on a computing device or controller. It allows the implementation of the method in a conventional electronic control unit without having to make any structural changes. For this purpose it is stored on the machine-readable storage medium.
Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät, wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um die Bestimmung des Wassergehalts im Abgas mittels des oben beschriebenen Verfahrens zu steuern. By loading the computer program on a conventional electronic control unit, the electronic control unit is obtained, which is set up to control the determination of the water content in the exhaust gas by means of the method described above.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Ausführungsbeispiel der ErfindungEmbodiment of the invention
In
Die
Sind die oben genannten Voraussetzungen erfüllt, startet die Diagnose der Wassereinspritzung
Um die Wassereinspritzung
Das Ablaufdiagramm wird in
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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