WO2023011896A1 - Verfahren zum betreiben eines abgassensors in einem abgastrakt einer brennkraftmaschine eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Verfahren zum betreiben eines abgassensors in einem abgastrakt einer brennkraftmaschine eines kraftfahrzeugs Download PDF

Info

Publication number
WO2023011896A1
WO2023011896A1 PCT/EP2022/069988 EP2022069988W WO2023011896A1 WO 2023011896 A1 WO2023011896 A1 WO 2023011896A1 EP 2022069988 W EP2022069988 W EP 2022069988W WO 2023011896 A1 WO2023011896 A1 WO 2023011896A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
exhaust gas
indicator
internal combustion
combustion engine
dew point
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/069988
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Joerg PUESCHL
Bernhard Kamp
Arianna Michela MASTRODONATO
Ruben-Sebastian Henning
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2023011896A1 publication Critical patent/WO2023011896A1/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1493—Details
    • F02D41/1494—Control of sensor heater
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/06—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up
    • F02D41/062—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up for starting
    • F02D41/064—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up for starting at cold start
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1401—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method
    • F02D2041/1433—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method using a model or simulation of the system

Definitions

  • Such sensors are, for example, in an exhaust system of an internal combustion engine, such as an internal combustion engine Diesel type used. These sensors are usually located downstream of the exhaust valve or the soot particle filter.
  • the ceramic sensor element of such exhaust gas sensors is sensitive to incoming moisture or susceptible to hydrothermal aging.
  • Various mechanisms of damage to the sensor element by water or condensate are known in this regard. For this reason, there are different approaches to detecting moisture or water in the area of the exhaust gas sensor.
  • DE 10 2019 220584 A1 describes, for example, a method for operating an exhaust gas sensor in an exhaust tract of an internal combustion engine of a vehicle, the exhaust gas sensor having a ceramic sensor element with at least one measuring electrode and a heating device, based on data from the internal combustion engine and the exhaust gas sensor concern, a binary dew point end signal is calculated, which indicates whether the occurrence of liquid water in the exhaust tract is still to be expected or not.
  • the sensor element is heated by its heating device for a certain time to a temperature such that that the sensor element dries.
  • a method for operating an exhaust gas sensor in an exhaust tract of an internal combustion engine of a motor vehicle is therefore proposed, which at least largely avoids the disadvantages of known operating methods and in particular avoids moisture-related failures of exhaust gas sensors.
  • a method for operating an exhaust gas sensor in an exhaust tract of an internal combustion engine of a motor vehicle, the exhaust gas sensor having a ceramic sensor element with at least one measuring electrode and a heating device comprises the following steps, preferably in the order given:
  • the operating strategy proposed here provides that, using ECU-based information, a high condensate load in the sensor and/or in the exhaust system is detected and, upon detection, measures are taken that cause an increase in the temperature of the exhaust system.
  • the measures are not taken after or before each driving cycle, but when a predetermined limit value for an expected amount of moisture is exceeded.
  • the additional heating of the exhaust tract can take place for a predetermined time and/or to a predetermined temperature increase. In other words, the additional heating can be carried out for a predetermined period of time and/or in such a way that a predetermined higher temperature is set in the exhaust gas tract.
  • the data can include a number of cold starts of the motor vehicle without reaching a dew point end, the indicator being determined based on the number of cold starts of the motor vehicle without reaching a dew point end, the indicator threshold value being a predetermined number of cold starts of the motor vehicle without reaching a dew point end.
  • a cold start counter is used for this purpose, which records how often the motor vehicle was started without the end of the dew point being reached. This allows condensate to be identified. When the end of the dew point is reached, the counter is preferably reset. The measure is initiated after a predefined limit value of the counter has been exceeded.
  • the determination of the indicator can also include weighting the number of cold starts of the motor vehicle without reaching a dew point end.
  • the number of cold starts is weighted with the ambient temperature, i.e. a characteristic curve of a weighting factor depending on the ambient temperature is stored. This makes condensate detection even more precise.
  • the data may include a heat quantity of exhaust mass flow per drive cycle, the indicator being determined by accumulating the heat quantity of exhaust mass flow per drive cycle, the indicator threshold being a predetermined accumulated heat quantity of exhaust mass flow.
  • the information from the existing dew point function is used for this.
  • the amounts of heat or limit amounts of heat should represent a measure for the accumulated amounts of water.
  • the limit heat quantity determined only in the individual cycle without a repeat start factor is preferably used here.
  • Determining the indicator may further include correcting the accumulated amount of heat of the exhaust gas mass flow based on an amount of heat required to evaporate water at the end of a driving cycle. A correction for evaporated water is thus made at the end of the current cycle, which makes the condensate detection even more precise.
  • the data may include a heat quantity of an exhaust mass flow based on a dew point function of a controller of the internal combustion engine, the indicator being determined by accumulating the heat quantity of the exhaust mass flow based on the dew point function of the controller of the internal combustion engine, the indicator threshold being a predetermined accumulated heat quantity of the exhaust mass flow.
  • the information from the existing dew point function is used for this.
  • the heat quantities or limit heat quantities from this function should represent a measure for the accumulated water quantities.
  • the amounts of heat from the dew point function are used for the accumulation.
  • the limit heat quantity including the repeat start factor is preferably used here.
  • the determination of the indicator preferably also takes into account an accumulation of limit amounts of heat determined at the beginning of a driving cycle.
  • the limit amount of heat represents a particularly well-suited measure for the accumulated amounts of water.
  • the data may include an amount of water in the exhaust tract of the internal combustion engine, the indicator being determined by accumulating the amount of water, the indicator threshold being a predetermined accumulated amount of water in the exhaust tract.
  • the water quantity can be calculated based on temperatures, injection quantities and water content in the exhaust gas. The accumulation of the water quantities can take place over cycles and in the current cycle.
  • the method may further include resetting the determined indicator if an end dew point is reached. This restarts the condensate detection past a point where the presence of water can be ruled out.
  • a computer program is also proposed which is set up to carry out each step of the method according to the invention.
  • An electronic storage medium is also proposed, on which such a computer program is stored.
  • An electronic control unit is also proposed which includes such an electronic storage medium.
  • a computer program is also proposed which is set up to carry out each step of the method according to the invention.
  • An electronic storage medium is also proposed, on which such a computer program is stored.
  • An electronic control unit is also proposed which includes such an electronic storage medium.
  • a particle in the sense of the present invention is a particle, in particular an electrically conductive particle, such as soot or dust particles.
  • a measuring electrode is to be understood as meaning a component which is suitable for measuring current and/or voltage.
  • the first and second measuring electrodes are only used within the scope of the present invention to conceptually differentiate the electrodes, but are not intended to indicate any specific order or weighting of these components.
  • the electrodes can be in the form of interdigital electrodes.
  • interdigital electrodes are to be understood as meaning electrodes which are arranged in such a way that they engage in one another, in particular in a comb-shaped manner.
  • a current and/or voltage measurement is to be understood as meaning a measurement of an electrical current and/or an electrical voltage.
  • the measurement takes place between two electrodes or one electrode and a reference potential.
  • a specific electrical voltage can be applied to the electrodes and Current flow between the electrodes can be measured or an electric current can be applied to the electrodes and a voltage can be measured between the electrodes.
  • a current and/or voltage measurement can in particular be a resistance measurement, in which case a resistance of the structure formed by the electrodes and the substrate can be measured.
  • a voltage-controlled or voltage-regulated measurement and/or a current-controlled and/or current-regulated measurement can take place.
  • the current and/or the electrical voltage can be applied in the form of a continuous signal and/or also in the form of a pulsed signal.
  • a DC voltage and/or a direct current can be applied and a current response or a voltage response can be detected.
  • a pulsed voltage and/or a pulsed current can be applied and a current response or a voltage response can be detected.
  • a resistance of the electrodes or its reciprocal value can also be used as a measured variable. It can also be useful to integrate a quantity of charge from an instantaneous current flow.
  • a substrate is understood to be an object with a plate-shaped, cube-shaped, cuboid or any other geometric configuration, which has at least one flat surface and is made of a ceramic material, metallic material, semiconductor material or combinations thereof.
  • FIG. 1 shows a plan view of a sensor for detecting particles according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a bottom view of the sensor
  • FIG. 3 shows a flowchart of a method for operating a sensor for detecting particles according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the dew point function.
  • FIG. 1 shows a plan view of a sensor 10 for detecting particles in a measurement gas according to an embodiment of the present invention.
  • Sensor 10 is designed in particular for detecting soot particles in a gas flow, such as an exhaust gas flow, of an internal combustion engine and for installation in an exhaust system of a motor vehicle.
  • the sensor 10 is designed as a particle sensor and can be arranged upstream or downstream of a soot particle filter of a motor vehicle with a diesel internal combustion engine.
  • the gas to be measured is exhaust gas from an internal combustion engine.
  • the sensor 10 is designed as a resistive particle sensor.
  • the sensor 10 includes a sensor element 12.
  • the sensor element 12 includes an electrically insulating element 14.
  • the electrically insulating element 14 is a substrate.
  • the substrate is a silicon wafer, for example. Alternatively, the substrate is made of a ceramic material.
  • the electrically insulating element 14 is essentially cuboid.
  • the sensor element 10 further comprises a first electrode 16, a second electrode 18, a first lead 20 and a second lead 22.
  • the first electrode 16, the second electrode 18, the first lead 20 and the second lead 22 are on a top side 24 of the Substrate 14 arranged.
  • the first electrode 16 and the second electrode 18 are designed as interdigital electrodes.
  • the first electrode 16 is connected to the first lead 20 .
  • the second electrode 18 is connected to the second lead 22 .
  • the first supply line 20 and the second supply line 22 represent connection contacts which are designed for electrically contacting the first electrode 16 and the second electrode 18 .
  • the first electrode 16 and the second electrode 18 are designed to carry out a current and/or voltage measurement.
  • the sensor 10 can optionally have other components, such as a protective tube and/or a heating element, which are not shown in detail.
  • the sensor is operated in at least one measurement phase. During the measurement phase, a first electrical voltage of, for example, 45 V is applied to the first electrode 16 and the second electrode 18.
  • the sensor 10 is connected to an electronic control unit 26 .
  • the electronic control unit 26 is, for example, an engine control unit of the internal combustion engine.
  • the electronic control unit has an electronic storage medium 28, such as a chip, on which a computer program is stored.
  • the computer program includes instructions for performing a method of operating the sensor 10. Such a method is described in more detail below.
  • FIG. 2 shows a view from below of the sensor 10.
  • the sensor 10 On its underside 30 opposite the electrodes 16, 18, the sensor 10 has a heating device 32 which is designed, for example, as a meandering heating element.
  • Figure 3 shows a flowchart of a method for operating a sensor 10 for detecting particles according to an embodiment of the present invention, such as the sensor 10 shown in Figure 1.
  • step S10 the method includes determining, on the basis of data relating to the internal combustion engine and the exhaust gas sensor, at least one indicator that indicates whether liquid water is still to be expected to appear in the exhaust gas tract.
  • the indicator is determined when the internal combustion engine is started.
  • step S12 the determined indicator is compared with a predetermined indicator threshold value. If the predetermined indicator threshold is not exceeded, the method returns to step S10 and is continued there in the next driving cycle. If the indicator determined in step S12 exceeds the indicator threshold value, the method proceeds to step S14.
  • step S14 at least partial additional heating of the exhaust tract takes place. The additional heating of the exhaust tract can take place for a predetermined time and/or by a specific temperature increase.
  • the heating of the exhaust tract as a measure to increase the temperature in the exhaust tract can take place, for example, in that the motor vehicle or the controller 26 triggers a regeneration of the particle filter. This may include causing the driver to perform a forced regeneration. Alternatively, the vehicle can trigger a temperature increase in the exhaust system through measures that relate to or influence the operating mode of the internal combustion engine. For example, the controller 26 initiates a so-called rapid heat-up mode. Existing measures in the functionality of the controller 26 are also conceivable. These use measures such as offset post-injection, catalytic converter heating, retarding the injection timing and the like. After step S14, the process returns to step S10.
  • step S12 The determination of the indicator in step S12 will be described in more detail below.
  • a cold start counter which can be integrated in the controller 26, is used.
  • the cold start counter records how often a vehicle was started without reaching the end of the dew point.
  • the counter is reset when the end of the dew point is reached.
  • the measure described above is initiated in step S16.
  • the number N of cold starts is weighted with the ambient temperature of the internal combustion engine.
  • N is a real number, but does not necessarily have to be a natural integer.
  • a characteristic curve of a weighting factor w is stored as a function of the ambient temperature.
  • N (accumulated, current driving cycle) w(T_environment) + N(accumulated, previous cycle).
  • N the number of cold starts
  • w the weighting factor as a function of ambient temperature.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the dew point function.
  • the dew point function is shown over time. The time is plotted on the X-axis.
  • the state of the internal combustion engine, the wall temperature of the exhaust gas tract, the exhaust gas temperature and the amount of heat are shown on the Y-axis.
  • the curve 100 represents the course of the state of the internal combustion engine over time. The peaks represent the operating state and the lows represent a phase when the internal combustion engine is switched off, which corresponds to a driving cycle or vehicle shutdown.
  • the curve 102 represents the time profile of the wall temperature.
  • the dashed section 104 of the time profile of the wall temperature 102 represents a cooling curve.
  • the curve 106 represents the time profile of the exhaust gas temperature.
  • the curve 108 represents the time profile of the amount of heat Q.
  • the Dashed line 110 represents the limit heat quantity.
  • Dashed line 112 represents the tube wall temperature threshold.
  • a first marking 114 in FIG. 2 indicates the enabling of the integration of the quantity of heat by the tube wall threshold. This represents the start of evaporation at the sensor location.
  • a second marking 116 indicates the release through heat quantity integration and reaching the limit heat quantity Qlimit. This represents the evaporation of water from the siphons and sensor housing.
  • the heat quantity Q can be integrated from: exhaust gas mass flow * (Tgas - pipe wall threshold value), where Tgas is the exhaust gas temperature.
  • the limit heat quantity Qlimit depends on the starting temperature of the pipe wall (from cooling curve 104) and a restart factor. If the driving cycle ends without the end of the dew point being recognized, it is assumed that there is an increased amount of water remaining in the siphons. The end of the dew point is withdrawn when the pipe wall temperature is lower than the threshold value that is used to start heat quantity integration.
  • the input variables gas temperature and tube wall temperature for the calculations are taken from an exhaust gas temperature model.
  • the heat quantities Q or limit heat quantities Q(limit) should represent a measure for the accumulated water quantities. In this case, an independent accumulation of heat quantities over cycles can take place.
  • the determination of the indicator can be described using the following rules:
  • Q(accumulated, current cycle, corrected) ⁇ (accumulated, current cycle) - Q(current).
  • the information from the existing dew point function is used.
  • the heat quantities Q or limit heat quantities Q(limit) should represent a measure for the accumulated water quantities.
  • the heat quantities can be accumulated from the dew point function. The determination of the indicator can be described in this exemplary embodiment using the following rules: Take action if Q(limit) > applicable threshold value, whereby the limit heat quantity Q(limit) including the repeat start factor is preferably used here.
  • the indicator can be determined by modeling an accumulated amount of water n(H2O).
  • n(H2O) n(H2O, current) + n(H2O; accumulated, previous cycle)
  • the measure is taken when n(H2Ü; accumulated, current driving cycle) > applicable threshold value
  • the water content resulting from combustion can be calculated based on the oxygen content X02, actual as follows.
  • the oxygen content can be detected, for example, by means of a lambda probe.
  • the water content resulting from combustion can be calculated based on an injection quantity m s tr using the engine speed and the exhaust gas mass flow as follows.
  • Molar water flow
  • N eng is the
  • Engine speed, mstr the quantity injected per stroke,
  • the factor #cylinders/2 takes into account the number # of cylinders and the fact that in a four-stroke engine fuel is only injected at one revolution in 2.
  • the water saturation pressure is temperature dependent and can be calculated, such as by using the Magnus equation
  • XH2o,sat Ph2o,sat / Ptot
  • XH20 is the water content in the molecule #H2O/ total number of molecules# or mol_H2O/mol_total exhaust gas
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) condition or housing temperature, as well as for the tube wall temperature.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Betreiben eines Abgassensors in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen. Der Abgassensor (10) weist ein keramisches Sensorelement (12) mit zumindest einer Messelektrode (16, 18) und einer Heizvorrichtung (32) auf. Das Verfahren umfasst Ermitteln auf der Basis von Daten, die die Brennkraftmaschine und den Abgassensor (10) betreffen, mindestens eines Indikators, der angibt, ob das Auftreten von flüssigem Wasser in dem Abgastrakt noch zu erwarten ist, Vergleichen des ermittelten Indikators mit einem vorbestimmten Indikatorschwellwert, und zumindest teilweises zusätzliches Beheizen des Abgastrakts, falls der ermittelte Indikator den Indikatorschwellwert überschreitet.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zum Betreiben eines Abgassensors in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs
Stand der Technik
Aus dem Stand der Technik sind zahlreiche Abgassensoren bekannt. Die Erfindung wird im Folgenden, ohne Beschränkung weiterer Ausführungsformen und -anwendungen, insbesondere unter Bezugnahme auf Sensoren zur Detektion von Teilchen, insbesondere von Rußpartikeln oder Staubpartikeln in einem Abgasstrom einer Brennkraftmaschine, beschrieben.
Es ist aus der Praxis bekannt, mittels zwei Elektroden, die auf einer Keramik angeordnet sind, eine Konzentration von Teilchen, wie beispielsweise Ruß- oder Staubpartikeln, in einem Abgas zu messen. Dies kann beispielsweise durch eine Messung des elektrischen Widerstands des die beiden Elektroden trennenden keramischen Werkstoffs erfolgen. Genauer wird der elektrische Strom gemessen, der beim Anlegen einer elektrischen Spannung an die Elektroden zwischen diesen fließt. Die Rußpartikel lagern sich aufgrund elektrostatischer Kräfte zwischen den Elektroden ab und bilden mit der Zeit elektrisch leitfähige Brücken zwischen den Elektroden. Je mehr dieser Brücken vorhanden sind, umso mehr steigt der gemessene Strom. Es bildet sich somit ein zunehmender Kurzschluss der Elektroden. Das Sensorelement wird periodisch regeneriert, in dem er durch ein integriertes Heizelement auf mindestens 700°C gebracht wird, wodurch die Rußablagerungen wegbrennen.
Derartige Sensoren werden beispielsweise in einem Abgasstrang einer Brennkraftmaschine, wie beispielsweise einem Verbrennungsmotor der Dieselbauart eingesetzt. Üblicherweise befinden sich diese Sensoren stromabwärts des Auslassventils bzw. des Rußpartikelfilters.
Das keramische Sensorelement derartiger Abgassensoren ist empfindlich gegenüber ankommender Feuchte bzw. anfällig für hydrothermale Alterung. Verschiedenste Schädigungsmechanismen am Sensorelement durch Wasser oder Kondensat sind hierzu bekannt. Aus diesem Grund gibt es verschiedene Ansätze Feuchtigkeit bzw. Wasser im Bereich des Abgassensors zu erkennen.
Die DE 10 2019 220584 Al beschreibt beispielsweise ein Verfahren zum Betreiben eines Abgassensors in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs, wobei der Abgassensor ein keramisches Sensorelement mit zumindest einer Messelektrode und einer Heizvorrichtung aufweist, wobei auf der Basis von Daten, die die Brennkraftmaschine und den Abgassensor betreffen, ein binäres Taupunktende-Signal errechnet wird, das angibt, ob das Auftreten von flüssigem Wasser in dem Abgastrakt noch zu erwarten ist oder nicht. Immer dann, wenn das Fahrzeug abgestellt wird und zugleich das Taupunktende-Signal den Wert aufweist, der signalisiert, dass das Auftreten von flüssigem Wasser in dem Abgastrakt noch zu erwarten ist, wird das Sensorelement durch seine Heizeinrichtung eine gewisse Zeit auf eine Temperatur derart beheizt, dass das Sensorelement trocknet.
Trotz der zahlreichen Vorteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Betreiben von Abgassensoren und zur Erkennung von Feuchtigkeit bzw. Wasser beinhalten diese noch Verbesserungspotenzial. So wird Feuchte in der Abgasanlage üblicherweise durch Taupunktende-Funktionen erkannt, die sich bereits in Serie befinden. Diese nutzen Rohrwand- Temperaturmodelle und Abgastemperaturen. So erfolgt die Entscheidung über ein Taupunktende über eine Kombination von Temperatureschwellwerten und Wärmemengenschwellwerten. Eine zuverlässige Erkennung von Feuchtigkeit bzw. Wasser in der Abgasanlage bzw. dem Abgastrakt ist bisher allerdings nicht möglich.
Offenbarung der Erfindung Es wird daher ein Verfahren zum Betreiben eines Abgassensors in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs vorgeschlagen, welches die Nachteile bekannter Betriebsverfahren zumindest weitgehend vermeidet und insbesondere Feuchte-bedingte Ausfälle von Abgassensoren vermeidet.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Abgassensors in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei der Abgassensor ein keramisches Sensorelement mit zumindest einer Messelektrode und einer Heizvorrichtung aufweist, umfasst die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge:
Ermitteln auf der Basis von Daten, die die Brennkraftmaschine und den Abgassensor betreffen, mindestens eines Indikators, der angibt, ob das Auftreten von flüssigem Wasser in dem Abgastrakt insbesondere in größeren Mengen zu erwarten ist, Vergleichen des ermittelten Indikators mit einem vorbestimmten Indikatorschwellwert, und zumindest teilweises zusätzliches Beheizen des Abgastrakts für eine vorbestimmte Zeit, falls der ermittelte Indikator den Indikatorschwellwert überschreitet.
Die hier vorgeschlagene Betriebsstrategie sieht vor, dass anhand von ECU- basierten Informationen eine hohe Kondensatbelastung im Sensor und/oder in der Abgasanlage erkannt wird und bei Erkennung Maßnahmen getroffen werden, die eine Erhöhung der Temperatur der Abgasanlage bewirken. Dabei erfolgt das Ergreifen der Maßnahmen nicht nach oder vor jedem Fahrzyklus, sondern wenn ein vorbestimmter Grenzwert für eine zu erwartende Feuchtigkeitsmenge überschritten wird.
Das zusätzliche Beheizen des Abgastrakts kann dabei für eine vorbestimmte Zeit und/oder auf eine vorbestimmte Temperaturerhöhung erfolgen. Mit anderen Worten kann das zusätzliche Beheizen für eine vorbestimmte Zeitdauer und/oder so durchgeführt werden, dass eine vorbestimmte höhere Temperatur im Abgastrakt eingestellt wird. Die Daten können eine Anzahl an Kaltstarts des Kraftfahrzeugs ohne Erreichen eines Taupunktendes umfassen, wobei der Indikator basierend auf der Anzahl der Kaltstarts des Kraftfahrzeugs ohne Erreichen eines Taupunktendes ermittelt wird, wobei der Indikatorschwellwert eine vorbestimmte Anzahl an Kaltstarts des Kraftfahrzeugs ohne Erreichen eines Taupunktendes ist. Hierzu wird ein Kaltstartzähler genutzt, der erfasst, wie oft das Kraftfahrzeug gestartet wurde, ohne dass das Taupunktende erreicht wurde. Damit lässt sich Kondensat erkennen. Mit Erreichen des Taupunktendes wird bevorzugt der Zähler rückgesetzt. Nach Überschreiten eines vordefinierten Grenzwertes des Zählers wird die Maßnahme eingeleitet.
Das Ermitteln des Indikators kann weiterhin Gewichten der Anzahl der Kaltstarts des Kraftfahrzeugs ohne Erreichen eines Taupunktendes umfassen. In einer Unter- Variante wird entsprechend die Anzahl an Kaltstarts mit der Umgebungstemperatur gewichtet, d.h. es wird eine Kennlinie eines Gewichtungsfaktors abhängig von der Umgebungstemperatur hinterlegt. Damit wird die Kondensaterkennung noch genauer.
Die Daten können eine Wärmemenge eines Abgasmassenstroms pro Fahrzyklus umfassen, wobei der Indikator durch Akkumulieren der Wärmemenge des Abgasmassenstroms pro Fahrzyklus ermittelt wird, wobei der Indikatorschwellwert eine vorbestimmte akkumulierte Wärmemenge des Abgasmassenstroms ist. Es werden hierzu die Informationen aus der vorhandenen Taupunktfunktion genutzt. Insbesondere die Wärmemengen bzw. Grenzwärmemengen sollten ein Maß für die akkumulierten Wassermengen darstellen. Dabei erfolgt eine eigenständige Akkumulation der Wärmemengen über die Zyklen. Bevorzugt wird hier die nur im individuellen Zyklus ermittelte Grenzwärmemenge ohne Wiederholstartfaktor genutzt.
Das Ermitteln des Indikators kann weiterhin Korrigieren der akkumulierten Wärmemenge des Abgasmassenstroms basierend auf einer zum Verdampfen von Wasser am Ende eines Fahrzyklus erforderlichen Wärmemenge umfassen. Somit erfolgt eine Korrektur auf verdampftes Wasser am Ende es jeweils aktuellen Zyklus, was die Kondensaterkennung noch genauer macht. Die Daten können eine Wärmemenge eines Abgasmassenstroms basierend auf einer Taupunktfunktion einer Steuerung der Brennkraftmaschine umfassen, wobei der Indikator durch Akkumulieren der Wärmemenge des Abgasmassenstroms basierend auf der Taupunktfunktion der Steuerung der Brennkraftmaschine ermittelt wird, wobei der Indikatorschwellwert eine vorbestimmte akkumulierte Wärmemenge des Abgasmassenstroms ist. Es werden hierzu die Informationen aus der vorhandenen Taupunktfunktion genutzt. Insbesondere die Wärmemengen bzw. Grenzwärmemengen aus dieser Funktion sollten ein Maß für die akkumulierten Wassermengen darstellen. Dabei werden für die Akkumulation die Wärmemengen aus der Taupunkfunktion genutzt. Hier wird bevorzugt die Grenzwärmemenge inklusive Wiederholstartfaktor verwendet.
Bevorzugt berücksichtigt das Ermitteln des Indikators weiterhin eine Akkumulation von zu Beginn eines Fahrzyklus ermittelten Grenzwärmemengen. Die Grenzwärmemenge stellt ein besonders gut geeignetes Maß für die akkumulierten Wassermengen dar.
Die Daten können eine Wassermenge im Abgastrakt der Brennkraftmaschine umfassen, wobei der Indikator durch Akkumulieren der Wassermenge ermittelt wird, wobei der Indikatorschwellwert eine vorbestimmte akkumulierte Wassermenge im Abgastrakt ist. Die Berechnung der Wassermenge kann basierend auf Temperaturen, Einspritzmengen und Wassergehalten im Abgas erfolgen. Die Akkumulation der Wassermengen kann über Zyklen und im aktuellen Zyklus erfolgen.
Das Verfahren kann weiterhin Zurücksetzen des ermittelten Indikators, falls ein Taupunktende erreicht wird, umfassen. Damit wird die Kondensaterkennung neu gestartet nach einem Punkt, an dem das Vorhandensein von Wasser ausgeschlossen werden kann.
Es wird weiterhin ein Computerprogramm vorgeschlagen, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
Es wird weiterhin ein elektronisches Speichermedium vorgeschlagen, auf welchem ein solches Computerprogramm gespeichert ist. Es wird weiterhin ein elektronisches Steuergerät vorgeschlagen, welches ein solches elektronisches Speichermedium umfasst.
Es wird weiterhin ein Computerprogramm vorgeschlagen, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
Es wird weiterhin ein elektronisches Speichermedium vorgeschlagen, auf welchem ein solches Computerprogramm gespeichert ist.
Es wird weiterhin ein elektronisches Steuergerät vorgeschlagen, welches ein solches elektronisches Speichermedium umfasst.
Unter einem Teilchen im Sinne der vorliegenden Erfindung ist ein Partikel, insbesondere ein elektrisch leitfähiges Teilchen, zu verstehen, wie beispielsweise Ruß- oder Staubpartikel.
Unter einer Messelektrode ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Bauteil zu verstehen, das für eine Strom- und/oder Spannungsmessung geeignet ist. Die Angaben erste und zweite Messelektrode werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung lediglich verwendet, um die Elektroden begrifflich zu unterscheiden, sollen aber keine bestimmte Reihenfolge oder Gewichtung dieser Bauteile angeben.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung können die Elektroden als Interdigitalelektroden ausgebildet sein. Unter Interdigitalelektroden sind im Rahmen der vorliegenden Erfindung Elektroden zu verstehen, die so angeordnet sind, dass sie ineinander eingreifen, insbesondere kammförmig ineinander eingreifen.
Unter einer Strom- und/oder Spannungsmessung ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine Messung eines elektrischen Stroms und/oder einer elektrischen Spannung zu verstehen. Die Messung erfolgt dabei zwischen zwei Elektroden bzw. einer Elektrode und einem Bezugspotential. Dabei kann an die Elektroden eine bestimmte elektrische Spannung angelegt werden und ein Stromfluss zwischen den Elektroden gemessen werden oder an die Elektroden ein elektrischer Strom angelegt werden und eine Spannung zwischen den Elektroden gemessen werden. Eine Strom- und/oder Spannungsmessung kann insbesondere eine Widerstandsmessung sein, wobei ein Widerstand des durch die Elektroden und das Substrat gebildeten Aufbaus gemessen werden kann. Es kann beispielsweise eine spannungsgesteuerte oder spannungsgeregelte Messung und/oder eine stromgesteuerte und/oder stromgeregelte Messung erfolgen. Das Anlegen des Stroms und/oder der elektrischen Spannung kann in Form eines kontinuierlichen Signals und/oder auch in Form eines gepulsten Signals erfolgen. So kann beispielsweise eine Gleichspannung und/oder ein Gleichstrom angelegt werden und eine Stromantwort bzw. eine Spannungsantwort erfasst werden. Alternativ kann eine gepulste Spannung und/oder ein gepulster Strom angelegt werden und eine Stromantwort bzw. eine Spannungsantwort erfasst werden. Statt des momentanen Stromflusses durch die Elektroden kann auch ein Widerstand der Elektroden bzw. dessen Kehrwert (=Leitwert) als Messgröße verwendet werden. Auch kann es sinnvoll sein, aus einem momentanen Stromfluss eine Ladungsmenge zu integrieren. Weiterhin ist es möglich eine Hochspannung an eine Elektrode anzulegen und an einer Gegenelektrode oder einer elektrischen Masse einen elektrischen Strom, wie beispielsweise einem Entladestrom, zu messen.
Unter einem Substrat ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Gegenstand mit einer plattenförmigen, würfelförmigen, quaderförmigen oder jeglichen anderen geometrischen Ausbildung zu verstehen, der mindestens eine ebene Oberfläche aufweist und aus einem keramischen Material, metallischen Material, Halbleitermaterial oder Kombinationen derselben hergestellt ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere optionale Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind.
Es zeigen: Figur 1 eine Draufsicht auf einen Sensor zur Detektion von Teilchen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
Figur 2 eine Unteransicht des Sensors,
Figur 3 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Sensors zur Detektion von Teilchen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und
Figur 4 eine schematische Darstellung der Taupunktfunktion.
Ausführungsformen der Erfindung
Figur 1 zeigt eine Draufsicht auf einen Sensor 10 zur Detektion von Teilchen in einem Messgas gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Sensor 10 ist insbesondere zur Detektion von Rußpartikeln in einem Gasstrom, wie beispielsweise einem Abgasstrom, einer Brennkraftmaschine und zum Einbau in einem Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs ausgebildet. Beispielsweise ist der Sensor 10 als Partikelsensor ausgebildet und lässt sich stromabwärts oder stromaufwärts eines Rußpartikelfilters eines Kraftfahrzeugs mit einem Dieselverbrennungsmotor anordnen. Bei dem gezeigten Beispiel handelt es sich bei dem Messgas um Abgas einer Brennkraftmaschine. Der Sensor 10 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel als resistiver Partikelsensor ausgebildet.
Der Sensor 10 umfasst ein Sensorelement 12. Das Sensorelement 12 umfasst ein elektrisch isolierendes Element 14. Das elektrisch isolierende Element 14 ist ein Substrat. Das Substrat ist beispielsweise ein Siliziumwafer. Alternativ ist das Substrat aus einem keramischen Material hergestellt. Das elektrisch isolierende Element 14 ist im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet. Das Sensorelement 10 umfasst weiterhin eine erste Elektrode 16, eine zweite Elektrode 18, eine erste Zuleitung 20 und eine zweite Zuleitung 22. Die erste Elektrode 16, die zweite Elektrode 18, die erste Zuleitung 20 und die zweite Zuleitung 22 sind auf einer Oberseite 24 des Substrats 14 angeordnet. Die erste Elektrode 16 und die zweite Elektrode 18 sind als Interdigitalelektroden ausgebildet. Die erste Elektrode 16 ist mit der ersten Zuleitung 20 verbunden. Die zweite Elektrode 18 ist mit der zweiten Zuleitung 22 verbunden. Die erste Zuleitung 20 und die zweite Zuleitung 22 stellen Anschlusskontakte dar, die zum elektrischen Kontaktieren der ersten Elektrode 16 und der zweiten Elektrode 18 ausgebildet sind. Die erste Elektrode 16 und die zweite Elektrode 18 sind zum Durchführen einer Strom- und/oder Spannungsmessung ausgebildet. Der Sensor 10 kann optional weitere Bauteile aufweisen, wie beispielsweise ein Schutzrohr und/oder ein Heizelement, die nicht näher dargestellt sind. Der Sensor wird in mindestens einer Messphase betrieben. Während der Messphase wird an die erste Elektrode 16 und die zweite Elektrode 18 eine erste elektrische Spannung von beispielsweise 45 V angelegt,
Der Sensor 10 ist mit einem elektronischen Steuergerät 26 verbunden. Das elektronische Steuergerät 26 ist beispielsweise ein Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine. Das elektronische Steuergerät weist ein elektronisches Speichermedium 28, wie beispielsweise einen Chip, auf, auf dem ein Computerprogramm gespeichert ist. Das Computerprogramm enthält Anweisungen zum Durchführen eines Verfahrens zum Betreiben des Sensors 10. Ein solches Verfahren wird nachstehend ausführlicher beschrieben.
Figur 2 zeigt eine Unteransicht des Sensors 10. Der Sensor 10 weist auf seiner den Elektroden 16, 18 gegenüberliegenden Unterseite 30 eine Heizvorrichtung 32 auf, die beispielsweise als mäanderförmiges Heizelement ausgebildet ist.
Figur 3 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben eines Sensors 10 zur Detektion von Teilchen gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie beispielsweise des in Figur 1 dargestellten Sensors 10.
In Schritt S10 umfasst das Verfahren Ermitteln auf der Basis von Daten, die die Brennkraftmaschine und den Abgassensor betreffen, mindestens eines Indikators, der angibt, ob das Auftreten von flüssigem Wasser in dem Abgastrakt noch zu erwarten ist. Das Ermitteln des Indikators erfolgt dabei bei einem Start der Brennkraftmaschine. In Schritt S12 erfolgt Vergleichen des ermittelten Indikators mit einem vorbestimmten Indikatorschwellwert. Sofern der vorbestimmte Indikatorschwellwert nicht überschritten wird, kehrt das Verfahren zu Schritt S10 zurück und wird dort beim nächsten Fahrzyklus fortgesetzt. Falls der in Schritt S12 ermittelte Indikator den Indikatorschwellwert überschreitet, schreitet das Verfahren zu Schritt S14 fort. In Schritt S14 erfolgt ein zumindest teilweises zusätzliches Beheizen des Abgastrakts. Das zusätzliche Beheizen des Abgastrakts kann dabei für eine vorbestimmte Zeit und/oder um eine bestimmte Temperaturerhöhung erfolgen. Das Beheizen des Abgastrakts als Maßnahme zur Temperaturerhöhung im Abgastrakt kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass das Kraftfahrzeug bzw. die Steuerung 26 eine Regeneration des Partikelfilters auslöst. Das kann beinhalten, dass der Fahrer veranlasst wird, eine Zwangsregeneration durchzuführen. Alternativ kann das Fahrzeug eine Temperaturerhöhung des Abgasstrangs durch Maßnahmen, die die Betriebsweise der Brennkraftmaschine betreffen bzw. beeinflussen, auslösen. Beispielsweise veranlasst die Steuerung 26 einen sogenannten rapid-heat-up- modus. Auch Vorhandene Maßnahmen in der Funktionalität der Steuerung 26 sind denkbar. Diese nutzen Maßnahmen wie abgesetzte Nacheinspritzung, Katalysator- Heizen, Verschieben des Einspritzzeitpunkts zu einem späten Zeitpunkt und dergleichen. Im Anschluss an schritt S14 kehrt das Verfahren zu Schritt S10 zurück.
Nachstehend wird die Ermittlung des Indikators in Schritt S12 ausführlicher beschrieben.
Es wird ein Kaltstartzähler genutzt, der in der Steuerung 26 integriert sein kann. Der Kaltstartzähler erfasst wie oft ein Fahrzeug gestartet wurde, ohne dass ein Taupunktende erreicht wurde. Mit Erreichen des Taupunktende wird der Zähler zurückgesetzt. Nach Überschreiten eines vordefinierten Grenzwertes des Zählers wird die oben beschriebene Maßnahme in Schritt S16 eingeleitet. In einer Unter- Variante wird die Anzahl N an Kaltstarts mit der Umgebungstemperatur der Brennkraftmaschine gewichtet. Dabei ist N eine reelle Zahl, muss aber nicht zwingend eine natürliche Ganzzahl sein. Mit anderen Worten, wird eine Kennlinie eines Gewichtungsfaktors w abhängig von der Umgebungstemperatur hinterlegt.
Die Ermittlung des Indikators kann in diesem Ausführungsbeispiel anhand folgender Regeln beschrieben werden: N (akkumuliert, aktueller Fahrzyklus) = w(T_Umgebung) + N(akkumuliert, vorheriger Zyklus). Dabei ist N die Anzahl an Kaltstarts und w der Gewichtungsfaktor als Funktion der Umgebungstemperatur.
Maßnahme ergreifen, wenn N (akkumuliert, aktueller Fahrzyklus) > applizierbarer Schwellwert.
Wenn Taupunktende erreicht: N(akkumuliert) = 0
Alternativ oder zusätzlich werden die Informationen aus der vorhandenen Taupunktfunktion genutzt. Figur 4 zeigte eine schematische Darstellung der Taupunktfunktion. Die Taupunktfunktion ist dabei über die Zeit dargestellt. Auf der X-Achse ist dabei die Zeit aufgetragen. Auf der Y-Achse sind der Brennkraftmaschinenzustand, die Wandtemperatur des Abgastrakts, die Abgastemperatur und die Wärmemenge dargestellt. Die Kurve 100 stellt den zeitlichen Verlauf des Brennkraftmaschinenzustands dar. Dabei stellen die Peaks den Betriebszustand dar und die die tiefen eine Phase abgestellter Brennkraftmaschine, was einem Fahrzyklus bzw. Fahrzeugabstellen entspricht. Die Kurve 102 stellt den zeitlichen Verlauf der Wandtemperatur dar. Der gestrichelte Abschnitt 104 des zeitlichen Verlaufs der Wandtemperatur 102 stellt eine Abkühlkurve dar. Die Kurve 106 stellt den zeitlichen Verlauf der Abgastemperatur dar. Die Kurve 108 stellt den zeitlichen Verlauf der Wärmemenge Q dar. Die gestrichelte Linie 110 stellt die Grenzwärmemenge dar. Die gestrichelte Linie 112 stellt den Rohrwandtemperaturschwellwert dar.
Ein erste Markierung 114 in Figur 2 gibt die Freigabe der Integration der Wärmemenge durch den Rohrwandschwellwert an. Dies stellt den Verdampfungsbeginn am Sensorort dar. Eine zweite Markierung 116 gibt die Freigabe durch Wärmemengenintegration und Erreichen der Grenzwärmemenge Qlimit an. Die stellt das Verdampfen von Wasser aus Siphons und Sensorgehäuse dar. Die Wärmemenge Q kann integriert werden aus: Abgasmassenstrom * (Tgas - Rohrwandschwellwert), wobei Tgas die Abgastemperatur ist. Die Grenzwärmemenge Qlimit ist abhängig von der Starttemperatur der Rohrwand (aus Abkühlkurve 104) und einem Wiederholstartfaktor. Falls der Fahrzyklus ohne erkanntes Taupunktende endet, wird von erhöhten verbliebenen Wassermengen in Siphons ausgegangen. Die Rücknahme des Taupunktendes erfolgt, wenn die Rohrwandtemperatur kleiner als der Schwellwert ist, der für den Start der Wärmemengenintegration genutzt wird. Die Eingangsgrößen Gastemperatur und Rohrwandtemperatur für die Berechnungen werden aus einem Abgastemperaturmodell entnommen.
Insbesondere die Wärmemengen Q bzw. Grenzwärmemengen Q(limit) sollten ein Maß für die akkumulierten Wassermengen darstellen. Dabei kann eine eigenständige Akkumulation der Wärmemengen über Zyklen erfolgen. Die Ermittlung des Indikators kann in diesem Ausführungsbeispiel anhand folgender Regeln beschrieben werden:
Die Akkumulation Wärmemengen über Zyklen: Q(akkumuliert, aktueller Zyklus) = Q(limit) + Q(akkumuliert, vorheriger Zyklus). Bevorzugt wird hier die akkumulierte Wärmemenge ohne Wiederholstartfaktor genutzt.
Optional ist eine Korrektur auf verdampftes Wasser am Ende des jeweils aktuellen Zyklus möglich: Q(akkumuliert, aktueller Zyklus, korrigiert) = □(akkumuliert, aktueller Zyklus)- Q(aktuell).
Maßnahme ergreifen, wenn Q(akkumuliert, aktueller Fahrzyklus) > applizierbarer Schwellwert.
Wenn Taupunktende erreicht: Q(akkumuliert) = 0
Alternativ werden die Informationen aus der vorhandenen Taupunktfunktion genutzt. Insbesondere die Wärmemengen Q bzw. Grenzwärmemengen Q(limit) sollten ein Maß für die akkumulierten Wassermengen darstellen. Dabei kann die Akkumulation der Wärmemengen aus der Taupunkfunktion erfolgen Die Ermittlung des Indikators kann in diesem Ausführungsbeispiel anhand folgender Regeln beschrieben werden: Maßnahme ergreifen, wenn Q(limit) > applizierbarer Schwellwert, wobei hier bevorzugt die Grenzwärmemenge Q(limit) inklusive Wiederholstartfaktor verwendet wird.
Wenn Taupunktende erreicht: Q(akkumuliert) = 0.
Dies ist bereits in der Taupunktende-Funktion vorhandene Funktionalität realisierbar.
Alternativ oder zusätzlich kann der Indikator mittels Modellierung einer akkumulierten Wassermenge n(H2O) ermittelt werden.
Die Berechnung der Wassermenge in n(H2O) kann aus Temperaturen, Einspritzmengen und Wassergehalten des Abgases erfolgen, wie nachstehend ausführlicher erläutert wird. Die Akkumulation der Wassermengen erfolgt über Zyklen und im aktuellen Zyklus: n(H2O; akkumuliert, aktueller Zyklus) = n(H2O, aktuell) + n(H2O; akkumuliert, vorheriger Zyklus)
Die Maßnahme wird ergriffen, wenn n(H2Ü; akkumuliert, aktueller Fahrzyklus) > applizierbarer Schwellwert
Wenn Taupunktende erreicht: n(H2O; akkumuliert) = 0
Der Wassergehalt resultierend aus einer Verbrennung kann basierend auf dem Sauerstoffgehalt X02, actual wie folgt berechnet werden. Dabei kann der Sauerstoffgehalt beispielsweise mittels einer Lambdasonde erfasst werden.
Da „CH2“ + 3/2 O2 - CO2 + H2O gilt, folgt XH2O,sat - 2/3 * (Xo2,air - Xo2, actual) . Xo2,air ist dabei der Sauerstoffgehalt von Luft, der 21% sein sollte, aber auf seinen maximalen erfassten wert eingestellt wurde. X02, actual ist der tatsächlich erfasste Sauerstoffgehalt.
Der Wassergehalt resultierend aus einer Verbrennung kann basierend auf einer Einspritzmenge mstr unter Verwendung der Motordrehzahl und des Abgasmassenstroms wie folgt berechnet werden. Molarer Wasserstrom:
Figure imgf000016_0001
Dabei ist M“CH2“ die molare Masse von „Brennstoff“ oder „CH2“ = 14g/mol, Neng die
Motordrehzahl, mstr die Einspritzmenge pro Takt, Der Faktor #zylinders/2 berücksichtigt die Anzahl # der Zylinder und die Tatsache, dass bei einem Viertaktmotor nur bei einem von 2 Umdrehungen Brennstoff eingespritzt wird.
Molarer Gesamtabgasstrom:
Figure imgf000016_0002
Dabei ist Mexhaust die gemittelte molare Masse eines Abgasmoleküls = 28,8g/mol unter der Annahme, dass 10% des gesamten Sauerstoffs in der vorherigen Luft bei der Verbrennung verbrannt wurde: (80%MN2 + 10%Mo2 + 6,7%Mco2 + 6,7% MH2O)/(80%+10%+6,7%+6,7%) = 28,8g/mol.
Figure imgf000016_0003
ist der
Figure imgf000016_0004
Abgasmassenstrom. Der Wassergehalt ist ’ =■' ■■■ ■’
Wasser verdampft, wenn der tatsächliche Wasserpartialdruck PH2O kleiner als der Sättigungswasserdruck Pn2o,sat ist. Der Wassersättigungsdruck ist temperaturabhängig und kann berechnet werden, wie beispielsweise mittels der Magnusgleichung
Figure imgf000016_0005
Umwandeln des Wasserpartialdrucks in den Wassergehalt: XH2o,sat = Ph2o,sat / Ptot, dabei ist XH20 der Wassergehalt im Molekül #H2O/ Gesamtmolekülanzahl# oder mol_H2O/mol_Gesamtabgas
Mitteln des Wassergehalts aus den Sauerstoffgehalten und Einspritzmengen:
XH2O,avr =l/2*( XH2O,O2bas + Xh2O, inj)
Der kondensierte Wassergehalt XH2o,cond = XH2o,avr - XH2o,cond. Dabei kann die
Berechnung für die Kondensation sowohl basierend auf der einer für den Sensor relevanten Temperatur, wie z.B. Sensorelementtemperatur im unbeheizten
ERSATZBLATT (REGEL 26) Zustand oder Gehäusetemperatur, als auch für die Rohr-Wandtemperatur durchgeführt werden.
Der molare Strom des kondensierten Wassers:
Figure imgf000017_0001
Schließlich Integrieren des molaren Stroms auf die molare Menge. Dabei wurde die Berechnung für die Kondensation sowohl basierend auf der TM-Temperatur als auch Wandtemperatur durchgeführt.
Das Verfahren kann wie folgt modifiziert werden. Statt der Nutzung von Wassermengen n(H2O) können Wassermassen verwendet werden zur Ermittlung des Indikators. Es kann eine Art von „von oben runter zählen“ erfolgen. Dabei startet die oben beschriebene Akkumulation mit einem Grenzwert (applizierbarer Schwellwert) und die jeweiligen Wärmemengen, Mengen, Zyklenzahlen werden abgezogen. Die Maßnahmen werden erreicht, wenn der akkumulierte Wert < 0 ist. Es können „Relativwerte“ gebildet werden. So kann eine Referenzierung auf (d.h. Division durch) die jeweiligen applizierbaren Schwellwerte erfolgen, wie beispielsweise: n(H2O; akkumuliert, aktueller Zyklus)/applizierbarer_Schwellwert = n(H2O, aktuell)/ applizierbarer_Schwellwert + n(H2O; vorheriger Zyklus)/applizierbarer_Schwellwert. Maßnahme ergriffen, wenn (H2O, akkumuliert, aktueller Fahrzyklus) / applizierbarer Schwellwert > 1.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben eines Abgassensors in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, wobei der Abgassensor (10) ein keramisches Sensorelement (12) mit zumindest einer Messelektrode (16, 18) und einer Heizvorrichtung (32) aufweist, wobei das Verfahren umfasst:
Ermitteln auf der Basis von Daten, die die Brennkraftmaschine und den Abgassensor (10) betreffen, mindestens eines Indikators, der angibt, ob das Auftreten von flüssigem Wasser in dem Abgastrakt noch zu erwarten ist,
Vergleichen des ermittelten Indikators mit einem vorbestimmten Indikatorschwellwert, und zumindest teilweises zusätzliches Beheizen des Abgastrakts, falls der ermittelte Indikator den Indikatorschwellwert überschreitet.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Daten eine Anzahl an Kaltstarts des Kraftfahrzeugs ohne Erreichen eines Taupunktendes umfassen, wobei der Indikator basierend auf der Anzahl der Kaltstarts des Kraftfahrzeugs ohne Erreichen eines Taupunktendes ermittelt wird, wobei der Indikatorschwellwert eine vorbestimmte Anzahl an Kaltstarts des Kraftfahrzeugs ohne Erreichen eines Taupunktendes ist.
3. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Ermitteln des Indikators weiterhin Gewichten der Anzahl der Kaltstarts des Kraftfahrzeugs ohne Erreichen eines Taupunktendes umfasst.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Daten eine Wärmemenge eines Abgasmassenstroms pro Fahrzyklus umfassen, wobei der Indikator durch Akkumulieren der Wärmemenge des Abgasmassenstroms pro Fahrzyklus ermittelt wird, wobei der Indikatorschwellwert eine vorbestimmte akkumulierte Wärmemenge des Abgasmassenstroms ist.
5. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Ermitteln des Indikators weiterhin Korrigieren der akkumulierten Wärmemenge des Abgasmassenstroms basierend auf einer zum Verdampfen von Wasser am Ende eines Fahrzyklus erforderlichen Wärmemenge umfasst.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Daten eine Wärmemenge eines Abgasmassenstroms basierend auf einer Taupunktfunktion einer Steuerung der Brennkraftmaschine umfassen, wobei der Indikator durch Akkumulieren der Wärmemenge des Abgasmassenstroms basierend auf der Taupunktfunktion der Steuerung der Brennkraftmaschine ermittelt wird, wobei der Indikatorschwellwert eine vorbestimmte akkumulierte Wärmemenge des Abgasmassenstroms ist.
7. Verfahren nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ermitteln des Indikators eine Akkumulation von zu Beginn eines Fahrzyklus ermittelten Grenzwärmemengen berücksichtigt.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Daten eine Wassermenge im Abgastrakt der Brennkraftmaschine umfassen, wobei der Indikator durch Akkumulieren der Wassermenge ermittelt wird, wobei der Indikatorschwellwert eine vorbestimmte akkumulierte Wassermenge im Abgastrakt ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend Zurücksetzen des ermittelten Indikators, falls ein Taupunktende erreicht wird.
10. Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
11. Elektronisches Speichermedium (28), auf welchem ein Computerprogramm nach dem vorhergehenden Anspruch gespeichert ist. - 18 -
12. Elektronisches Steuergerät (26), welches ein elektronisches Speichermedium nach dem vorhergehenden Anspruch umfasst.
PCT/EP2022/069988 2021-08-06 2022-07-18 Verfahren zum betreiben eines abgassensors in einem abgastrakt einer brennkraftmaschine eines kraftfahrzeugs WO2023011896A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021208577.6 2021-08-06
DE102021208577.6A DE102021208577A1 (de) 2021-08-06 2021-08-06 Verfahren zum Betreiben eines Abgassensors in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023011896A1 true WO2023011896A1 (de) 2023-02-09

Family

ID=82694217

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/069988 WO2023011896A1 (de) 2021-08-06 2022-07-18 Verfahren zum betreiben eines abgassensors in einem abgastrakt einer brennkraftmaschine eines kraftfahrzeugs

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102021208577A1 (de)
WO (1) WO2023011896A1 (de)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5616835A (en) * 1993-01-12 1997-04-01 Robert Bosch Gmbh System for operating a heating element for a ceramic sensor in a motor vehicle
DE102004057929B4 (de) * 2004-12-01 2006-09-14 Daimlerchrysler Ag Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs
DE102010017037A1 (de) * 2009-05-21 2011-01-05 Denso Corporation, Kariya-City Abgassensoraktivierungssteuervorrichtung
DE102010022683A1 (de) * 2010-06-04 2011-04-21 Daimler Ag Verfahren zum Betreiben einer an eine Brennkraftmaschine angeschlossenen Abgasreinigungsanlage
DE102018213454A1 (de) * 2018-08-09 2020-02-13 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Sensors zur Detektion von Teilchen in einem Messgas
DE102018221567A1 (de) * 2018-12-12 2020-06-18 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Sensors zur Detektion von Teilchen in einem Messgas
DE102019220584A1 (de) 2019-08-19 2021-02-25 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Abgassensors

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5616835A (en) * 1993-01-12 1997-04-01 Robert Bosch Gmbh System for operating a heating element for a ceramic sensor in a motor vehicle
DE102004057929B4 (de) * 2004-12-01 2006-09-14 Daimlerchrysler Ag Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs
DE102010017037A1 (de) * 2009-05-21 2011-01-05 Denso Corporation, Kariya-City Abgassensoraktivierungssteuervorrichtung
DE102010022683A1 (de) * 2010-06-04 2011-04-21 Daimler Ag Verfahren zum Betreiben einer an eine Brennkraftmaschine angeschlossenen Abgasreinigungsanlage
DE102018213454A1 (de) * 2018-08-09 2020-02-13 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Sensors zur Detektion von Teilchen in einem Messgas
DE102018221567A1 (de) * 2018-12-12 2020-06-18 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Sensors zur Detektion von Teilchen in einem Messgas
DE102019220584A1 (de) 2019-08-19 2021-02-25 Robert Bosch Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Abgassensors

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021208577A1 (de) 2023-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2864757B1 (de) Verfahren zur funktionskontrolle eines sensors zur detektion von teilchen und sensor zur detektion von teilchen
EP3071945B1 (de) Verfahren zum betreiben eines partikelsensors
WO2015091273A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum betreiben von abgassensoren
DE102010030634A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Partikelsensors
DE102006041478A1 (de) Verfahren zur Ermittlung einer Rußkonzentration im Abgas einer Brennkraftmaschine
WO2010130539A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur überwachung eines in einem abgasbereich einer brennkraftmaschine angeordneten bauteils
WO2020030324A1 (de) Verfahren zum betreiben eines sensors zur detektion von teilchen in einem messgas
DE102013202980A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Regeneration eines Partikelsensors
DE102009028319A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betrieb eines Partikelsensors
DE102011086148A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines resistiven Sensors im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine
DE102017110589A1 (de) Steuervorrichtung für Abgassensor
DE102019115156A1 (de) Abgasfeinstaubsensor
EP3391024A1 (de) ELEKTROSTATISCHER RUßSENSOR
WO2016055200A1 (de) Verfahren zur funktionskontrolle eines sensors zur detektion von teilchen
DE102012201594A1 (de) Verfahren zur Signalaufbereitung für einen sammelnden Partikelsensor
DE102006046837B4 (de) Verfahren zum Betreiben eines Sensors zur Detektion von Teilchen in einem Gasstrom
DE102011013544B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Partikelsensors
WO2021228565A1 (de) Sensor zur erfassung mindestens einer eigenschaft eines messgases und verfahren zum betreiben eines sensors
WO2023011896A1 (de) Verfahren zum betreiben eines abgassensors in einem abgastrakt einer brennkraftmaschine eines kraftfahrzeugs
DE102007031767A1 (de) Beheizbarer Abgassensor mit verbesserter Erkennung von Wasser an einer Oberfläche des Abgassensors
DE102009046315A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben eines Partikelsensors
DE102018221567A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Sensors zur Detektion von Teilchen in einem Messgas
DE102009045367A1 (de) Verfahren zum Betreiben eines Sensors
EP3224464A1 (de) Verfahren zur erkennung eines spannungsoffsets zumindest in einem bereich bei einer spannungs-lambda-kennlinie
EP3721208B1 (de) Verfahren zum betreiben eines sensors zur detektion von teilchen in einem messgas

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22747039

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022747039

Country of ref document: EP

Effective date: 20240306