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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Computerprogramm zum Kalibrieren eines Sauerstoffsensors des Abgassystems eines Verbrennungsmotors. Insbesondere zielt das Verfahren auf den Ausgleich von Feuchtigkeitswirkungen während der Neukalibrierung des Sensors unter Kraftstoffabschaltbedingungen.
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STAND DER TECHNIK
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Es ist bekannt, dass das Abgassystem eines Verbrennungsmotors mit einer oder mehreren Abgasnachbehandlungsvorrichtungen versehen werden kann. Die Nachbehandlungsvorrichtungen können jede Vorrichtung sein, die dazu konfiguriert ist, die Zusammensetzung der Abgase zu ändern. Einige Beispiele von Nachbehandlungsvorrichtungen umfassen NOx-Speicherkatalysatoren (LNT) und Partikelfilter (DPF).
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Sowohl LNT- wie auch DPF-Steuerungen benutzen spezifische Modelle zur Verwaltung dieser Vorrichtungen. Die Modelle benötigen mehrere Eingaben, von denen die Sauerstoffmenge in der Abgasleitung einer der wichtigsten für ihr korrektes Funktionieren ist.
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Allgemein werden solche Sauerstoffmengensignale mit Hilfe eines Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors (auch als Sauerstoffsensor bezeichnet) gegeben. Gemäß den Nachbehandlungskonfigurationen ist es möglich, einen Sauerstoffsensor einzusetzen, der stromaufwärts des LNT angeordnet ist, oder zwei Sauerstoffsensoren stromaufwärts und stromabwärts des LNT.
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Abgas-Sauerstoffsensoren werden in der Regel in Dieselanwendungen zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung benutzt, um die Emissionsnormen über die Lebenszeit des Fahrzeugs hinweg einzuhalten und den gesetzlichen Anforderungen für die On-Board-Diagnose (OBD II) mit Bezug auf Störungen des Kraftstoffeinspritzsystems zu genügen. Insbesondere werden Sauerstoffsignale dazu verwendet, Einspritzdüsen-Drift festzustellen und Abweichungen von den Systemeinstellungen und der Voreinspritzung auszugleichen, um Verbrennungsgeräusche zu reduzieren und gute Leistungsdaten bezüglich der Emissionen zu gewährleisten. In einigen Anwendungen werden Sauerstoffmessungen ferner dazu verwendet, den Regenerierungsvorgang des NOx-Speicherkondensators zu steuern und zu verwalten.
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Die Messung des Sauerstoffsensors ergibt eine Abhängigkeit von Parametern wie der Zusammensetzung des Abgasgemisches, der Betriebstemperatur, der Abgastemperatur, dem Abgasgegendruck, der Sensoralterung und Ruß auf dem Messelement. Insbesondere die Alterung der Komponente kann eine Messdrift verursachen, die die Messgenauigkeit beeinträchtigt. Aus diesem Grund bedarf es eines Neukalibrierungsverfahrens zum Ausgleich solcher Abweichungen. Die Alterung des Sauerstoffsensors erzeugt eine Verschiebung der Sensorkennlinie (Aktuell-Sauerstoff), die ein lineares Verhalten aufweist. Eine solche Verschiebung weist ein lineares Verhalten auf und kann unter Ansetzung eines Korrekturfaktors, der über die gesamte Kurve hinweg konstant ist, ausgeglichen werden. Aus diesem Grund ist die Korrekturerlernung, die an einem einzelnen Punkt der Kurve erfolgt, ausreichend. Der Drift-Ausgleich des Sauerstoffsensors infolge von Alterungserscheinungen erfolgt bei Null-Kraftstoffeinspritzbedingungen (Schubphasen), da dies unter den verschiedenen Motorbetriebsbedingungen der einzige Zustand ist, in dem die Sauerstoffkonzentration im Abgas bekannt ist – in der Abgasleitung ist nur Frischluft vorhanden. Die als Sensor-Drift-Ausgleich (SDC) bekannte Strategie lernt während Kraftstoff-Abschaltphasen ein Korrektur-Gain KSDC per Vergleich der Sauerstoffkonzentration [O2]meas, die vom Sensor gemessen wurde, mit der nominalen Sauerstoffkonzentration in der trockenen Luft [O2]nom nach folgender Formel: KSDC = [O2]nom/[O2]meas
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Dann wird der Korrektur-Gain, der gelernt und im Speicher der Motorsteuerungseinheit abgelegt wird, als Multiplikationsfaktor jedes Motorpunktes während aller anderen Motorbetriebsarten angesetzt.
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Der Hauptnachteil des bekannten Verfahrens betrifft die eingeschränkten Bedingungen, unter denen der Lernvorgang durchgeführt werden kann, um eine hohe Genauigkeit zu gewährleisten. Im Falle einer hohen Luftfeuchtigkeit und einer hohen Temperatur nimmt der Wasserdampfdruck zu, und der Sauerstoffpartialdruck nimmt ab, weshalb die Abweichung der Sauerstoff-Konzentrationsmessung erheblich ausfallen kann. In 4 ist ein Vergleich zwischen dem Sauerstoffpartialdruck bei trockener Luft und extrem hoher Feuchtigkeit und Temperatur bei unterschiedlichen barometrischen Drücken dargestellt. Er erzeugt eine Messverschiebung der Frischluft-Sauerstoffkonzentration, die in 5 dargestellt ist: während die Sauerstoffkonzentration in der Luft bei normalen Umgebungsbedingungen etwa 21% beträgt, liegt die gemessene Sauerstoffkonzentration in der Luft unter Bedingungen hoher Luftfeuchtigkeit und Temperatur bei etwa 19,5%, mit weiteren Variationen je nach dem barometrischen Druck.
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Es ist eine Tatsache, dass die aktuelle Neukalibrierungsstrategie bei großer Höhe, hoher Temperatur und hoher Luftfeuchtigkeit nicht implementiert werden kann, ohne dass die Messgenauigkeit leidet. Dies führt zu einer eingeschränkten Aktivierungsquote der Neukalibrierungsstrategie.
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Es besteht folglich Bedarf nach einem Computerprogramm, das ein Verfahren zur Kalibrierung des Sauerstoffsensors implementiert, mit dem die genannten Nachteile überwunden werden.
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Ein Ziel eines Ausführungsbeispiels der Erfindung ist die Bereitstellung eines Computerprogramms, das ein Verfahren zur Kalibrierung eines Sauerstoffsensors implementiert, mit dem Feuchtigkeitseffekte während einer Frischluft-Neukalibrierung des Sensors kompensiert werden können.
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Diese Ziele werden mit einem Computerprodukt und einem Automobilsystem erreicht, die die in den unabhängigen Ansprüchen aufgeführten Merkmale aufweisen.
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Die abhängigen Ansprüche beschreiben bevorzugte und/oder besonders vorteilhafte Aspekte.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ein Ausführungsbeispiel der Offenbarung schafft ein Computerprogramm, das einen Computercode umfasst, der zur Ausführung eines Verfahrens zum Kalibrieren eines Verbrennungsmotors geeignet ist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- – Betreiben eines Kraftfahrzeuges unter Kraftstoff-Abschaltbedingungen mit einem Sauerstoffsensor,
- – Kalibrieren des Sauerstoffsensors durch Berechnen eines Korrektur-Gains des Sauerstoffsensors als Funktion einer Sauerstoffkonzentration in trockener Luft, einer Sauerstoffkonzentration, die mit dem Sauerstoffsensor gemessen wird, und eines Feuchtigkeitsfaktors unter Ansatz folgender Gleichung: KSDC = [O2]nom/([O2])meas × KHum) wobei der Feuchtigkeitsfaktor als Verhältnis zwischen der Sauerstoffkonzentration in trockener Luft und einer Sauerstoffkonzentration in feuchter Luft berechnet wird,
- – Betreiben des Kraftfahrzeugs mit dem neukalibrierten Motor. Ein Vorteil dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass ein derartiges Verfahren zur Neukalibrierung des Sauerstoffsensors den Effekt der Feuchtigkeit in der Luft berücksichtigt. Auf diese Weise kann die Neukalibrierung des Sauerstoffsensors bei Erhaltung einer hohen Genauigkeit unter allen möglichen Umweltbedingungen vorgenommen werden.
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Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel wird die Sauerstoffkonzentration in feuchter Luft als Verhältnis zwischen einem Sauerstoffpartialdruck und einem barometrischen Druck berechnet.
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Ein Vorteil dieses Ausführungsbeispiels besteht darin, dass aufgrund der Tatsache, dass der Feuchtigkeitseffekt bei niedrigem barometrischen Druck kritischer ist, dieses neue Verfahren eine gute Kompensation der Alterung in der Höhe ermöglicht und damit die Deaktivierung der Neukalibrierungsstrategie über längere Zeit vermeidet.
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Sauerstoff-Partialdruck als Funktion des barometrischen Drucks, eines Dampfpartialdrucks und der Sauerstoffkonzentration in trockener Luft gemäß der folgenden Gleichung berechnet: ppO2 = (pBar – ppH2O) × [O2]nom
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Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Dampfpartialdruck als Funktion eines Dampfsättigungsdrucks in Abhängigkeit von der Lufttemperatur und einer relativen Luftfeuchtigkeit gemäß der folgenden Gleichung berechnet: ppH2O = ppH2Omax × Hrel
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Ein Vorteil dieser Ausführungsbeispiele besteht darin, dass das Verfahren auch den Effekt der Lufttemperatur berücksichtigt, weshalb das Verfahren auch unter Bedingungen einer hohen Temperatur durchgeführt werden kann.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Offenbarung schafft ein Automobilsystem, das einen Verbrennungsmotor und eine elektronische Steuerungseinheit umfasst, wobei der Motor ein Nachbehandlungssystem mit mindestens einem Sauerstoffsensor umfasst, wobei die elektronische Steuerungseinheit dazu konfiguriert ist, das Computerprogramm gemäß einem der obenstehenden Ausführungsbeispiele auszuführen.
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Das Verfahren gemäß einem seiner Aspekte kann mit Hilfe eines Computerprogramms, das einen Programmcode zur Ausführung sämtlicher Schritte des oben beschriebenen Verfahrens umfasst, und in Form eines Computerprogrammprodukts, das das Computerprogramm umfasst, durchgeführt werden.
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Das Computerprogrammprodukt kann in ein Steuergerät für einen Verbrennungsmotor eingebettet sein, das eine elektronische Steuerungseinheit (ECU), einen der ECU zugeordneten Datenträger und das in einem Datenträger gespeicherte Computerprogramm umfasst, so dass das Steuergerät die beschriebenen Ausführungsbeispiele ebenso wie das Verfahren definiert. In diesem Fall, wenn das Steuergerät das Computerprogramm ausführt, werden sämtliche Schritte des oben beschriebenen Verfahrens durchgeführt.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die unterschiedlichen Ausführungsbeispiele werden nachstehend exemplarisch und unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben:
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1 zeigt ein Automobilsystem.
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2 ist eine Querschnittansicht eines Verbrennungsmotors, der zu dem Automobilsystem der 1 gehört.
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3 ist eine schematische Darstellung einer Nachbehandlungsarchitektur.
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4 ist eine Kurve, die ein Beispiel einer Sauerstoffpartialdruckverschiebung im Falle extrem hoher Temperatur und Feuchtigkeit veranschaulicht.
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5 ist eine Kurve, die ein Beispiel einer Sauerstoffkonzentrationsverschiebung im Falle hoher Temperatur und Feuchtigkeit veranschaulicht.
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6 ist eine Kurve, die ein Beispiel einer Frischluftneukalibrierung veranschaulicht, die bei unterschiedlichen Feuchtigkeitsbedingungen bei gleichem barometrischen Druck im Vergleich zwischen dem bekannten und dem neuen Verfahren veranschaulicht.
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DETAILLERTE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Einige Ausführungsbeispiele können ein Automobilsystem 100 enthalten, wie in 1 und 2 dargestellt, das einen Verbrennungsmotor (ICE) 110 mit einem Motorblock 120 enthält, der wenigstens einen Zylinder 125 mit einem Kolben 140 begrenzt, der zur Rotation einer Kurbelwelle 145 angekoppelt ist. Ein Zylinderkopf 130 wirkt mit dem Kolben 140 zusammen, um eine Brennkammer 150 zu begrenzen.
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Ein (nicht dargestelltes) Kraftstoff-Luft-Gemisch wird in die Brennkammer 150 eingebracht und gezündet, woraus heiße, expandierende Gase resultieren, die eine Hin-und-her-Bewegung des Kolbens 140 auslösen. Der Kraftstoff wird von mindestens einer Kraftstoffeinspritzdüse 160 zugeführt, und die Luft durch mindestens eine Einlassöffnung 210. Der Kraftstoff wird mit Hochdruck in die Einspritzdüse 160 von einer Kraftstoffleitung 170 zugeführt, die in Fluidkommunikation mit einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe 180 steht, welche den Druck des von einer Kraftstoffquelle 190 kommenden Kraftstoffs erhöht.
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Jeder der Zylinder 125 weist mindestens zwei Ventile 215 auf, die von einer Nockenwelle 135 betätigt werden, welche in Abstimmung mit der Kurbelwelle 145 rotiert. Die Ventile 215 lassen über die Öffnung 210 selektiv Luft in die Brennkammer 150 und lassen abwechselnd Abgase durch eine Öffnung 220 ausdringen. In einigen Beispielen kann ein Nockenwellenversteller 155 die Taktung zwischen der Nockenwelle 135 und der Kurbelwelle 145 selektiv variieren.
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Die Luft kann über einen Ansaugkrümmer 200 zu der/den Lufteinlassöffnung(en) 210 verteilt werden. Ein Lufteinlasskanal 205 kann dem Ansaugkrümmer 200 die Luft aus der Umgebung zuführen. In anderen Ausführungsbeispielen kann ein Drosselklappengehäuse 330 dazu vorgesehen sein, die Luftströmung in den Ansaugkrümmer 200 zu regeln. In noch anderen Ausführungsbeispielen kann ein Druckluftsystem, wie beispielsweise ein Turbolader 230, mit einem drehbar an einer Turbine 250 gekoppelten Kompressor 240, vorgesehen sein. Die Rotation des Kompressors 240 erhöht den Druck und die Temperatur der Luft im Kanal 205 und im Krümmer 200. Eine im Kanal 205 angeordnete Ladeluftkühlung 260 kann die Lufttemperatur reduzieren. Die Turbine 250 dreht sich infolge des Eintretens von Abgasen aus einem Abgaskrümmer 225, der die Abgase von den Abgasöffnungen 220 und über eine Reihe von Flügeln vor der Expansion durch die Turbine 250 leitet. Die Abgase verlassen die Turbine 250 und werden einer Abgasanlage 270 zugeführt. In diesem Beispiel ist eine Turbine mit fester Geometrie 250 mit einer Ladedruckregelklappe 290 dargestellt. In anderen Ausführungsbeispielen kann der Turbolader 230 auch eine Turbine mit variabler Geometrie (VGT) sein, mit einem VGT-Stellglied, das dazu angeordnet ist, die Flügel zur Änderung der Strömung der Abgase durch die Turbine zu bewegen.
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Die Abgasanlage 270 kann ein Abgasrohr 275 mit einer oder mehreren Abgasnachbehandlungsvorrichtungen 280 umfassen. Die Nachbehandlungsvorrichtungen können jede Vorrichtung sein, die dazu konfiguriert ist, die Zusammensetzung der Abgase zu ändern. Einige Beispiele für Nachbehandlungsvorrichtungen 280 umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein, (Zwei- oder Dreiweg-)-Katalysatoren, Oxidationskatalysatoren, NOx-Speicherkatalysatoren, Partikelfilter und SCR-Abgasreinigungssysteme. Andere Ausführungsbeispiele können ein Abgasrückführungssystem (EGR) 300 umfassen, das zwischen dem Abgaskrümmer 225 und dem Ansaugkrümmer 200 angekoppelt ist. Das EGR-System 300 kann einen EGR-Kühler 310 zur Senkung der Temperatur der Abgase im EGR-System 300 umfassen. Ein EGR-Ventil 320 steuert eine Abgasströmung im EGR-System 300.
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Das Automobilsystem 100 kann ferner eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) 450 in Kommunikation mit einem oder mehreren Sensoren und/oder Vorrichtungen in Verbindung mit dem ICE 110 umfassen und mit einem Datenträger 40 ausgerüstet sein. Die ECU 450 kann Eingangssignale von unterschiedlichen Sensoren empfangen, die dazu konfiguriert sind, die Signale proportional zu verschiedenen physikalischen Parametern in Verbindung mit dem ICE 110 zu erzeugen. Die Sensoren umfassen, ohne auf diese beschränkt zu sein, Luftmassen-, Druck-, Temperatursensor 340, einen Krümmerdruck- und Temperatursensor 350, einen Verbrennungsdrucksensor 360, Temperatur- und Pegelstandsensoren für Kühlmittel und Öl 380, einen Kraftstoffleitungsdrucksensor 400, einen Nockenpositionssensor 410, einen Kurbelpositionssensor 420, Abgasdruck- und Temperatursensoren 430, einen EGR-Temperatursensor 440 und einen Gaspedal-Positionssensor 445. Ferner kann die ECU 450 Ausgangssignale an unterschiedliche Steuervorrichtungen erzeugen, die dazu angeordnet sind, den Betrieb der ICE 110 zu steuern, einschließlich – ohne darauf beschränkt zu sein – der Kraftstoffeinspritzdüsen 160, des Drosselklappengehäuses 330, des EGR-Ventils 320, der Ladedruckregelklappe 290 und des Nockenverstellers 155. Gestrichelte Linien zeigen die Kommunikation zwischen der ECU 450 und den unterschiedlichen Sensoren und Vorrichtungen an, wobei einige aus Deutlichkeitsgründen weggelassen wurden.
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Die ECU 450 kann eine digitale Zentraleinheit (CPU) in Kommunikation mit einem Speichersystem und einem Schnittstellenbus umfassen. Die CPU ist dazu konfiguriert, Befehle auszuführen, die als Programm im Speichersystem gespeichert sind, und Signale an den Schnittstellenbus zu senden und von dort zu empfangen. Das Speichersystem kann unterschiedliche Speichertypen umfassen, einschließlich optischer Speicher, magnetischer Speicher, SSDs (Solid State Storage) und anderer nicht volatiler Speicher. Der Schnittstellenbus kann dazu konfiguriert sein, analoge und/oder digitale Signale an die unterschiedlichen Sensoren und Steuerungsvorrichtungen zu senden, von diesen zu empfangen und zu modulieren. Das Programm kann die hier offenbarten Methoden verkörpern und damit der CPU ermöglichen, die Schritte solcher Verfahren auszuführen und die ICE 110 zu steuern.
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Das im Speichersystem abgelegte Programm wird von außen über ein Kabel oder drahtlos übertragen. Außerhalb des Automobilsystems 100 ist es normalerweise als Computerprogrammprodukt erkennbar, das in der Fachwelt auch als computerlesbares Medium oder maschinenlesbares Medium bezeichnet wird und als Computerprogrammcode zu verstehen ist, der auf einem Träger abgelegt ist, wobei dieser Träger seiner Art nach transitorisch oder nicht-transitorisch ist, was zur Folge hat, dass das Computerprogrammprodukt als transitorisch oder nicht-transitorisch betrachtet werden kann.
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Ein Beispiel eines transitorischen Computerprogrammprodukts ist ein Signal, zum Beispiel ein elektromagnetisches Signal, etwa ein optisches Signal, das als transitorischer Träger für den Computerprogrammcode fungiert. Die Trägerschaft eines solchen Computerprogrammcodes lässt sich durch Modulation des Signals mittels einer herkömmlichen Modulationstechnik, wie beispielsweise QPSK für digitale Daten, erreichen, so dass binäre Daten, die den betreffenden Computerprogrammcode darstellen, dem transitorischen elektromagnetischen Signal eingeprägt sind. Solche Signale werden beispielsweise nutzbar gemacht, wenn Computerprogrammcode über eine WiFi-Verbindung drahtlos an einen Laptop übertragen wird.
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Im Falle eines nicht-transitorischen Computerprogrammprodukts ist der Computerprogrammcode in einem physischen Speichermedium verkörpert. Das Speichermedium ist dann der oben erwähnte nicht-transitorische Träger, so dass der Computerprogrammcode permanent oder nicht permanent abrufbar in oder auf diesem Speichermedium gespeichert ist. Das Speichermedium kann von einem herkömmlichen Typ sein, wie er in der Computertechnologie bekannt ist, beispielsweise ein Flash-Speicher, ein ASIC, eine CD oder dergleichen.
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Anstelle einer ECU 450 kann das Automobilsystem 100 auch einen anderen Prozessortyp zur Bereitstellung der elektronischen Logik enthalten, beispielsweise eine eingebettete Steuerung, einen Onboard-Computer oder ein Prozessormodul, das im Fahrzeug ausgeführt werden könnte.
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In 3 ist eine beispielhafte Konfiguration eines Nachbehandlungssystems für einen Dieselmotor dargestellt. Es umfasst einen NOx-Speicherkatalysator (LNT) 281 und ein Dieselpartikelfilter (DPF) 282. Sowohl die LNT- wie die DPF-Steuerung benutzen spezifische Modelle zur Verwaltung dieser Vorrichtungen. Die Modelle benötigen verschiedene Eingaben, von denen die Sauerstoffmenge in der Abgasleitung eine der wichtigsten für eine korrekte Funktionsweise ist. Beispielsweise benützt das DPF 282 ein Rußmodell auf der Grundlage thermokinetischer Reaktionen zur Bestimmung des optimalen DPF-Regenerierungsintervalls und der DPF-Regenerierungsdauer durch die Schätzung aktiver und passiver Regenerierungsreaktionen in der Ruß- und Substratschicht. Die Wirksamkeit der DPF-Steuerung ist von der Genauigkeit der Filtereinlassemissionen abhängig, wie beispielsweise O2, HC, NO2 und Ruß, die hauptsächlich über die Modellierung von Gaskonzentrationen bei Motor-aus und nach DOC-Umwandlungsreaktionen gewonnen werden.
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Für gewöhnlich werden solche Sauerstoffmengensignale mittels eines Luft/Kraftstoff-Verhältnissensors (Sauerstoffsensors) bereitgestellt. Je nach den Nachbehandlungskonfigurationen besteht die Möglichkeit, einen Sauerstoffsensor 283 anzuwenden, der stromaufwärts des LNT angeordnet ist, oder zwei Sauerstoffsensoren stromaufwärts 283 und stromabwärts 284 des LNT, wie im Beispiel der 3.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung implementiert das Computerprogramm ein verbessertes Verfahren der Neukalibrierung eines Verbrennungsmotors, und insbesondere des Sauerstoffsensors. Detaillierter ausgedrückt, wurde eine Kompensation der Feuchtigkeitseffekte während des Vorgangs der Frischluft-Neukalibrierung eingeführt, um eine Erweiterung der Bedingungen zuzulassen, unter denen die Sauerstoffsensor-Drift-Ausgleichsstrategie aktiviert werden kann, basierend auf der Tatsache, dass in vielen Motorarchitekturen die Messung der relativen Luftfeuchtigkeit verfügbar ist.
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Der Feuchtigkeitsausgleich kann durchgeführt werden, wenn die nachstehenden Informationen gemessen oder von der Motorsteuerungseinheit (ECU) geschätzt werden: barometrischer Druck, relative Luftfeuchtigkeit, Lufttemperatur. Auf der Grundlage dieser Umweltbedingungen wird das Verfahren wie nachstehend beschrieben ausgeführt.
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Zuerst wird unter Berücksichtigung der Lufttemperatur und der relativen Luftfeuchtigkeit Hrel der Dampfpartialdruck ppH2O gemäß folgender Gleichung berechnet: ppH2O = ppH2Omax × Hrel wobei ppH2Omax der Dampfsättigungsdruck ist, der in Abhängigkeit von der Lufttemperatur gemäß einer empirischen Formel berechnet werden kann.
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Dann berechnet das Verfahren den Sauerstoff-Partialdruck ppO2 als Funktion des barometrischen Drucks pBar und des Dampfpartialdrucks ppH2O gemäß der folgenden Formel: ppO2 = (pBar – ppH2O) × [O2]nom wobei
[O2]nom die Konzentration des Sauerstoffs in trockener Luft unter Normalbedingungen ist, typischerweise gleich 20,95.
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Bei Kenntnis des Sauerstoffpartialdrucks und des barometrischen Drucks kann die Sauerstoffkonzentration [O2]AirHum in der feuchten Luft wie folgt berechnet werden: [O2]AirHum = ppO2/pBar
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Nach diesen einführenden Schritten findet der Feuchtigkeitsausgleichsprozess während der Sensor-Drift-Neukalibrierung statt, die für die Berücksichtigung der Alterung des Sauerstoffsensors nötig ist. Auf der Grundlage der vorangehenden Schritte wird ein Feuchtigkeitsfaktor KHum als Verhältnis der Sauerstoffkonzentration in der trockenen Luft [O2]nom zur Sauerstoffkonzentration in der feuchten Luft [O2]AirHum berechnet: KHum = [O2]nom/[O2]AirHum
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Schließlich wird der Korrektur-Gain KSDC des Sauerstoffsensors unter Berücksichtigung des Feuchtigkeitsfaktors gemäß folgender Gleichung berechnet: KSDC = [O2]nom/([O2])meas × KHum)
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Dann wird der Korrektur-Gain während aller anderen Maschinenbetriebsarten als Multiplikationsfaktor jedes Maschinenpunkts angesetzt.
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In 6 ist ein Beispiel einer Sauerstoffsensors-Neukalibrierung unter Frischluftbedingungen dargestellt, die bei unterschiedlichen Feuchtigkeitsbedingungen bei gleichem barometrischen Druck ausgeführt wird und bei der die gewonnenen Ergebnisse des bekannten Verfahrens (Kurve 600) mit den Ergebnissen des neuen Verfahrens (Kurve 650) verglichen werden. Ein bemerkenswerter Unterschied zwischen den zwei Kurven lässt sich einfach feststellen.
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Zusammenfassend ist festzustellen, dass der Feuchtigkeitsausgleich während der Neukalibrierung des Sauerstoffsensors unter Frischluftbedingungen zu einer Verbesserung des Sauerstoffsensor-Neukalibrierungsverfahrens führt, da er die Erweiterung der Umgebungsbedingungen ermöglicht, unter denen ein Lernprozess des Sensor-Drift-Ausgleichs unter Erhaltung einer hohen Genauigkeit erfolgen kann. Da der Feuchtigkeitseffekt bei niedrigem barometrischen Druck kritischer ist, ermöglicht dieses Verfahren einen guten Alterungs-Ausgleich in der Höhe und vermeidet damit die Deaktivierung der Neukalibrierungsstrategie über längere Zeit. Überdies kann dieser Ausgleich für zukünftige Anwendungen des Sauerstoffsensors relevant werden, die ein Neukalibrierungsverfahren nicht nur für den Alterungsausgleich benötigen, sondern auch zur Vermeidung einer Produktionsstreuung und zur Verringerung der Kalibrierungs-Endkosten.
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Während in der voranstehenden Zusammenfassung und detaillierten Beschreibung wenigstens ein exemplarisches Ausführungsbeispiel präsentiert wurde, ist zu beachten, dass eine große Zahl von Variationen besteht. Es ist zudem zu beachten, dass das exemplarische Ausführungsbeispiel oder die exemplarischen Ausführungsbeispiele nur Beispielcharakter haben und nicht geeignet sind, den Geltungsumfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration wie auch immer zu beschränken. Vielmehr geben die voranstehenden Zusammenfassung und die detaillierte Beschreibung einschlägig bewanderten Fachleuten eine praktische Anleitung zur Implementierung wenigstens eines exemplarischen Ausführungsbeispiels zur Hand, wobei zu beachten ist, dass verschiedene Änderungen an der Funktion und Anordnung der im exemplarischen Ausführungsbeispiel beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne vom Geltungsumfang abzuweichen, wie er in den angehängten Ansprüchen und deren rechtsgültigen Äquivalenten festgelegt ist.
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Bezugszeichenliste
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- 40
- Datenträger
- 100
- Automobilsystem
- 110
- Verbrennungsmotor
- 120
- Motorblock
- 125
- Zylinder
- 130
- Zylinderkopf
- 135
- Nockenwelle
- 140
- Kolben
- 145
- Kurbelwelle
- 150
- Brennkammer
- 155
- Nockenversteller
- 160
- Kraftstoffeinspritzdüse
- 165
- Kraftstoffeinspritzanlage
- 170
- Kraftstoffleitung
- 180
- Kraftstoffpumpe
- 190
- Kraftstoffquelle
- 200
- Ansaugkrümmer
- 205
- Lufteinlasskanal
- 210
- Einlassöffnung
- 215
- Ventile
- 220
- Öffnung
- 225
- Abgaskrümmer
- 230
- Turbolader
- 240
- Kompressor
- 245
- Turboladerwelle
- 250
- Turbine
- 260
- Ladeluftkühler
- 270
- Abgasanlage
- 275
- Abgasrohr
- 280
- Nachbehandlungsvorrichtung
- 281
- NOx-Speicherkatalysator
- 282
- Partikelfilter
- 283, 284
- Sauerstoffsensor
- 290
- VGT
- 300
- Abgasrückführung
- 310
- EGR-Kühler
- 320
- EGR-Ventil
- 330
- Drosselklappengehäuse
- 340
- Luftmassen-, Druck-, Temperatur- und Feuchtigkeitssensor
- 350
- Krümmerdruck- und Temperatursensoren
- 360
- Verbrennungsdrucksensor
- 380
- Kühlmitteltemperatur- und Pegelstandsensoren
- 385
- Schmieröl-Temperatur- und Pegelstandsensor
- 390
- Metalltemperatursensor
- 400
- Digitaler Kraftstoffleitungs-Drucksensor
- 410
- Nockenpositionssensor
- 420
- Kurbelpositionssensor
- 430
- Abgasdruck- und Temperatursensoren
- 440
- EGR-Temperatursensor
- 445
- Gaspedalpositionssensor
- 446
- Gaspedal
- 450
- ECU (elektronische Steuerung)
- KSDC
- Sauerstoffsensor-Korrektur-Gain
- [O2]meas
- Gemessene Sauerstoffkonzentration
- [O2]nom
- Nominale Sauerstoffkonzentration in der trockenen Luft
- ppH2O
- Dampfpartialdruck
- Hrel
- Relative Luftfeuchtigkeit gemäß nachstehender Gleichung
- ppH2Omax
- Dampfsättigungsdruck
- ppO2
- Sauerstoffpartialdruck
- pBar
- Barometrischer Druck
- [O2]AirHum
- Sauerstoffkonzentration in feuchter Luft
- KHum
- Feuchtigkeitsfaktor