DE102007013460A1

DE102007013460A1 - Verfahren zur Überprüfung eines Luftmassensensors für einen Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102007013460A1
Application number: DE200710013460
Authority: DE
Inventors: Simon Dipl.-Ing. Binder; Yuriy Dipl.-Ing. Bogachik; Alfred Dipl.-Ing. Frommelt; Zandra Dipl.-Ing. Jansson; Johan Dipl.-Ing. Jonsson; Michael Dipl.-Ing. Klier (FH); Thomas Dipl.-Ing. Liebscher; Michael Dr. sc. tech. Mladek; Rüdiger Dipl.-Ing. Pfaff; Karsten Dipl.-Ing. Scheible; Josef Dr. Steuer; Jens Dr. Vortisch; Bernd Dipl.-Ing. Windisch; Matthias Dipl.-Ing. Wolf
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-03-21
Filing date: 2007-03-21
Publication date: 2007-11-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung eines Luftmassensensors (3) für einen Verbrennungsmotor, bei dem ein Zylinderdruck (p_zyl) bestimmt, der Zylinderdruck (p_zyl) zur Ermittlung einer Verbrennungsschwerpunktlage und/oder eines indizierten Mitteldrucks verwendet wird, das aus der Verbrennungsschwerpunktlage und/oder dem indizierten Mitteldruck zusammen mit einem bekannten thermischen Wirkungsgrad eine mögliche Energiefreisetzung und/oder eine einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmt wird, dass aus einem ein Verhältnis einer Sauerstoffmenge zur Kraftstoffmenge beschreibenden Lambdawert und der Kraftstoffmenge zumindest in einem stationären Fall die Sauerstoffmenge und die Luftmasse (m₂) bestimmt und die bestimmte Luftmasse (m₂) mit einer vom Luftmassensensor (3) gemessenen Luftmasse (m₁) verglichen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung eines Luftmassensensors für einen Verbrennungsmotor.
Zur Optimierung von Kraftstoffverbrauch, Leistung und Emissionsverhalten bei Verbrennungsprozessen in Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen wird ein vorgebbares stöchiometrisches Verhältnis von Kraftstoff und Sauerstoff angestrebt. Dieses liegt beispielsweise im Falle von Benzin als Kraftstoff bei etwa 1:14,8. Um eine Kraftstoffmenge für eine Einspritzung zu dosieren, ist daher die Kenntnis einer in der angesaugten Luft enthaltenen Sauerstoffmenge erforderlich. In einem Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors ist daher gewöhnlich ein Luftmassensensor vorgesehen, der ein zu einer Masse der pro Zeiteinheit durchströmenden Luft proportionales Signal erzeugt. Aus der bekannten Konzentration von Sauerstoff in der Luft von etwa 23 % (massebezogen) ist so die Sauerstoffmasse bestimmbar.
Als Luftmassensensoren kommen verbreitet Heißfilm-Luftmassensensoren zum Einsatz. Ein Heißfilm-Luftmassensensor umfasst meist zwei temperaturabhängige Metallfilmwiderstände als Teil einer Brückenschaltung. Die Metallschichtwiderstände erhitzen sich durch Stromfluss, einer davon wird im Ansaugluftstrom gekühlt. Durch die infolgedessen unterschiedlichen elektrischen Widerstände verstimmt sich die Brückenspannung der Brückenschaltung. Die von dem Metallschichtwiderstand an den Luftstrom abgegebene Wärme ist von der Menge der vorbeiströmenden Luft abhängig, so dass sich eine Proportionalität zwischen der am Heißfilm-Luftmassensensor umgesetzten Heizleistung und der Luftmenge bzw. Luftmasse ergibt. Über die Lebenszeit eines Luftmassensensors ergibt sich alterungsbedingt eine Drift, die den Messwert um bis zu 10 % verfälschen kann. Dies führt zu einem nicht-optimalen Kraftstoff-Luft-Verhältnis, wodurch Drehmoment, Leistung und Emission des Verbrennungsmotors beeinträchtigt sind.
Aus der DE 10 2005 010 785 A1 ist ein Verfahren zur Korrektur eines Luftmassenmessfehlers beim Betrieb eines Kraftfahrzeugs-Verbrennungsmotors bekannt, bei dem beim ersten Befeuern des Verbrennungsmotors oder bei einer Einfahrrunde eines mit diesem Verbrennungsmotor ausgestatteten Neufahrzeugs eine Offsetdriftkorrektur der Luftmassenmessung durchgeführt wird. Nachteilig ist hier, dass eine alterungsbedingte Drift des Messwerts des Luftmassensensors nicht erfassbar ist, da das Verfahren nur einmalig bei einem neuen Fahrzeug angewandt wird.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur Überprüfung eines Luftmassensensors anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überprüfung eines Luftmassensensors für einen Verbrennungsmotor wird zunächst ein Zylinderdruck bestimmt. Dies kann durch einen Zylinderdrucksensor erfolgen. Der Zylinderdruck wird zur Ermittlung einer Verbrennungsschwerpunktlage und/oder eines indizierten Mitteldrucks verwendet. Der indizierte Mitteldruck kann direkt aus dem gemessenen Zylinderdruck bestimmt werden. Er ist aus der Volumenänderungsarbeit ableitbar und charakterisiert die Energieumsetzung eines Arbeitsgases im Zylinder. Die Verbrennungsschwerpunktlage ist thermodynamisch bestimmbar. Sie ist definiert als ein Kurbelwinkel einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors, bei dem 50 % einer Spanne zwischen einem globalen Minimum und einem globalen Maximum eines integralen Heizverlaufs überschritten sind. Aus der Verbrennungsschwerpunktlage und/oder dem indizierten Mitteldruck wird dann zusammen mit einem bekannten thermischen Wirkungsgrad eine Energiefreisetzung und/oder eine einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmt.
Der thermische Wirkungsgrad ist von einer Reihe Parameter abhängig, unter anderem einem Verdichtungsverhältnis, einem Höchstdruckverhältnis, der Energiedichte, einem Umsetzungsgrad und einem Luftverhältnis (auch Lambdawert genannt). Die Energiedichte von Dieselkraftstoff beträgt beispielsweise 39,6 MJ/kg bis 43,2 MJ/kg, der von Benzin 43 MJ/kg.
Der Lambdawert beschreibt ein Verhältnis einer Sauerstoffmenge zur Kraftstoffmenge. Aus dem Lambdawert, der beispielsweise von einer in einem Abgastrakt des Verbrennungsmotors angeordneten Lambdasonde bestimmt wird, und der Kraftstoffmenge wird zumindest in einem stationären Fall die umgesetzte Sauerstoffmenge und mittels der bekannten Sauerstoffkonzentrati on in Luft die Luftmasse bestimmt. Der stationäre Fall liegt vor, wenn der Verbrennungsmotor mit einer konstanten Kraftstoffmenge bei gleichem Drehmoment betrieben wird. Bei einer Beschleunigung oder Verzögerung des Verbrennungsmotors liegt ein dynamischer Fall vor. Die bestimmte Luftmasse wird mit einer vom Luftmassensensor gemessenen Luftmasse verglichen. Aus einer sich dabei ergebenden Differenz kann auf eine Drift der Genauigkeit des Luftmassensensors geschlossen werden. Die Differenz kann zur Generierung eines Korrekturkoeffizienten für ein Messsignal des Luftmassensensors verwendet werden, so dass ein Austausch auch bei fortgeschrittener Alterung des Luftmassensensors nicht erforderlich ist. Bei defektem Luftmassensensor kann dieser durch das Verfahren zumindest teilweise ersetzt werden. Mittels des beschriebenen Verfahrens ist eine Überprüfung des Luftmassensensors, beispielsweise eines Heißfilm-Luftmassensensors, zu einem beliebigen Zeitpunkt, insbesondere im laufenden Betrieb des Verbrennungsmotors möglich.
Weiterhin besteht die Möglichkeit einen herkömmlichen Luftmassensensor durch das angegebene Verfahren nicht nur zu korrigieren oder Justieren, sondern zu ersetzen. Die mittels dieses Verfahrens ermittelte Luftmasse kann in dieser alternativen Ausführung direkt als Eingangsgröße zur Motorsteuerung verwendet werden.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines Zylinders eines Verbrennungsmotors mit einem Luftmassensensor und
2 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Zylinders eines Verbrennungsmotors mit zwei Luftmassensensoren.
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Zylinders 1 eines Verbrennungsmotors. In einem Ansaugtrakt 2 ist ein Luftmassensensor 3 zur Messung einer Luftmasse m₁ angeordnet. In einem Abgastakt 4 ist eine Lambdasonde 5 vorgesehen. Ein Teil der vom Zylinder 1 infolge einer Verbrennung in den Abgastrakt 4 ausgestoßenen Abgase wird durch eine Abgasrückführung 6 in den Ansaugtrakt 2 zurück geführt.
Im Zylinder 1 wird von einem nicht gezeigten Zylinderdrucksensor ein Zylinderdruck p_zyl gemessen. Der Zylinderdruck p_zyl wird zur Ermittlung einer Verbrennungsschwerpunktlage und/oder eines indizierten Mitteldrucks verwendet. Aus der Verbrennungsschwerpunktlage und/oder dem indizierten Mitteldruck wird zusammen mit einem bekannten thermischen Wirkungsgrad eine Energiefreisetzung und/oder eine in den Zylinder 1 einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmt. Aus einem von der Lambdasonde 5 bestimmten Lambdawert und der Kraftstoffmenge wird zumindest in einem stationären Fall die umgesetzte Sauerstoffmenge und mittels der bekannten Sauerstoffkonzentration in Luft eine Luftmasse m₂ bestimmt. Hierzu werden die entsprechenden Parameter und Messgrößen, wie der Lambdawert und die Kraftstoffmenge sowie die gemessene Luftmasse m₁ einer nicht näher dargestellten Datenverarbeitungseinheit, z. B. einem vorhandenen Steuergerät, zur Bestimmung der Luftmasse m₂ und zum Vergleich dieser mit der gemessenen Luftmasse m₁. Die bestimmte Luftmasse m₂ wird mit der vom Luftmassensensor 3 gemessenen Luftmasse m₁ verglichen. Aus einer sich dabei ergebenden Differenz kann auf eine Drift der Genauigkeit des Luftmassensensors 3 geschlossen werden.
Die Differenz kann zur Generierung eines Korrekturkoeffizienten für ein die Luftmasse m₁ repräsentierendes Messsignal des Luftmassensensors 3 verwendet werden. In einem stationären Fall, bei dem der Verbrennungsmotor mit konstanter Kraftstoffmenge, konstanter Drehzahl und konstantem Drehmoment betrieben wird, beeinflusst die durch die Abgasrückführung 6 zurückgeführte Abgasmenge die bestimmte Luftmasse m₂ nicht. In einem dynamischen Fall, also bei Beschleunigung oder Verzögerung, kann die Genauigkeit der bestimmten Luftmasse m₂ beeinträchtigt sein.
2 zeigt eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform eines Zylinders 1 eines Verbrennungsmotors mit zwei Luftmassensensoren 3. Aus Platzgründen kann es beispielsweise bei Verbrennungsmotoren, bei denen die Zylinder 1 V-förmig angeordnet sind, erforderlich sein, den Ansaugtrakt 2 so zu teilen, dass zwei oder mehr Luftmassensensoren 3 angeordnet sein können. Die von diesen Luftmassensensoren 3 gemessenen Luftmassen m_1', m_1'' summieren sich dann entsprechend zu einer Luftmasse m₁. In der gezeigten, für einen Turbomotor exemplarischen Ausführungsform sind weitere Aggregate, wie ein Kompressor 7, ein Ladeluftkühler 8, eine Turbine 9, ein Abgasrückführungsventil 10 sowie ein Abgaskühler 11 in der Abgasrückführung 6 gezeigt. Ebenso wie die durch weitere Sensoren bestimmten Drücke p₁, p₂ und p₃ und die Temperaturen T₁, T₂ und T₃ sind diese Aggregate für das Verfahren jedoch ohne Belang.
Der Luftmassensensor 3 kann als ein Heißfilm-Luftmassensensor ausgebildet sein.
Das Verfahren ist auch bei Verbrennungsmotoren ohne Abgasrückführung 6 anwendbar.
Das Verfahren ist vorstehend beispielhaft in Zusammenhang mit einem Heißfilm-Luftmassensensor dargestellt. Selbstverständlich ist die Anwendung des Verfahrens nicht auf einen Heißfilm-Luftmassensensor begrenzt, sondern mit jedem anderen Luftmassensensor vorteilhaft durchführbar.

Claims

Verfahren zur Überprüfung eines Luftmassensensors (3) für einen Verbrennungsmotor, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zylinderdruck (p_zyl) bestimmt, der Zylinderdruck (p_zyl) zur Ermittlung einer Verbrennungsschwerpunktlage und/oder eines indizierten Mitteldrucks verwendet wird, dass aus der Verbrennungsschwerpunktlage und/oder dem indizierten Mitteldruck zusammen mit einem thermischen Wirkungsgrad eine mögliche Energiefreisetzung und/oder eine einzuspritzende Kraftstoffmenge bestimmt wird, dass aus einem ein Verhältnis einer Sauerstoffmenge zur Kraftstoffmenge beschreibenden Lambdawert und der Kraftstoffmenge zumindest in einem stationären Fall die Sauerstoffmenge und die Luftmasse (m₂) bestimmt und die bestimmte Luftmasse (m₂) mit einer vom Luftmassensensor (3) gemessenen Luftmasse (m₁) verglichen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Korrekturkoeffizient aus dem Vergleich der bestimmten Luftmasse (m₂) mit der gemessenen Luftmasse (m₁) gebildet und in einem Motorsteuergerät zur Steuerung des Verbrennungsmotors berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die von einem als ein Heißfilm-Luftmassensensor ausgebildeten Luftmassensensor (3) gemessene Luftmasse (m₁) mit der bestimmten Luftmasse (m₂) verglichen wird.