Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung des Vereisungszustands einer nicht direkt im Abgasmassenfluss angeordneten Komponente des Abgasstrangs eines Kraftfahrzeugs

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Vereisungszustands einer nicht direkt im Abgasmassenfluss angeordneten Komponente des Abgasstrangs eines Kraftfahrzeugs.

Im Abgasstrang eines Kraftfahrzeugs entsteht durch die Verbrennung von Kraftstoff Wasser. Des Weiteren entsteht durch ein Abkühlen des Abgases im Abgasstrang Kondensationswasser.

Dieses Wasser kann sich auch in Komponenten des Abgasstrangs, die nicht direkt im Abgasmassenfluss angeordnet sind, festsetzen und bei niedrigen Außentemperaturen gefrieren. Zu diesen Komponenten gehört beispielsweise ein mit dem Abgasstrang über Verbindungsleitungen verbundener Differenzdrucksensor.

Gefrieren diese mit dem Abgasstrang unter Verwendung von Verbindungsleitungen verbundenen Komponenten, dann können diese einer Motorsteuereinheit des Kraftfahrzeugs keine gültigen Daten über Betriebszustände des Kraftfahrzeugs zukommen lassen, so dass die Motorsteuereinheit keine korrekten Steuersignale für den Betrieb des Kraftfahrzeugs bereitstellen kann.

Deshalb besteht die Notwendigkeit, den Vereisungszustand der nicht direkt im Abgasmassenfluss angeordneten Komponenten des Abgasstrangs und deren Zuleitungen zu ermitteln, so dass die Motorsteuereinheit bei einer Erkennung einer oder mehrerer vereister Komponenten des Abgasstrangs und deren jeweiliger Zuleitung eine Ausgabe fehlerhafter Steuersignale unterdrücken kann.

Aus der DE 11 2011 100 614 T5 ist es bereits bekannt, zur Detektion einer Eisbildung in rohrförmigen Elementen eines Ladeluftkühlers unter Verwendung der Ausgangssignale von Drucksensoren einen Druckabfall zu berechnen und mit einem Schwellenwert zu vergleichen. Ist der Druckabfall größer als der Schwellenwert, dann wird angenommen, dass eine Eisbildung vorliegt. Aus der DE 10 2015208 480 A1 sind eine Wassereinspritzvorrichtung einer Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Wassereinspritzvorrichtung bekannt. Bei dieser Vorrichtung erfolgt eine Erkennung des Vorliegens einer Vereisung des Wassertanks und/oder der Ansaugleitung unter Verwendung eines Temperatur- bzw. Füllstandsensors.

Des Weiteren ist es bereits bekannt, eine Taupunkterkennung durchzuführen, die als Eingangsparameter eine Information über den Abgasmassenfluss und die Abgastemperatur beinhaltet. Diese Lösung ist nachteilig, da sie sich nicht auf den tatsächlichen Massenfluss zum Sensor bezieht und auch keine Information über die tatsächliche Sensortemperatur bereitstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Ermittlung des Vereisungszustands einer nicht direkt im Abgasmassenfluss angeordneten Komponente des Abgasstrangs eines Kraftfahrzeugs und/oder deren Zuleitung anzugeben, welches genauere Informationen über den Vereisungszustand der Komponente des Abgasstrangs und/oder deren Zuleitung bereitstellt.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Anspruch 8 hat eine Vorrichtung zur Ermittlung des Vereisungszustands einer Komponente des Abgasstrangs eines Kraftfahrzeugs und/oder deren Zuleitung zum Gegenstand.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Ermittlung des Vereisungszustands einer nicht direkt im Abgasmassenfluss angeordneten Komponente des Abgastrangs eines Kraftfahrzeugs und/oder deren Zuleitung werden die folgenden Schritte durchgeführt:

Ermittlung einer tatsächlich in der Komponente und deren Zuleitung vorhandenen Wassermenge und des Aggregatzustands der Wassermenge,

Ermittlung einer zur Enteisung und zum Verflüchtigen der tatsächlich in der Komponente und deren Zuleitung vorhandenen Wassermenge benötigten Energie, Ermittlung einer zur Enteisung und zum Verflüchtigen der tatsächlich in der Komponente und deren Zuleitung vorhandenen Wassermenge gelieferten Energie mittels der Abstrahlwärme von direkt im Abgasmassenfluss des Abgasstrangs des Kraftfahrzeugs angeordneten Bauteilen an die Umgebung und Ermittlung des Vereisungszustands der Komponente durch einen Vergleich der zur Enteisung und zum Verflüchtigen gelieferten Energie mit der zur Enteisung und zum Verflüchtigen benötigten Energie.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung erfolgt die Ermittlung der tatsächlich in der Komponente und deren Zuleitung vorhandenen Wassermenge und des Aggregatzustands der Wassermenge unter Verwendung einer Modellierung des Abgasstrangs.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Komponente als eisfrei und wasserfrei erkannt, wenn die zur Enteisung und zum Verflüchtigen gelieferte Energie größer ist als die zur Enteisung und zum Verflüchtigen benötigte Energie.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird die Komponente als nicht eisfrei und nicht wasserfrei erkannt, wenn die zur Enteisung und zum Verflüchtigen gelieferte Energie kleiner ist als die zur Enteisung und zum Verflüchtigen benötigte Energie.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der nicht direkt im Abgasmassenfluss angeordneten Komponente des Abgasstrangs eines Kraftfahrzeugs um einen Sensor.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei der nicht direkt im Abgasmassenfluss angeordneten Komponente des Abgasstrangs eines Kraftfahrzeugs um einen Differenzdrucksensor.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung handelt es sich bei den direkt im Abgasmassenfluss angeordneten Bauteilen des Abgasstrangs um einen Abgaskatalysator, ein Rohrelement und einen Partikelfilter.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel für die Erfindung anhand der Figur näher erläutert.

Bei diesem Ausführungsbeispiel handelt es sich bei der nicht direkt im Abgasmassenfluss des Abgasstrangs 11 angeordneten Komponente um einen Differenzdrucksensor 4, der unter Verwendung einer Zuleitung 2 mit dem Eingang eines Partikelfilters 1 und unter Verwendung einer Zuleitung 3 mit dem Ausgang des Partikelfilters 1 verbunden ist. Dieser Differenzdrucksensor 4 hat im Betrieb des Kraftfahrzeugs die Aufgabe, einer Motorsteuereinheit 7 Sensorsignale 8 bereitzustellen, die Auskunft über die Druckdifferenz zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Partikelfilters 1 enthalten.

Sowohl in der Zuleitung 2 als auch in der Zuleitung 3 als auch im Differenzdrucksensor 4 kann im Betrieb des Kraftfahrzeugs Wasser enthalten sein, was durch die in der Figur dargestellten Wassertropfen 5 veranschaulicht ist. Bei diesem Wasser handelt es sich beispielsweise um Wasser, das bei der Verbrennung von Kraftstoff in den Zylindern des Kraftfahrzeugs gebildet wurde, oder um Kondensationswasser, das durch das Abkühlen des Abgases im Abgasstrang des Kraftfahrzeugs gebildet wurde.

Des Weiteren weist der Abgasstrang des Kraftfahrzeugs außer dem Partikelfilter 1 weitere Bauteile auf, zu denen beispielsweise ein Abgaskatalysator und eine oder mehrere Rohrelemente gehören.

Mit der Bezugsziffer 6 ist die Abstrahlwärme Qveri.umg des Partikelfilters 1 an die Umgebung veranschaulicht, die sich vom Motorsteuergerät 7 aus der Umgebungstemperatur, der Temperatur des Partikelfilters 1 und der in den Partikelfilter 1 eingebrachten Energie ermitteln lässt. Die Ermittlung der eingebrachten Energie erfolgt dabei unter Verwendung der Temperatur des Abgases, des Abgasmassenflusses und der Abgaszusammensetzung (Exothermie) und der möglichen Wassermenge im Partikelfilter 1 (Taupunkt). Die vorgenannten Ermittlungen werden von der Motorsteuereinheit 7 unter Verwendung von Eingangssignalen 9 durchgeführt, bei denen es sich insbesondere um weitere Sensorsignale handelt.

Liegen niedrige Außentemperaturen vor, dann kann dieses Wasser in den genannten Zuleitungen zum Differenzdrucksensor und auch im Differenzdrucksensor selbst vereisen. Dies hat zur Folge, dass der Differenzdrucksensor der Motosteuereinheit des Kraftfahrzeugs keine korrekten Informationen über den Differenzdruck bereitstellen kann.

Durch die vorliegende Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt, mittels dessen der Motorsteuereinheit korrekte und genaue Informationen über den Vereisungszustand des Differenzdrucksensors und der zum Differenzdrucksensor führenden Leitungen bereitgestellt wird. Solange der Differenzdrucksensor und/oder dessen Zuleitungen als vereist erkannt werden, werden die Ausgangssignale des Differenzdrucksensors von der Motorsteuereinheit gesperrt bzw. nicht ausgewertet. Wird der Differenzdrucksensor und dessen Zuleitungen als nicht vereist erkannt, dann werden die Ausgangssignale des Differenzdrucksensors von der Motorsteuereinheit freigegeben bzw. ausgewertet, um unter Verwendung des gemessenen Differenzdrucks und der im Speicher 12 hinterlegter Modellierung des Abgasstrangs 11 Steuersignale 10 für den Motorbetrieb bereitzustellen.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Ermittlung des Vereisungszustands des Differenzdrucksensors und/oder dessen Zuleitungen zunächst eine Ermittlung einer tatsächlich im Differenzdrucksensor und dessen Zuleitungen vorhandenen Wassermenge und des Aggregatzustands der Wassermenge vorgenommen. Diese Ermittlung erfolgt unter Verwendung einer Modellierung der tatsächlich im Differenzdrucksensor und dessen Zuleitungen vorhandenen Wassermenge und des Aggregatzustands der Wassermenge. Bei der Ermittlung des Aggregatzustandes wird erkannt, ob sich das Wasser im festen, flüssigen oder gasförmigen Zustand befindet. Die der genannten Modellierung entsprechenden Daten wurden empirisch ermittelt und im Speicher 12 hinterlegt.

Danach erfolgt eine Ermittlung der zur Enteisung und zum Verflüchtigen der tatsächlich im Differenzdrucksensor und dessen Zuleitungen vorhandenen Wassermenge benötigten Energie

Anschließend wird die zur Enteisung und zum Verflüchtigen der tatsächlich im Differenzdrucksensor und dessen Zuleitungen vorhandenen Wassermenge gelieferten Energie ermittelt. Diese Ermittlung erfolgt unter Verwendung der Abstrahlwärme 6 von direkt im Abgasmassenfluss des Abgasstrangs dess Kraftfahrzeugs angeordneten Bauteilen an die Umgebung. Zu diesen direkt im Abgasmassenfluss vorhandenen Bauteilen des Abgasstrangs gehören beispielsweise ein Abgaskatalysator, Rohrelemente und das bereits genannte Partikelfilter.

Der Vereisungszustand des Differenzdrucksensors wird schließlich durch einen Vergleich der zur Enteisung und zum Verflüchtigen gelieferten Energie mit der zur Enteisung und zum Verflüchtigen benötigten Energie ermittelt.

Dabei wird der Differenzdrucksensor als eisfrei und wasserfrei erkannt, wenn die zur Enteisung und zum Verflüchtigen gelieferte Energie größer ist als die zur Enteisung und zum Verflüchtigen benötigte Energie. Ist hingegen die zur Enteisung und zum Verflüchtigen gelieferte Energie kleiner ist als die zur Enteisung und zum Verflüchtigen benötigte Energie, dann wird der Differenzdrucksensor als nicht eisfrei und nicht wasserfrei erkannt.

Die Erfindung ist nicht auf die Erkennung des Vereisungszustands eines Differenzdrucksensors beschränkt. Alternativ dazu kann die Erkennung des Vereisungszustands auch bei anderen an den Abgasstrang über Verbindungsleitungen angeschlossenen Sensoren vorgenommen werden oder auch bei einer Niederdruck-Abgasrückführleitung, die im Betrieb eines Kraftfahrzeugs beim Vorliegen niedriger Außentemperaturen ebenfalls vereisen kann.

Beim oben beschriebenen Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den direkt im Abgasmassenfluss angeordneten Bauteilen des Abgasstrangs um einen Abgaskatalysator, ein Rohrelement und einen Partikelfilter. Alternativ dazu kann der Abgasstrang des Kraftfahrzeugs auch andere oder weitere direkt im Abgasmassenfluss angeordnete Bauteile enthalten.

Wird -wie oben ausgeführt- das erfindungsgemäße Verfahren für einen mit dem Eingang und dem Ausgang eines Partikelfilters verbundenen Differenzdrucksensor durchgeführt, dann ergeben sich unter anderem folgende Vorteile:

Durch die Modellierung der Zustände am Differenzdrucksensor können durch eine unzureichende Modellierung bedingte große Sicherheitsabstände zur Freigabe der Ausgangssignale des Differenzdrucksensors minimiert werden. Diese Minimierung ermöglicht eine schnellere Verwendung der vom Differenzdrucksensor bereitgestellten Messwerte. Dies wiederum führt zu einer besseren Performance der Motorsteuerung. Unter anderem wird eine Ermittlung der Beladung des Partikelfilters verbessert, eine Diagnose des Partikelfilters verbessert (Leerrohrerkennung; verstopfter Partikelfilter), eine Bestimmung der Gegendruckmodellierung für eine Zylinderfüllungsberechnung verbessert, eine genauere Ladedruckvorsteuerung ermöglicht, eine Diagnose eines Aufladesystems des Kraftfahrzeugs im Hinblick auf das Vorliegen einer Leckage oder eines Aktuatorfehlers verbessert sowie eine Bestimmung des Abgasrückführmassenflusses und eine Bestimmung aller zugeführten und abgenommenen Massenflüsse im Abgassystem und Einlasssystem des Kraftfahrzeugs verbessert. Diese Vorteile können noch erweitert werden, wenn das erfindungsgemäße Verfahren auch auf andere Komponenten des Kraftfahrzeugs angewendet wird.