DE102018218575B4 - Method for obtaining the oxygen content in the intake manifold of an internal combustion engine with exhaust gas recirculation - Google Patents

Abstract

Verfahren zur Gewinnung des Sauerstoffanteils im Einlasskrümmer (2) eines Verbrennungsmotors (1) im laufenden Betrieb eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem Verbrennungsmotor (1) mit Abgasrückführung durchgeführt wird und dass der Sauerstoffanteil ohne Durchführung einer Lambda-Messung aus Messwerten von Feuchte und Temperatur der Luft in einem Lufteinlass (13) des Verbrennungsmotors (1) sowie aus Messwerten von Feuchte, Temperatur und Druck der Gasmischung im Einlasskrümmer (2) gewonnen wird.Method for obtaining the oxygen content in the inlet manifold (2) of an internal combustion engine (1) during ongoing operation of a motor vehicle, characterized in that the method is carried out in an internal combustion engine (1) with exhaust gas recirculation and that the oxygen content is determined without carrying out a lambda measurement from measured values of Humidity and temperature of the air in an air inlet (13) of the internal combustion engine (1) as well as from measured values of humidity, temperature and pressure of the gas mixture in the inlet manifold (2) is obtained.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung des Sauerstoffanteils im Einlasskrümmer eines Verbrennungsmotors im laufenden Betrieb eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Patentansprüche.The invention relates to a method for obtaining the oxygen content in the intake manifold of an internal combustion engine during ongoing operation of a motor vehicle and to a motor vehicle according to the preambles of the independent patent claims.

Ein derartiges Verfahren ist aus der DE 197 27 597 C1 für einen Verbrennungsmotor ohne Abgasrückführung bekannt. Dabei wird aus Messwerten von Feuchte und Temperatur der Einlassluft ein Korrekturfaktor gewonnen, mittels dessen die Brennstoffmenge an die verfügbare Sauerstoffmenge angepasst wird.Such a procedure is from the DE 197 27 597 C1 known for an internal combustion engine without exhaust gas recirculation. A correction factor is obtained from measured values of humidity and temperature of the inlet air, by means of which the amount of fuel is adjusted to the amount of oxygen available.

Die DE 10 2014 100 954 A1 offenbart ein Motorsteuerverfahren für einen Verbrennungsmotor mit Abgasrückführung, wobei unter anderen aus Messwerten von Feuchte und Temperatur der Luft in einem Lufteinlass sowie aus Messwerten von Feuchte und Temperatur der Gasmischung im Einlasskrümmer die Abgasrückführungsrate geschätzt wird, welche für den Sauerstoffanteil im Einlasskrümmer allerdings nur bedingt charakteristisch ist.The DE 10 2014 100 954 A1 discloses an engine control method for an internal combustion engine with exhaust gas recirculation, the exhaust gas recirculation rate being estimated, among other things, from measured values of humidity and temperature of the air in an air inlet as well as from measured values of humidity and temperature of the gas mixture in the inlet manifold, which, however, is only conditionally characteristic of the oxygen content in the inlet manifold .

Die DE 10 2014 220 039 A1 offenbart, in einem Verbrennungsmotor mit Abgasrückführung einen für den Sauerstoffanteil oder den Anteil der verbrannten Gasmasse im Einlasskrümmer des Verbrennungsmotors charakteristischen Wert im laufenden Betrieb eines Kraftfahrzeugs zu gewinnen. Neben einem Sauerstoffsensor zur Bestimmung des Anteils von verbrannten Gasen in einem Einlasskanal des Verbrennungsmotors ist ein Feuchtesensor zum Schätzen der Umgebungsluftfeuchte positioniert. Ein gelernter Nullpunkt des Sauerstoffsensors wird auf Basis der geschätzten Umgebungsluftfeuchte korrigiert.The DE 10 2014 220 039 A1 discloses obtaining a value characteristic of the oxygen content or the proportion of the burned gas mass in the inlet manifold of the internal combustion engine during ongoing operation of a motor vehicle in an internal combustion engine with exhaust gas recirculation. In addition to an oxygen sensor for determining the proportion of burned gases in an inlet channel of the internal combustion engine, a humidity sensor for estimating the ambient air humidity is positioned. A learned zero point of the oxygen sensor is corrected based on the estimated ambient air humidity.

Die DE 100 17 280 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der einer Brennkraftmaschine zugeführten Sauerstoffmenge aus Messgrößen, bei der die Luftfeuchte nicht explizit berücksichtigt wird.The DE 100 17 280 A1 describes a method for determining the amount of oxygen supplied to an internal combustion engine from measured variables in which air humidity is not explicitly taken into account.

Die DE 11 2005 001 727 B4 beschreibt ein Schätzen der Sauerstoffkonzentration im Einlasskrümmer während des Betriebs eines Magermotors, bei dem der Ausgangswert eines Zustandsbeobachters durch einen adaptiven Störungsschätzer korrigiert wird.The DE 11 2005 001 727 B4 describes estimating the oxygen concentration in the intake manifold during operation of a lean-burn engine in which the output value of a condition observer is corrected by an adaptive perturbation estimator.

Zur Verringerung bzw. Begrenzung der Stickoxid-Emissionen von Verbrennungsmotoren verwendet man Abgasrückführung, wobei ein Teil der Abgase zum Einlasskrümmer zurückgeführt wird.To reduce or limit nitrogen oxide emissions from internal combustion engines, exhaust gas recirculation is used, with part of the exhaust gases being returned to the intake manifold.

Zur weiteren Emissionsverminderung ist es bekannt, einen sog. Fman-Sensor im Einlasskrümmer vorzusehen, der einen Sensorwert liefert, der für den Sauerstoffanteil im Einlasskrümmer bzw. umgekehrt für den Anteil der verbrannten Gasmasse im Einlasskrümmer charakteristisch ist und der ein wesentlicher Parameter zum Schätzen des aktuellen Stickoxid-Ausstoßes eines Verbrennungsmotors ist.To further reduce emissions, it is known to provide a so-called Fman sensor in the inlet manifold, which provides a sensor value that is characteristic of the oxygen content in the inlet manifold or, conversely, for the proportion of the burned gas mass in the inlet manifold and which is an essential parameter for estimating the current Nitrogen oxide emissions from an internal combustion engine.

Informationen über den Stickoxid-Ausstoß werden zur Steuerung der Abgasnachbehandlung benötigt, können aber auch Eingangsparameter für die Motorsteuerung sein. So können auf Basis des vom Fman-Sensor gelieferten Fman-Wertes die einzuspritzende Kraftstoffmenge sowie Einspritz- bzw. Zündzeitpunkte festgelegt werden, um die Verbrennungsvorgänge in den Zylindern hinsichtlich des Schadstoffausstoßes zu optimieren.Information about nitrogen oxide emissions is required to control exhaust gas aftertreatment, but can also be input parameters for engine control. Based on the Fman value supplied by the Fman sensor, the amount of fuel to be injected as well as the injection or ignition times can be determined in order to optimize the combustion processes in the cylinders with regard to pollutant emissions.

Ein Fman-Sensor ist ein Sauerstoffsensor mit einer Nernstzelle und einer Pumpzelle, die jeweils ein Zirkonium-Elektrolyt enthalten, das bei höheren Temperaturen Sauerstoff-Ionen transportieren kann, wodurch eine Spannung an den außen liegenden Elektroden der Nernstzelle entsteht. Da diese Spannung sprungförmig ist, kann zur Erweiterung des Messbereichs ein Pumpstrom durch die Pumpzelle geleitet werden, der Sauerstoff-Ionen in den Messspalt zwischen der Nernstzelle und der Pumpzelle hinein oder daraus herauspumpt. Ein derartiger Sensor und seine Steuerung sind somit relativ aufwändig.An Fman sensor is an oxygen sensor with a Nernst cell and a pump cell, each containing a zirconium electrolyte that can transport oxygen ions at higher temperatures, creating a voltage on the external electrodes of the Nernst cell. Since this voltage is abrupt, a pump current can be passed through the pump cell to expand the measuring range, which pumps oxygen ions into or out of the measuring gap between the Nernst cell and the pump cell. Such a sensor and its control are therefore relatively complex.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zur Gewinnung des Sauerstoffanteils im Einlasskrümmer eines Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs anzugeben, das auch im Falle von Abgasrückführung mit besonders wenig Aufwand durchführbar ist und gleichwohl geeignet ist, den Sauerstoffanteil und damit auch einen für den Anteil der verbrannten Gasmasse im Einlasskrümmer charakteristischen Wert mit ausreichender Genauigkeit zu gewinnen.The invention is based on the object of specifying a method for obtaining the oxygen content in the intake manifold of an internal combustion engine of a motor vehicle, which can be carried out with particularly little effort even in the case of exhaust gas recirculation and is nevertheless suitable for the oxygen content and thus also for the proportion of the burned To obtain gas mass in the inlet manifold characteristic value with sufficient accuracy.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch ein Verfahren und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.This object is achieved according to the invention by a method and a motor vehicle with the features of the independent patent claims.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.Advantageous developments of the invention are specified in the dependent claims.

Gemäß der Erfindung wird das Verfahren in einem Verbrennungsmotor mit Abgasrückführung durchgeführt und wird der Sauerstoffanteil, ohne dass eine Lambda-Messung nötig ist, aus Messwerten von Feuchte und Temperatur der Luft in einem Lufteinlass des Verbrennungsmotors sowie aus Messwerten von Feuchte, Temperatur und Druck der Gasmischung im Einlasskrümmer gewonnen.According to the invention, the method is carried out in an internal combustion engine with exhaust gas recirculation and the oxygen content is determined, without the need for a lambda measurement, from measured values of humidity and temperature of the air in an air inlet of the internal combustion engine as well as from measured values of humidity, temperature and pressure of the gas mixture won in the inlet manifold.

Im Sinne der vorgenannten Aufgabe wird der Sauerstoffanteil im Einlasskrümmer besonders vorteilhaft auf Basis der folgenden Gleichung ermittelt: $$O2=O{2}_{fresh\_air}-\frac{B\cdot \frac{RH\cdot Pws\left(T\right)\cdot 100\%}{P_{tot}-RH\cdot Pws\left(T\right)\cdot 100\%}}{1+\frac{B\cdot RH\cdot Pws\left(T\right)\cdot 100\%}{P_{tot}-RH\cdot Pws\left(T\right)\cdot 100\%}}\cdot 0.5\cdot \frac{M{w}_{O2}}{M{w}_{H2O}}$$

worin

O2 =

Massenanteil des Sauerstoffs im Einlassgas

O2fresh_air =

Massenanteil des Sauerstoffs in der Frischluft

B =

Mw(H2O) / Mw(gas) · 1000 [g/kg]

Mw(H2O) =

Molekülmasse von Wasser

Mw(gas) =

Molekülmasse des Einlassgases

Mw(O2) =

Molekülmasse von Sauerstoff

RH =

gemessene relative Feuchte im Einlassgas

Pws(T) =

Sättigungsdampfdruck für die gemessene Temperatur T

Ptot =

gemessener Druck der Gasmischung

In the spirit of the aforementioned task, the oxygen content in the intake manifold is particularly advantageously determined on the basis of the following equation: $$O2=O{2}_{fresH\_air}-\frac{b\cdot \frac{RH\cdot Pws\left(T\right)\cdot 100\%}{P_{tOt}-RH\cdot Pws\left(T\right)\cdot 100\%}}{1+\frac{b\cdot RH\cdot Pws\left(T\right)\cdot 100\%}{P_{tOt}-RH\cdot Pws\left(T\right)\cdot 100\%}}\cdot 0.5\cdot \frac{M{w}_{O2}}{M{w}_{H2O}}$$

wherein

O2 =

Mass fraction of oxygen in the inlet gas

O2fresh_air =

Mass fraction of oxygen in fresh air

B =

Mw(H2O) / Mw(gas) · 1000 [g/kg]

Mw(H2O) =

Molecular mass of water

Mw(gas) =

Molecular mass of the inlet gas

Mw(O2) =

Molecular mass of oxygen

RH =

measured relative humidity in the inlet gas

Pws(T) =

Saturation vapor pressure for the measured temperature T

Ptot =

measured pressure of the gas mixture

Die darin genannten Größen basieren außer auf Konstanten auf keinen weiteren Messwerten als in Patentanspruch 1 angegeben, wenn man den Massenanteil des Sauerstoffs in der Frischluft als konstant voraussetzt, was in der Regel genau genug sein wird. Alternativ könnte man erwägen, den natürlichen Wasseranteil in der Frischluft auf Basis der gemessenen Temperatur und Feuchte der Einlassluft und ggf. auch des gemessenen oder aus Online-Wetterdaten erhaltenen Luftdrucks mit zu berücksichtigen.Apart from constants, the variables mentioned therein are not based on any other measured values than those stated in claim 1, if one assumes the mass fraction of oxygen in the fresh air to be constant, which will usually be accurate enough. Alternatively, one could consider taking into account the natural water content in the fresh air based on the measured temperature and humidity of the inlet air and possibly also the air pressure measured or obtained from online weather data.

Die Molekülmasse des Einlassgases hängt zwar von dessen Zusammensetzung ab, und damit auch vom Anteil der verbrannten Gasmasse im Einlasskrümmer, für den der Massenanteil des Sauerstoffs im Einlasskrümmer charakteristisch ist. Jedoch besteht die Möglichkeit, diese Größe zu Gunsten einer besonders einfachen Berechenbarkeit des Sauerstoffanteils im Einlasskrümmer mit noch ausreichender Genauigkeit als eine - z. B. auf Basis der Abgasrückführungsrate geschätzte - Konstante anzusetzen.The molecular mass of the inlet gas depends on its composition and therefore also on the proportion of the burned gas mass in the inlet manifold, for which the mass proportion of oxygen in the inlet manifold is characteristic. However, it is possible to use this size as one - e.g. B. to set a constant estimated based on the exhaust gas recirculation rate.

Genauer ist es natürlich, die Molekülmasse des Einlassgases in bekannter Weise in Abhängigkeit vom Massenanteil des Sauerstoffs im Einlasskrümmer auszudrücken, in welchem Falle die obige Gleichung iterativ zu lösen wäre, also z. B. den letzten verbrannten Anteil für die Berechnung von 8 einzusetzen und dann die Gleichung mehrfach durchlaufen lassen, bis sie konvergiert. Dies könnte entweder in Echtzeit im Fahrzeug durchgeführt werden, oder man erstellt anhand der obigen Gleichung eine Nachschlagtabelle, welche in der Fahrzeugelektronik gespeichert wird und aus der man später den Sauerstoffanteil im Einlasskrümmer ausliest.It is of course more precise to express the molecular mass of the inlet gas in a known manner as a function of the mass fraction of oxygen in the inlet manifold, in which case the above equation would have to be solved iteratively, i.e. e.g. B. use the last burned portion to calculate 8 and then run the equation several times until it converges. This could either be done in real time in the vehicle, or you could use the above equation to create a lookup table that is stored in the vehicle electronics and from which you can later read the oxygen content in the intake manifold.

Ein Wert für den Druck der Gasmischung liegt bei modernen Verbrennungsmotoren mit Turbolader in Form des Ladedrucks vor, der zum Regeln des Turboladers ohnehin benötigt wird.In modern combustion engines with turbochargers, a value for the pressure of the gas mixture is available in the form of the boost pressure, which is required anyway to regulate the turbocharger.

Die aktuelle Feuchte der Gasmischung im Einlasskrümmer kann mittels eines Feuchtesensors oder zweier getrennt angeordneter Feuchtesensoren gemessen werden kann. Für die Durchführung des Verfahrens geeignete Feuchtesensoren sind in Kraftfahrzeugen häufig ohnehin vorhanden, wie z. B. aus der US 7 363 911 B2 bekannt, allerdings zu anderen Zwecken. Solche Sensoren können für die Erfindung mitbenutzt werden, so dass sich die Erfindung insbesondere auch dafür eignet, Kraftfahrzeuge, die noch keinen Fman-Sensor besitzen, allein mittels Software-Updates so nachzurüsten, dass der aktuelle Stickoxid-Ausstoß auf Basis des Fman-Wertes geschätzt und durch entsprechende Steuerung von Abgasnachbehandlungseinrichtungen vermindert werden kann.The current humidity of the gas mixture in the inlet manifold can be measured using a humidity sensor or two separately arranged humidity sensors. Moisture sensors suitable for carrying out the method are often present in motor vehicles anyway, such as: B. from the US 7,363,911 B2 known, but for different purposes. Such sensors can be used for the invention, so that the invention is particularly suitable for motor vehicles that do not yet have one Fman sensor can be retrofitted using software updates alone so that the current nitrogen oxide emissions can be estimated based on the Fman value and reduced by appropriate control of exhaust gas aftertreatment devices.

In einer Ausführungsform der Erfindung enthält der Verbrennungsmotor einen Turbolader mit einem Kompressor und einer Turbine, wobei eine Hochdruck-Abgasrückführungsleitung stromabwärts des Kompressors in einen Gaseinlasskanal mündet, der seinerseits in den Einlasskrümmer mündet, wobei ein erster Feuchtesensor stromabwärts der Einmündung der Hochdruck-Abgasrückführungsleitung in den Gaseinlasskanal angeordnet ist. Alternativ oder zusätzlich kann eine Niederdruck-Abgasrückführungsleitung stromaufwärts des Kompressors in einen Frischluft-Einlasskanal münden, wobei ein zweiter Feuchtesensor stromabwärts des Kompressors angeordnet ist.In one embodiment of the invention, the internal combustion engine contains a turbocharger with a compressor and a turbine, with a high-pressure exhaust gas recirculation line opening downstream of the compressor into a gas inlet channel, which in turn opens into the intake manifold, with a first moisture sensor downstream of the opening of the high-pressure exhaust gas recirculation line into the Gas inlet channel is arranged. Alternatively or additionally, a low-pressure exhaust gas recirculation line can open into a fresh air inlet channel upstream of the compressor, with a second humidity sensor being arranged downstream of the compressor.

Es folgt eine Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Darin zeigen:

• 1 eine Prinzipskizze eines Verbrennungsmotors mit Niederdruck- und Hochdruck-Abgasrückführung; und
• 2 eine Prinzipskizze zur Erläuterung der Berechnung des Sauerstoffs im Einlass.

The following is a description of exemplary embodiments based on the drawings. Show in it:

• 1 a schematic sketch of an internal combustion engine with low-pressure and high-pressure exhaust gas recirculation; and
• 2 a schematic diagram to explain the calculation of the oxygen in the inlet.

1 veranschaulicht einen Verbrennungsmotor 1 mit einem Einlasskrümmer 2, einem Turbolader, der einen Kompressor 3 und eine Turbine 4 umfasst, einem Zwischenkühler 5 zwischen dem Kompressor 3 und dem Einlasskrümmer 2, und einem Abgaskatalysator 6 oder eine andere Abgasnachbehandlungseinrichtung stromabwärts der Turbine 4. 1 illustrates an internal combustion engine 1 with an intake manifold 2, a turbocharger comprising a compressor 3 and a turbine 4, an intercooler 5 between the compressor 3 and the intake manifold 2, and an exhaust gas catalytic converter 6 or another exhaust gas aftertreatment device downstream of the turbine 4.

Eine Hochdruck-Abgasrückführungsleitung 7 zweigt stromabwärts eines Abgaskrümmers des Verbrennungsmotors 1 und stromaufwärts der Turbine 4 ab und führt stromabwärts des Zwischenkühlers 5 und stromaufwärts des Einlasskrümmers 2 in einen Gaseinlasskanal 12 zurück, und eine Niederdruck-Abgasrückführungsleitung 8 zweigt stromabwärts des Katalysators 6 von einem Abgasauslassrohr 11 ab und führt stromaufwärts des Kompressors 3 in einen Frischluft-Einlasskanal 13 zurück.A high-pressure exhaust gas recirculation line 7 branches off downstream of an exhaust manifold of the internal combustion engine 1 and upstream of the turbine 4 and returns to a gas inlet channel 12 downstream of the intercooler 5 and upstream of the intake manifold 2, and a low-pressure exhaust gas recirculation line 8 branches off from an exhaust gas outlet pipe 11 downstream of the catalytic converter 6 and leads back upstream of the compressor 3 into a fresh air inlet channel 13.

Stromabwärts der Einmündung der Hochdruck-Abgasrückführungsleitung 7 in den Gaseinlasskanal 12 und stromaufwärts des Einlasskrümmers 2 ragt ein erster Feuchtesensor 9 in den Gaseinlasskanal 12 hinein. Alternativ könnte der erste Feuchtesensor 9 auch in den Einlasskrümmer 2 selbst hineinragen.Downstream of the junction of the high-pressure exhaust gas recirculation line 7 into the gas inlet channel 12 and upstream of the inlet manifold 2, a first moisture sensor 9 projects into the gas inlet channel 12. Alternatively, the first moisture sensor 9 could also protrude into the inlet manifold 2 itself.

Stromabwärts des Kompressors 3 und stromaufwärts des Zwischenkühlers 5 ragt ein zweiter Feuchtesensor 10 in den Einlasskanal hinein.A second humidity sensor 10 projects into the inlet channel downstream of the compressor 3 and upstream of the intercooler 5.

Im Frischluft-Einlasskanal 13 oder davor befindet sich noch ein weiterer Feuchtesensor zur Messung der relativen Feuchte in der Umgebungsluft.In the fresh air inlet channel 13 or in front of it there is another humidity sensor for measuring the relative humidity in the ambient air.

Am Ort eines jeden Feuchtesensors befindet sich außerdem jeweils ein Gastemperatursensor, der auch in den jeweiligen Feuchtesensor integriert sein kann.At the location of each humidity sensor there is also a gas temperature sensor, which can also be integrated into the respective humidity sensor.

Die Feuchtesensoren 9 und 10 dienen zur Abschätzung des Anteils der verbrannten Gasmasse im Einlasskrümmer 2, wie weiter unten beschrieben wird.The humidity sensors 9 and 10 are used to estimate the proportion of the burned gas mass in the inlet manifold 2, as will be described below.

Der erste Feuchtesensor 9 ist für Hochdruck-Abgasrückführung (HP-EGR) vorgesehen und misst die Feuchtigkeit des Einlassgases, das sich mit über die Hochdruck-Abgasrückführungsleitung 7 rückgeführtem Abgas vermischt hat.The first humidity sensor 9 is intended for high pressure exhaust gas recirculation (HP-EGR) and measures the moisture of the inlet gas that has mixed with exhaust gas recirculated via the high pressure exhaust gas recirculation line 7.

Der zweite Feuchtesensor 10 ist für Niederdruck-Abgasrückführung (LP-EGR) vorgesehen. Da sich das Einlassgas im Zwischenkühler 5 abkühlt, kann darin Kondensation auftreten, und die relative Feuchte der Einlassgasmischung erreicht mit 100 % die Sättigung, woraus der Anteil der verbrannten Gasmasse nicht gewonnen werden kann. Zum Schutz des Kompressors 3 ist jedoch auslegungsgemäß dafür gesorgt, dass im Kompressor 3 normalerweise keine Kondensation auftritt, weshalb unmittelbar stromabwärts davon ein geeigneter Ort für den zweiten Feuchtesensor 10 ist.The second humidity sensor 10 is intended for low-pressure exhaust gas recirculation (LP-EGR). As the inlet gas cools in the intercooler 5, condensation can occur therein and the relative humidity of the inlet gas mixture reaches saturation at 100%, from which the portion of the burned gas mass cannot be recovered. To protect the compressor 3, however, the design ensures that no condensation normally occurs in the compressor 3, which is why there is a suitable location for the second humidity sensor 10 immediately downstream of it.

Das nachfolgend beschriebene Verfahren kann bei Verbrennungsmotoren mit Niederdruck- und Hochdruck-Abgasrückführung, wie in 1 gezeigt, aber auch bei Verbrennungsmotoren nur mit Niederdruck-Abgasrückführung oder nur mit Hochdruck-Abgasrückführung durchgeführt werden, wobei jeweils nur ein Feuchtesensor 9 oder 10 erforderlich ist.The method described below can be used in internal combustion engines with low-pressure and high-pressure exhaust gas recirculation, as in 1 shown, but can also be carried out in internal combustion engines only with low-pressure exhaust gas recirculation or only with high-pressure exhaust gas recirculation, with only one moisture sensor 9 or 10 being required in each case.

Das Vorsehen beider Feuchtesensoren 9, 10 ist insbesondere bei einem gemischten Betrieb zwischen Niederdruck- und Hochdruckabgasrückführung zweckmäßig, da damit die Einflüsse beider Abgasrückführungswege unabhängig voneinander abgeschätzt werden können.The provision of both humidity sensors 9, 10 is particularly useful in mixed operation between low-pressure and high-pressure exhaust gas recirculation, since the influences of both exhaust gas recirculation paths can be estimated independently of one another.

Zur Erläuterung der Abschätzung des Anteils der verbrannten Gasmasse im Einlasskrümmer 2 wird zunächst der Fall von Niederdruck-Abgasrückführung mit Feuchtemessung mittels des Feuchtesensor 10 stromabwärts des Kompressors 3 (und stromaufwärts des Zwischenkühlers 5, falls vorhanden) betrachtet.To explain the estimation of the proportion of the burned gas mass in the inlet manifold 2, the case of low-pressure exhaust gas recirculation with moisture measurement using the moisture sensor 10 downstream of the compressor 3 (and upstream of the intercooler 5, if present) is first considered.

Zum leichteren Verständnis der Berechnungen wird außerdem zunächst angenommen, dass keine Umgebungsluftfeuchtigkeit vorhanden sei. In diesem Fall beruhen Feuchtemesswerte größer als null nur auf dem Wassergehalt im rückgeführten Abgas.

1. i. Die mittels des Feuchtesensors 10 gemessene relative Feuchte RH entspricht der absoluten Feuchte geteilt durch die Sättigungsfeuchte, welche ihrerseits auf eine eindeutige und bekannte Weise mit der Temperatur und dem Partialdruck Pw des Wasserdampfes verknüpft sind. Daher lässt sich der Wasserdampf-Partialdruck Pw aus der relativen Feuchte RH und der Temperatur T des Einlassgases stromabwärts des Kompressors 3 berechnen, also als eine Funktion f (RH, T) = (RH · Pws(T) / 100%), worin Pws(T) der Sättigungsdampfdruck ist.
2. ii. Aus dem Wasserdampf-Partialdruck Pw und dem Verhältnis der Molekülmasse des Wasserdampfes (Mw_H2O) zur Molekülmasse des Gases (Mw_gas) kann wie folgt eine Größe X bestimmt werden: $$\text{X}=\text{B}\cdot \text{Pw}/\left(\text{Ptot}\right)\to \text{X}$$
   
   worin:
   • Pw: Wasserdampf-Partialdruck
   • Ptot: Gesamtdruck = Ladedruck
   • mit B = Mw_H2O / Mw_gas · 1000 [g/kg]
3. iii. Das Massenverhältnis des Wassers im Einlass ist somit:
   • (Masse des Wasserdampfes geteilt durch die Gasmasse) = X
4. iv. Der Anteil der verbrannten Gasmasse im Einlass ist definiert als: $$\begin{array}{c}\text{Fman}=1-\left(\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}2/\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}{2}_{\text{fresh}\_\text{air}}\right)\\ =\left(\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}{2}_{\text{fresh}\_\text{air}}-\text{O}2\right)/\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}{2}_{\text{fresh}\_\text{air}}\end{array}$$
   
   Darin können die Werte O2 (Massenanteil des Sauerstoffs im Einlassgas) und O2_{fresh_air} (Massenanteil des Sauerstoffs in der Frischluft) entweder Volumen- oder Massenkonzentrationswerte sein. Nachfolgend eine Erläuterung der eigentlichen Berechnung des Anteils der verbrannten Gasmasse im Einlasskrümmer:
5. v. Für die Abschätzung wird vorausgesetzt, dass die bekannte Gleichung für ideale Verbrennung auf die Verbrennung von Kohlenwasserstoffen im Verbrennungsmotor anwendbar ist: $$\text{CxHy}+\left(\text{x}+\text{y}/4\right)\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}2\to \text{x <figure-callout id="2" label="CO" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">CO</figure-callout>}2+\text{y}/2\text{ H}2\text{O}$$
   
   • → Die Detektion von 1 Molekül H2O steht für das Verschwinden von 0.5 Molekül O2
   • → Die Detektion von 1 Gramm H2O steht für das Verschwinden von 0.5 × (Molekülmasse von O2 / Molekülmasse von H2O) Gramm O2
6. vi. Nimmt man die vorstehenden Punkte (iv) und (v) zusammen, so ist das Massenverhältnis des verbrannten Sauerstoffs im Einlass (Mw = Molekülmasse): $$\text{X}/\left(1+\text{X}\right)\cdot 0.5\cdot \text{<figure-callout id="2" label="MwO" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">MwO</figure-callout>}2/\text{MwH}2\text{O }\left[\text{g}\right]$$
   
   oder $$\begin{array}{c}\text{Fman}=\left(\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}{2}_{\text{fresh}\_\text{air}}-\text{O}2\right){/}_{\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}2\text{fresh}\_\text{air}}\\ =\left(\text{x}/\left(1-\text{X}\right)\cdot 0.5\cdot {\text{<figure-callout id="2" label="Mw O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">Mw</figure-callout>}}_{\text{O}}/{\text{Mw}}_{\text{H}2\text{O}}\right)/\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}{2}_{\text{fresh}-\text{air}}\end{array}$$
   
   mit
   • O2_{fresh_air} [g]: Massenanteil des Sauerstoffs in der Frischluft
   • O2 [g]: Massenanteil des Sauerstoffs im Einlassgas
   • Somit ergibt sich der benötigte Fman-Wert ohne Verwendung eines Fman-Sensors aus der Kenntnis der Feuchte und Temperatur im Einlasskrümmer, wobei die Feuchte bei der hier betrachteten Niederdruck-Abgasrückführung stromabwärts des Kompressors gemessen wird.
   • Die vorangegangenen Berechnungen basierten auf der Annahme, dass keine Umgebungsluftfeuchtigkeit vorhanden ist. In der Realität ist aber stets mehr oder weniger Feuchtigkeit in der Einlassluft vorhanden. Da dieser Wasserdampf nicht aus der Verbrennung resultiert, trägt er auf eine andere Weise zur Berechnung des Sauerstoffs im Einlass bei.
   • Wenn ein Sensor für die relative Feuchte im Lufteinlass vorhanden ist, kann das Einlassluft-Mischungsverhältnis X_airfresh wie oben in Punkt (ii) berechnet werden, falls auch die Temperatur im Lufteinlass bekannt ist. Dieses Mischungsverhältnis X_airfresh kann nun auf die Mischung von Frischluft und rückgeführtem Abgas angewendet werden, wie in 2 veranschaulicht, da auch der rückgeführte Abgasstrom EGR logischerweise den Anteil der Umgebungsfeuchte enthält.
   • Insbesondere ist in 2: $${\text{X}}_{\text{air}\_\text{intake}}=\text{Wasser aus Lufteinlass}/\left(\text{Luft}+\text{Wasser aus Lufteinlass}\right).$$
     
7. vii. Jetzt wird $$\begin{array}{c}\text{Fman}=\left(\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}{2}_{\text{fresh}\_\text{air}}-\text{O}2\right)/\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}{2}_{\text{fresh}\_\text{air}}\\ =\left(\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}{2}_{\text{fresh}\_\text{air}}-\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}{2}_{\text{fresh}\_\text{air}\_\text{without}\_\text{humidity}}\right)\cdot \left(1-{\text{X}}_{\text{air}\_\text{intake}}\right))\\ +\left({\text{X}}_{\text{comb}}\cdot 0.5{\text{<figure-callout id="2" label="Mw O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">Mw</figure-callout>}}_{\text{O}}/{\text{Mw}}_{\text{H}2\text{O}}\right))/\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}{2}_{\text{fresh}\_\text{air}}\end{array}$$
   
   mit
   • O2_{fresh_air_without_humidity} = Massenanteil des Sauerstoffs in der Frischluft ohne Feuchte (ein bekannter fester Wert)
   • X_{air_intake} kann wie oben in Punkt (ii) am Ort des Lufteinlasses berechnet werden (auf Basis der Temperatur am Ort des Lufteinlasses).
   • X_dsComp ist das entsprechende Mischungsverhältnis stromabwärts des Kompressors 3 und kann ähnlich berechnet werden.

To make the calculations easier to understand, it is initially assumed that there is no ambient humidity. In this case, moisture readings greater than zero are based only on the water content in the recirculated exhaust gas.

1. i. The relative humidity RH measured by the humidity sensor 10 corresponds to the absolute humidity divided by the saturation humidity, which in turn is linked in a clear and known manner to the temperature and the partial pressure Pw of the water vapor. Therefore, the water vapor partial pressure Pw can be calculated from the relative humidity RH and the temperature T of the inlet gas downstream of the compressor 3, i.e. as a function f (RH, T) = (RH · Pws (T) / 100%), where Pws (T) is the saturation vapor pressure.
2. ii. From the water vapor partial pressure Pw and the ratio of the molecular mass of the water vapor (Mw _H2O ) to the molecular mass of the gas (Mw _gas ), a quantity $$\text{X}=\text{b}\cdot \text{Pw}/\left(\text{Ptot}\right)\to \text{X}$$
   
   wherein:
   • Pw: water vapor partial pressure
   • Ptot: Total pressure = boost pressure
   • with B = Mw _H2O / Mw _gas · 1000 [g/kg]
3. iii. The mass ratio of the water in the inlet is therefore:
   • (mass of water vapor divided by gas mass) = X
4. iv. The fraction of burned gas mass in the inlet is defined as: $$\begin{array}{c}\text{Fman}=1-\left(\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}2/\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}{2}_{\text{fresh}\_\text{air}}\right)\\ =\left(\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}{2}_{\text{fresh}\_\text{air}}-\text{O}2\right)/\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}{2}_{\text{fresh}\_\text{air}}\end{array}$$
   
   Therein, the values O2 (mass fraction of oxygen in the inlet gas) and O2 _{fresh_air} (mass fraction of oxygen in the fresh air) can be either volume or mass concentration values. Below is an explanation of the actual calculation of the proportion of burned gas mass in the intake manifold:
5. v. For the estimation it is assumed that the well-known equation for ideal combustion is applicable to the combustion of hydrocarbons in the internal combustion engine: $$\text{CxHy}+\left(\text{x}+\text{y}/4\right)\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}2\to \text{x <figure-callout id="2" label="CO" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">CO</figure-callout>}2+\text{y}/2\text{H}2\text{O}$$
   
   • → The detection of 1 molecule of H2O means the disappearance of 0.5 molecule of O2
   • → The detection of 1 gram of H2O represents the disappearance of 0.5 × (molecular mass of O2 / molecular mass of H2O) grams of O2
6. vi. Taking points (iv) and (v) above together, the mass ratio of oxygen burned in the inlet (Mw = molecular mass) is: $$\text{X}/\left(1+\text{X}\right)\cdot 0.5\cdot \text{<figure-callout id="2" label="MwO" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">MwO</figure-callout>}2/\text{MwH}2\text{O}\left[\text{G}\right]$$
   
   or $$\begin{array}{c}\text{Fman}=\left(\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}{2}_{\text{fresh}\_\text{air}}-\text{O}2\right){/}_{\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}2\text{fresh}\_\text{air}}\\ =\left(\text{x}/\left(1-\text{X}\right)\cdot 0.5\cdot {\text{<figure-callout id="2" label="Mw O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">Mw</figure-callout>}}_{\text{O}}/{\text{Mw}}_{\text{H}2\text{O}}\right)/\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}{2}_{\text{fresh}-\text{air}}\end{array}$$
   
   with
   • O2 _{fresh_air} [g]: Mass fraction of oxygen in fresh air
   • O2 [g]: Mass fraction of oxygen in the inlet gas
   • Thus, the required Fman value results from knowledge of the humidity and temperature in the inlet manifold without using an Fman sensor, with the humidity being measured downstream of the compressor in the low-pressure exhaust gas recirculation system considered here.
   • The previous calculations were based on the assumption that there is no ambient humidity. In reality, however, there is always more or less moisture in the inlet air. Since this water vapor does not result from combustion, it contributes to the inlet oxygen calculation in a different way.
   • If there is a relative humidity sensor in the air inlet, the inlet air mixing ratio X _airfresh can be calculated as in point (ii) above if the air inlet temperature is also known. This mixing ratio X _airfresh can now be applied to the mixture of fresh air and recirculated exhaust gas, as in 2 illustrated, since the recirculated exhaust gas flow EGR logically also contains the proportion of ambient humidity.
   • In particular is in 2 : $${\text{X}}_{\text{air}\_\text{intake}}=\text{Water from air intake}/\left(\text{Air}+\text{Water from air intake}\right).$$
     
7. vii. Now will $$\begin{array}{c}\text{Fman}=\left(\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}{2}_{\text{fresh}\_\text{air}}-\text{O}2\right)/\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}{2}_{\text{fresh}\_\text{air}}\\ =\left(\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}{2}_{\text{fresh}\_\text{air}}-\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}{2}_{\text{fresh}\_\text{air}\_\text{without}\_\text{humidity}}\right)\cdot \left(1-{\text{X}}_{\text{air}\_\text{intake}}\right))\\ +\left({\text{X}}_{\text{comb}}\cdot 0.5{\text{<figure-callout id="2" label="Mw O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">Mw</figure-callout>}}_{\text{O}}/{\text{Mw}}_{\text{H}2\text{O}}\right))/\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}{2}_{\text{fresh}\_\text{air}}\end{array}$$
   
   with
   • O2 _{fresh_air_without_humidity} = mass fraction of oxygen in fresh air without moisture (a known fixed value)
   • X _{air_intake} can be calculated as in point (ii) above at the air inlet location (based on the temperature at the air inlet location).
   • X _dsComp is the corresponding mixing ratio downstream of compressor 3 and can be calculated similarly.

Man beachte, dass das Verhältnis X_{air_intake} = (Masse des Wasserdampfes geteilt durch Masse des Gases) mit dem gleichen Verhältnis auf die Mischung Luft + rückgeführtes Abgas EGR angewendet werden kann, um den Umstand auszudrücken, dass das Vorhandensein von Luftfeuchte die Sauerstoffkonzentration auf die gleiche Weise für die ganze Mischung herabsetzt (bevor irgendeine Verbrennung berücksichtigt wird).Note that the _ratio way for the whole mixture (before any combustion is taken into account).

Eine kleine Differenz entsteht durch den letztlich in die Brennkammer eingebrachten Kraftstoff. Diese kann ggf. durch Einführung eines Faktors (fac_{cor_fuel}) korrigiert werden.A small difference arises from the fuel ultimately introduced into the combustion chamber. If necessary, this can be corrected by introducing a factor (fac _{cor_fuel} ).

Aus diesem Grunde kann die Größe X_comb wie folgt auf Basis der Feuchtemessung mittels des Feuchtesensors 10 unmittelbar stromabwärts des Kompressors 3 berechnet werden: $${\text{Xc}}_{\text{omb}}={\text{X}}_{\text{dsComp}}-{\text{X}}_{\text{air}\_\text{intake}}\cdot {\text{fac}}_{\text{cor}\_\text{fuel}}$$

For this reason, the size X _comb can be calculated as follows based on the humidity measurement using the humidity sensor 10 immediately downstream of the compressor 3: $${\text{Xc}}_{\text{omb}}={\text{X}}_{\text{dsComp}}-{\text{X}}_{\text{air}\_\text{intake}}\cdot {\text{fac}}_{\text{cor}\_\text{fuel}}$$

Die Verminderung der Messung von Sauerstoff hat somit zwei Gründe:

1. 1. Verminderung aufgrund von Feuchte in der Frischluft: $$\left(\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}{2}_{\text{fresh}\_\text{air}}-\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}{2}_{\_\text{fresh}\_\text{air}}/\left(1+{\text{X}}_{\text{air}\_\text{intake}}\right)\right)$$
   
2. 2. Verminderung aufgrund der Verbrennung von Sauerstoff, welche nun wird: $$\left({\text{X}}_{\text{dsComp}}-{\text{X}}_{\text{air}\_\text{intake}}\cdot {\text{fac}}_{\text{cor}\_\text{fuel}}\right)\cdot 0.5\cdot {\text{<figure-callout id="2" label="Mw O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">Mw</figure-callout>}}_{\text{O}}/{\text{Mw}}_{\text{H}2\text{O}})/\text{<figure-callout id="2" label="O" filenames="DE102018218575B4\_0013.png" state="{{state}}">O</figure-callout>}{2}_{\text{fresh}\_\text{air}}$$
   
   wobei die Größen X_{air_intake} und X_dsComp aus den Messwerten der zwei Feuchtesensoren 9 und 10 sowie den an den jeweiligen Orten der Feuchtesensoren 9 und 10 gewonnenen Temperaturmesswerten berechenbar sind.

The reduction in the measurement of oxygen therefore has two reasons:

1. 1. Reduction due to moisture in the fresh air: $$\left(\text{O}{2}_{\text{fresh}\_\text{air}}-\text{O}{2}_{\_\text{fresh}\_\text{air}}/\left(1+{\text{X}}_{\text{air}\_\text{intake}}\right)\right)$$
   
2. 2. Reduction due to the combustion of oxygen, which now becomes: $$\left({\text{X}}_{\text{dsComp}}-{\text{X}}_{\text{air}\_\text{intake}}\cdot {\text{fac}}_{\text{cor}\_\text{fuel}}\right)\cdot 0.5\cdot {\text{Mw}}_{\text{O}2}/{\text{Mw}}_{\text{H}2\text{O}})/\text{O}{2}_{\text{fresh}\_\text{air}}$$
   
   whereby the _variables X _{air_intake} and

Somit wurde gezeigt, dass und auf welche Weise für Niederdruck-Abgasrückführung auch unter Realbedingungen mit einer Umgebungsluftfeuchte > 0 ein Fman-Wert für den Sauerstoffanteil bzw. den entsprechenden Anteil der verbrannten Gasmasse im Einlasskrümmer ohne Verwendung einer Lambda-Messung wie z. B. mittels eines Fman-Sensors aus der Kenntnis der Feuchte im Lufteinlass und im Einlasskrümmer und der Temperaturen darin erhältlich ist.It was thus shown that and in what way for low-pressure exhaust gas recirculation, even under real conditions with an ambient air humidity > 0, an Fman value for the oxygen content or the corresponding proportion of the burned gas mass in the inlet manifold without using a lambda measurement such as. B. by means of an Fman sensor from knowledge of the humidity in the air inlet and in the inlet manifold and the temperatures therein.

Für Hochdruck-Abgasrückführung erfolgt die Berechnung des Fman-Wertes analog zu Obigen, jedoch auf Basis einer Messung der Feuchte im Einlasskrümmer 2 mittels des Feuchtesensors 9 anstelle des Feuchtesensors 10.For high-pressure exhaust gas recirculation, the Fman value is calculated analogously to the above, but based on a measurement of the moisture in the inlet manifold 2 using the moisture sensor 9 instead of the moisture sensor 10.

Bei einem Verbrennungsmotor mit Hochdruck- und Niederdruck-Abgasrückführung können beide Betriebsarten gleichzeitig oder separat verwendet werden, wobei die Feuchtesensoren 10 und 9 gleichzeitig oder abwechselnd messen gelassen werden können, um jeweils den Fman-Wert zu berechnen.In an internal combustion engine with high-pressure and low-pressure exhaust gas recirculation, both operating modes can be used simultaneously or separately, with the humidity sensors 10 and 9 being able to measure simultaneously or alternately in order to calculate the Fman value.

Wie gezeigt, ist keine Lambda-Messung nötig, um den Anteil der verbrannten Gasmasse im Einlasskrümmer zu ermitteln, und nicht einmal eine Abgas-Lambda-Messung, welche typischerweise als Fman = Fexh · r_EGR benötigt wird, worin Fexh der Anteil der verbrannten Gasmasse im Auslass ist, Fexh = 1 - O2_exh/21, und r_EGR die Abgasrückführungsrate ist.As shown, no lambda measurement is necessary to determine the fraction of gas mass burned in the intake manifold, and not even an exhaust lambda measurement, which is typically required as Fman = Fexh · r _EGR , where Fexh is the fraction of gas mass burned in the exhaust, Fexh = 1 - O2 _exh/21 , and r _EGR is the exhaust gas recirculation rate.

Aus alledem folgt, dass sich der Sauerstoffanteil im Einlasskrümmer anhand der in der Beschreibungseinleitung genannten Gleichung ermitteln lässt.From all of this it follows that the oxygen content in the intake manifold can be determined using the equation mentioned in the introduction to the description.

Claims (7)

Verfahren zur Gewinnung des Sauerstoffanteils im Einlasskrümmer (2) eines Verbrennungsmotors (1) im laufenden Betrieb eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem Verbrennungsmotor (1) mit Abgasrückführung durchgeführt wird und dass der Sauerstoffanteil ohne Durchführung einer Lambda-Messung aus Messwerten von Feuchte und Temperatur der Luft in einem Lufteinlass (13) des Verbrennungsmotors (1) sowie aus Messwerten von Feuchte, Temperatur und Druck der Gasmischung im Einlasskrümmer (2) gewonnen wird.Method for obtaining the oxygen content in the inlet manifold (2) of an internal combustion engine (1) during ongoing operation of a motor vehicle, characterized in that the method is carried out in an internal combustion engine (1) with exhaust gas recirculation and that the oxygen content is determined without carrying out a lambda measurement from measured values of Humidity and temperature of the air in an air inlet (13) of the internal combustion engine (1) as well as from measured values of humidity, temperature and pressure of the gas mixture in the inlet manifold (2) is obtained. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sauerstoffanteil im Einlasskrümmer (2) auf Basis der folgenden Gleichung ermittelt wird: $$O2=O{2}_{fresh\_air}-\frac{B\cdot \frac{RH\cdot Pws\left(T\right)\cdot 100\%}{P_{tot}-RH\cdot Pws\left(T\right)\cdot 100\%}}{1+\frac{B\cdot RH\cdot Pws\left(T\right)\cdot 100\%}{P_{tot}-RH\cdot Pws\left(T\right)\cdot 100\%}}\cdot 0.5\cdot \frac{M{w}_{O2}}{M{w}_{H2O}}$$

worin O2 = Massenanteil des Sauerstoffs im Einlassgas O2_{fresh_air} = Massenanteil des Sauerstoffs in der Frischluft B = Mw(H2O) / Mw(gas) · 1000 [g/kg] Mw(H2O) = Molekülmasse von Wasser Mw(gas) = Molekülmasse des Einlassgases Mw(O2) = Molekülmasse von Sauerstoff RH = gemessene relative Feuchte im Einlassgas Pws(T) = Sättigungsdampfdruck für die gemessene Temperatur T P_tot = gemessener Druck der GasmischungProcedure according to Claim 1 , characterized in that the oxygen content in the inlet manifold (2) is determined based on the following equation: $$O2=O{2}_{fresH\_air}-\frac{b\cdot \frac{RH\cdot Pws\left(T\right)\cdot 100\%}{P_{tOt}-RH\cdot Pws\left(T\right)\cdot 100\%}}{1+\frac{b\cdot RH\cdot Pws\left(T\right)\cdot 100\%}{P_{tOt}-RH\cdot Pws\left(T\right)\cdot 100\%}}\cdot 0.5\cdot \frac{M{w}_{O2}}{M{w}_{H2O}}$$

where O2 = mass fraction of oxygen in the inlet gas O2 _{fresh_air} = mass fraction of oxygen in the fresh air B = Mw(H2O) / Mw(gas) · 1000 [g/kg] Mw(H2O) = molecular mass of water Mw(gas) = molecular mass of Inlet gas Mw(O2) = molecular mass of oxygen RH = measured relative humidity in the inlet gas Pws(T) = saturation vapor pressure for the measured temperature T P _tot = measured pressure of the gas mixture Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem Verbrennungsmotor (1) mit Turbolader und Hochdruck-Abgasrückführung durchgeführt wird und dass die Einlasskrümmer-Feuchte stromabwärts der Einmündung einer Hochdruck-Abgasrückführungsleitung (7) in einen Gaseinlasskanal (12), der seinerseits in den Einlasskrümmer (2) mündet, mittels eines ersten Feuchtesensors (9) gemessen wird.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the method is carried out in an internal combustion engine (1) with a turbocharger and high-pressure exhaust gas recirculation and that the intake manifold moisture downstream of the junction of a high-pressure exhaust gas recirculation line (7) into a gas inlet channel (12), which in turn flows into the intake manifold ( 2) opens, is measured by means of a first moisture sensor (9). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren in einem Verbrennungsmotor (1) mit Turbolader und Niederdruck-Abgasrückführung durchgeführt wird und dass die Einlasskrümmer-Feuchte stromabwärts eines Kompressors (3) des Turboladers mittels eines zweiten Feuchtesensors (10) gemessen wird.Procedure according to one of the Claims 1 until 3 , characterized in that the method is carried out in an internal combustion engine (1) with a turbocharger and low-pressure exhaust gas recirculation and that the intake manifold moisture is measured downstream of a compressor (3) of the turbocharger by means of a second moisture sensor (10). Verfahren nach Anspruch 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Verbrennungsmotor mit Hochdruck- und Niederdruck-Abgasrückführung und einem erstem und einem zweitem Feuchtesensor (9,10) beide Betriebsarten gleichzeitig oder separat verwendet werden können, wobei erste und zweite Feuchtesensoren (9, 10) gleichzeitig oder abwechselnd messen gelassen werden können, um jeweils einen Fman-Wert zu berechnen.Procedure according to Claim 3 and 4 , characterized in that in an internal combustion engine with high-pressure and low-pressure exhaust gas recirculation and a first and a second humidity sensor (9,10), both operating modes can be used simultaneously or separately, with first and second humidity sensors (9, 10) measuring simultaneously or alternately can be left to calculate one Fman value each. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren zum Schätzen des aktuellen Stickoxid-Ausstoßes des Verbrennungsmotors (1) für die Steuerung des Verbrennungsmotors (1) und der Abgasnachbehandlung im Kraftfahrzeug verwendet wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the method for estimating the current nitrogen oxide emissions of the internal combustion engine (1) is used for controlling the internal combustion engine (1) and the exhaust aftertreatment in the motor vehicle. Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor (1), einem Turbolader (3, 4) sowie mit Abgasrückführung (7, 8), dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug keinen Sauerstoffsensor oder Fman-Sensor im Einlasskrümmer aufweist und dafür eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.Motor vehicle with an internal combustion engine (1), a turbocharger (3, 4) and with exhaust gas recirculation (7, 8), characterized in that the motor vehicle does not have an oxygen sensor or Fman sensor in the inlet manifold and is set up to use the method according to one of the preceding carry out claims.

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