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Die
Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Ermitteln wenigstens
eines Maßes für einen Wassertropfeneintrag in
den Abgaskanal einer Brennkraftmaschine und von einer Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens nach der Gattung der unabhängigen
Ansprüche.
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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung sind auch ein Steuergerätprogramm
sowie ein Steuergerät-Programmprodukt.
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Stand der Technik
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Abgassensoren,
insbesondere keramische Abgassensoren werden in Abgasreinigungsvorrichtungen
von Brennkraftmaschinen zur Messung des Sauerstoffgehalts des Abgases
und letztlich zur Emissionsreduzierung eingesetzt. Für
die Abgasreinigung ist die schnelle Betriebsbereitschaft des Abgassensors
wichtig, da ein Großteil der Abgase in der Startphase der
Brennkraftmaschine anfällt. Das keramische Sensorelement
des Abgassensors wird mit einer Temperatur von beispielsweise 800°C
betrieben und kann im Betrieb durch Kondenswassertropfen beschädigt
werden, die bei kaltem Abgas auftreten können. Ein kaltes
Abgas liegt insbesondere in der Startphase der Brennkraftmaschine
oder beispielsweise nach einer Schubabschaltungsphase vor.
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Ein
anderer Abgassensor ist ein Partikelsensor, der in Abhängigkeit
von seiner Ausgestaltung ebenfalls beheizt sein kann. Eine Sensorheizung
ist insbesondere bei einem sammelnden resistiven Partikelsensor
vorgesehen, die den Partikelsensor in einem Regenerationsprozess
auf besonders hohe Temperaturen zum Freibrennen des Parti kelsensors von
den angesammelten Partikeln aufheizt, die aber auch im Dauerbetrieb
beispielsweise zur Beeinflussung der Partikelanlagerung und/oder
beispielsweise zum Verdampfen von Flüssigkeitsniederschlägen
auf dem Sensorelement den Partikelsensor beheizen kann.
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Zur
Ermittlung wenigstens eines Maßes für den Wassereintrag
in den Abgaskanal werden zum Einen Endoskopaufnahmen verwendet,
mit denen zwar bestimmt werden kann, ob Wassertropfen im Abgaskanal
vorhanden sind, mit denen jedoch das Wassertropfenvolumen, die Anzahl
der Wassertropfen oder die Wassermenge insgesamt nur qualitativ angegeben
werden können. Zum Anderen wird mit dem Kriterium Endes
der Taupunktunterschreitung gearbeitet. Das Ende der Taupunktunterschreitung entspricht
einer Temperatur, ab der keine Wasser mehr im Abgassystem mehr auftreten
kann. Daher sind mit dem zweiten Verfahren prinzipiell keine Aussagen über
ein Wassertropfenvolumen möglich.
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In
der
DE 10 2005
041 661 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben eines Heizelements
eines keramischen Sensors beschrieben, der im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine
angeordnet ist. Das Heizelement wird nur dann in Betrieb genommen,
wenn sich die Brennkraftmaschine in einem Betriebszustand befindet,
in welchem nicht mehr mit dem Auftreten eines Wassereintrags in
den Abgaskanal zu rechnen ist. Auf das Vorhandensein dieses Betriebszustands wird
geschlossen, wenn der über eine Zeit summierte, vom Abgasmassenstrom
getragene Wärmestrom einen Wärmestrom-Schwellenwert überschreitet.
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In
der
EP 635 148 B1 ist
eine Vorrichtung zum Betreiben eines Heizelements eines keramischen
Sensors beschrieben, der ebenfalls im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine
angeordnet ist. Auch in diesem Fall wird das Heizelement nur mit
Heizenergie versorgt, wenn sich die Brennkraftmaschine in einem
bestimmten Betriebszustand befindet. Dieser Betriebszustand liegt
vor, wenn die Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine
oberhalb eines Kühlmitteltemperatur-Schwellenwerts liegt
oder wenn die Temperatur der Abgasreinigungsanlage oberhalb eines
Temperatur-Schwellenwerts liegt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein einfaches Verfahren zum
Ermitteln wenigstens eines Maßes für einen Wassertropfeneintrag
in den Abgaskanal einer Brennkraftmaschine und eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens anzugeben.
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Die
Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen
angegebenen Merkmale jeweils gelöst.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise zum Ermitteln
eines Maßes für den Wassertropfeneintrag in den
Abgaskanal einer Brennkraftmaschine geht davon aus, das im Abgaskanal
ein Partikelsensor angeordnet ist, dessen Partikelsensorsignal eine Querempfindlichkeit
gegenüber dem Wassertropfeneintrag aufweist, die zu einer Änderung
des Partikelsensorsignals führt. Die erfindungsgemäße
Vorgehensweise zeichnet sich dadurch aus, dass ein zeitlicher Anstieg
des Partikelsensorsignals ermittelt und mit einem Signalanstieg-Schwellenwert
verglichen wird und dass nach dem Überschreiten des Anstieg-Schwellenwerts
das Maß für den Wassertropfeneintrag bereitgestellt
wird.
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Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise eignet sich beispielsweise
zur Applikation eines Steuergeräts für die Brennkraftmaschine.
Mit der erfindungsgemäßen Vorgehensweise kann
ein applikationsspezifisches Kriterium festgelegt werden, unter welchen
Bedingungen ein vorzugsweise beheizter Partikelsensor auf den Nenntemperatur-Sollwert
aufgeheizt werden darf, ohne dass es zu einer Schädigung
keramischer Komponenten des Partikelsensors kommt. Insbesondere
kann eine bevorstehende Regeneration eines sammelnden Partikelsensors,
bei welcher die Partikel bei hoher Temperatur verbrannt werden,
bei einem detektierten Wassertropfeneintrag verschoben werden, um
die keramischen Komponenten des Partikelsensors nicht zu gefährden.
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Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise kann die bereits
beschriebenen Verfahren wie beispielsweise das Endoskopie-Verfahren
oder das Verfahren zur Ermittlung des Endes der Taupunktunterschreitung
ergänzen oder ersetzen. Insbesondere ermöglicht
die erfindungsgemäße Vorgehensweise eine quantitative
Bestimmung der in den Abgaskanal eingetragenen Wassertropfenmenge,
der Anzahl von Wassertropfen oder des Wassertropfenvolumens. Bei
der Ermittlung der Wassertropfenmenge steht nicht mehr die Ermittlung
der einzelnen Wassertropfen, sondern eines Wasserschwalls im Vordergrund, der
durch den in der vorliegenden Anwendung verwendeten Begriff Wassertropfeneintrag
ebenfalls abgedeckt sein soll.
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Durch
einen Vergleich mit einem Schwellenwert, vorzugsweise wenigstens
näherungsweise dem Wert Null, kann mit der erfindungsgemäßen
Vorgehensweise festgestellt werden, dass kein Wassertropfeneintrag
vorliegt oder ein bislang aufgetretener Wassertropfeneintrag aufgehört
hat.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Vorgehensweise ergeben sich aus abhängigen Ansprüchen.
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Gemäß einer
Ausgestaltung ist vorgesehen, dass als Maß für
den Wassertropfeneintrag die Anzahl der Wassertropfen bereitgestellt
wird, die anhand von Zählungen der Überschreitungen
des Signalanstieg-Schwellenwerts bereitgestellt wird.
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Gemäß einer
zusätzlichen oder alternativen Ausgestaltung ist vorgesehen,
dass als Maß für den Wassertropfeneintrag das
Wassertropfenvolumen bereitgestellt wird, welches mittels einer
Integration des Partikelsensorsignals ermittelt wird.
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Gemäß einer
weiteren zusätzlichen oder alternativen Ausgestaltung ist
vorgesehen, dass als Maß für den Wassertropfeneintrag
die Wassertropfenmenge bereitgestellt wird, die anhand einer Summierung
der Wassertropfenvolumina oder ebenfalls anhand einer Integration
des Partikelsensorsignals ermittelt wird.
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Vorzugsweise
beginnt die Integration mit dem Überschreiten des Signalanstieg-Schwellenwerts
und wird so lange weitergeführt, bis das Partikelsensorsignal
einen Signalabfall-Schwellenwert überschreitet.
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Gemäß einer
Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Überschreitung des
Signalanstieg-Schwellenwerts nur dann berücksichtigt wird,
wenn nach dem Überschreiten des Signalanstieg-Schwellenwerts
eine Signaldifferenz des Partikelsensorsignals oberhalb eines Signaldifferenz-Schwellenwerts
liegt. Mit dieser Maßnahme wird die Detektionssicherheit gegenüber
einem Wassertropfeneintrag erhöht, wobei insbesondere spora disch
auftretende Störsignale unterdrückt werden.
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Eine
vorteilhafte Weiterbildung dieser Ausgestaltung sieht eine Überprüfung
vor, ob die Signaldifferenz für eine vorgegebene Mindestzeitdauer oberhalb
des Signaldifferenz-Schwellenwerts liegt.
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Eine
andere Ausgestaltung sieht die Ermittlung des Maßes für
den Wassertropfeneintrag nur dann vor, wenn die Abgasströmung,
beispielsweise der Abgasvolumenstrom einen Abgasströmungs-Schwellenwert überschritten
hat. Auch mit dieser Maßnahme wird die Detektionssicherheit
eines Wassertropfeneintrages gegenüber anderen Einflüssen
auf das Partikelsensorsignal erhöht.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung
des Verfahrens betrifft zunächst ein speziell hergerichtetes
Steuergerät, das Mittel zur Durchführung des Verfahrens
enthält. Als Mittel sind beispielsweise ein Vergleicher
und eine Wassertropfeneintrag-Ermittlung vorgesehen.
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Das
Steuergerät enthält vorzugsweise wenigstens einen
elektrischen Speicher, in welchem die Verfahrensschritte als Steuergerätprogramm
abgelegt sind.
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Das
erfindungsgemäße Steuergerät-Programm
sieht vor, dass alle Schritte des erfindungsgemäßen
Verfahrens ausgeführt werden, wenn es in einem Steuergerät
abläuft.
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Das
erfindungsgemäße Steuergerät-Programmprodukt
mit einem auf einem maschinenlesbaren Träger gespeicherten
Programmcode führt das erfindungsgemäße
Verfahren aus, wenn das Programm in einem Steuergerät abläuft.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung
näher erläutert.
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Kurzbeschreibung der Figur
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1 zeigt
ein technisches Umfeld, in welchem ein erfindungsgemäßes
Verfahren abläuft und
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2 zeigt
den zeitlichen Verlauf eines Partikelsensorsignals.
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Detaillierte Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
eine Brennkraftmaschine 10, in deren Abgaskanal 12 eine
Abgasströmung ms_Abg auftritt. Die Abgasströmung
ms_Abg, beispielsweise der Abgasvolumenstrom, führt gegebenenfalls
einen Wassertropfeneintrag 14 mit sich. Der Wassertropfeneintrag 14 tritt
beispielsweise bei einer Taupunktunterschreitung im Abgaskanal 12 auf.
Weiterhin kann, insbesondere im Leerlauf der Brennkraftmaschine 10,
an Komponenten wie beispielsweise einem nicht näher gezeigten
Turbolader, Kondenswasser niedergeschlagen sein, welches erst bei
einer erhöhten Abgasströmung ms_Abg als Wassertropfeneintrag 14 im
stromabwärts liegenden Abgaskanal 12 auftritt.
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Im
Abgaskanal 12 ist ein Partikelsensor 16 angeordnet,
der beispielsweise als sammelnder Partikelsensor ausgestaltet ist,
dessen Partikelsensorsignal PM_Mes die in den Abgaskanal 12 eingebrachten,
von der Brennkraftmaschine 10 emittierten Partikel widerspiegelt.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel wird von einem sammelnden
Partikelsensor 16 ausgegangen, bei welchem das Partikelsensorsignal PM_Mes
durch eine Beeinflussung der Leitfähigkeit einer nicht
näher gezeigten Elektrodenstruktur des Partikelsensors 16 entsteht,
wobei die Leitfähigkeit mit zunehmender Partikelmenge abnimmt.
Unabhängig vom Funktionsprinzip des Partikelsensors 16 weist
der Partikelsensor 16 eine Querempfindlichkeit gegenüber
dem Wassertropfeneintrag 14 auf, der sich in einer zeitlichen Änderung
des Partikelsensorsignals PM_Mes niederschlägt.
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Insbesondere
ein sammelnder Partikelsensor 16 enthält eine
Partikelsensorheizung 18, mit welcher der Partikelsensor 16 während
des Dauerbetriebs auf eine vorgegebene Betriebstemperatur geheizt
werden kann. Die Partikelsensorheizung 18 dient insbesondere
zur Regeneration des Partikelsensors 16, bei welcher der
Partikelsensor 16 auf eine Temperatur, beispielsweise 800°C,
aufgeheizt wird, bei welcher der Partikel sensor 16 freigebrannt wird.
Der Partikelsensors 16 steht dann für einen nächsten
Messzyklus zur Verfügung.
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Das
Partikelsensorsignal PM_Mes wird einem Steuergerät 20 zur
Verfügung gestellt, welches eine Heizungssteuerung 22 enthält,
die das Partikelsensorsignal PM_Mes mit einem Partikel-Schwellenwert
PM_Mes vergleicht. Sobald das Partikelsensorsignal PM_Mes den Partikel-Schwellenwert
PM_Mes überschreitet, stellt die Partikelsensorheizung 18 ein Heizsignal
HZ zum Beheizen des Partikelsensors 16 auf die Regenerationstemperatur
zur Verfügung. Zur Konditionierung eines Partikelsensors 16,
insbesondere einer nicht näher gezeigten Elektrodenstruktur eines
sammelnden Partikelsensors 16, kann darüber hinaus
auch während des Betriebs eine Beheizung sinnvoll sein.
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Das
Partikelsensorsignal PM_Mes wird weiterhin einem Vergleicher 24 zur
Verfügung gestellt, welcher das Partikelsensorsignal PM_Mes
mit einem ersten, zweiten und dritten Schwellenwert ScW1, ScW2,
ScW3 vergleicht. In Abhängigkeit vom Vergleichsergebnis
stellt der Vergleicher 24 ein Freigabesignal FG bereit,
das einer Wassertropfeneintrag-Ermittlung 26 zur Verfügung
gestellt wird, die in Abhängigkeit vom Freigabesignal FG,
dem Partikelsensorsignal PM_Mes sowie einer minimalen Zeitdauer
ti_Min ein Maß n_WaTro, Vol_WaTro, m_WaTro für
den Wassertropfeneintrag in den Abgaskanal 12 der Brennkraftmaschine 10 berechnet.
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Hierbei
kann es sich beispielsweise um die Anzahl n der Wassertropfen, welches
das Maß n_WaTro widerspiegelt, um das Volumen der Wassertropfen,
welches das Maß Vol_WaTro widerspiegelt und/oder um die
Menge m des Wassertropfeneintrages 14 handeln, welches
das Maß m_WaTro widerspiegelt. Mit der Menge m des Wassertropfeneintrags 14 wird
insbesondere ein Wasserschwall erfasst, bei welchem einzelne Wassertropfen
nicht mehr separat zu erfassen sind.
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Die
erfindungsgemäße Vorgehensweise wird anhand des
in 2 gezeigten zeitlichen Verlaufs des Partikelsensorsignals
PM_Mes erläutert:
Das Partikelsensorsignal PM_Mes
ist bei einem sammelnden Partikelsensor 16 ein Maß für
die Leitfähigkeit zwischen zwei nicht näher gezeigten
Elektroden, wobei die Leitfähigkeit mit zunehmendem Partikelbelag
ebenfalls zunimmt. Sofern kein Wassertropfeneintrag 14 auftritt,
steigt das Partikelsensorsignal PM_Mes mit zunehmendem Partikelbelag
mehr oder weniger steil bis zum eingetragenen dritten Zeitpunkt ti3
an, an welchem das Partikelsensorsignal PM_Mes den Partikel-Schwellenwert
PM_ScW überschreitet. In der Folge wird die Partikelsensorheizung 18 derart
betrieben, dass die Regenerationstemperatur des Partikelsensors 16 erreicht
wird, bei welcher die gesammelten Partikel abbrennen. Danach steht der
Partikelsensor 16 wieder für einen erneuten Messzyklus
zur Verfügung. Bei einem nicht sammelnden Partikelsensor 16 wäre
der mehr oder weniger steile Signalanstieg nicht vorhanden. Bei
derartigen Partikelsensoren 16 würde sich ein
Auftreffen von Partikeln oder ein Partikeldurchgang durch einzelne
Signalspitzen im Partikelsensorsignal niederschlagen, wonach das
Partikelsensorsignal PM_Mes wieder auf einen Grundpegel absinkt.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass an
einem ersten Zeitpunkt ti1 der zeitliche Anstieg des Partikelsensorsignals
PM_Mes den ersten Schwellenwert ScW1 überschreitet, der als
Anstieg-Schwellenwert bezeichnet werden soll.
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Gemäß einer
ersten Ausgestaltung kann bereits jetzt zumindest ein aufgetretener
Wassertropfeneintrag 14 im Rahmen der Anzahl n der Wassertropfen
als Maß n_WaTro für den Wassertropfeneintrag bereitgestellt
werden.
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Gemäß einer
vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen
Verfahrens ist eine Überprüfung vorgesehen, ob
der weitere Signalanstieg eine vorgegebene Differenz PM_D überschreitet,
welche dem zweiten Schwellenwert ScW2 entsprechen soll, der demnach
ein Differenz-Schwellenwert ScW2 ist. Das Maß für
den Wassertropfeneintrag n_WaTro, Vol_WaTro, m_WaTro wird dann nur
bereitgestellt, wenn neben dem Anstieg-Schwellenwert ScW1 zusätzlich
der Differenz-Schwellenwert ScW2 überschritten wurde. Mit
dieser Maßnahme kann die Detektionssicherheit gegenüber
dem Wassertropfeneintrag 14 dadurch erhöht werden,
dass insbesondere Störsignale mit geringer Amplitude ausgefiltert
werden.
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Anhand
einer Integration des Partikelsensorsignals PM_Mes nach dem Überschreiten
des Anstieg-Schwellenwerts ScW1 kann das Wassertropfenvolumen Vol
ermittelt werden, welches das Maß Vol_WaTro für
den Wassertropfeneintrag 14 widerspiegelt.
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Die
Wassertropfeneintrag-Ermittlung 26 kann darüber
hinaus die Wassertropfenmenge m bereitstellen, die anhand der Summierung
der einzelnen ermittelten Wassertropfenvolumina ermittelt wird,
wobei die Summierung vorzugsweise über einen vorgegebenen
Zeitraum stattfindet. Alternativ wird das Maß m_WaTro ebenfalls
anhand einer Integration des Partikelsensorsignals PM_Mes ermittelt. Zwischen
einzelnen Wassertropfen und einem Wasserschwall kann anhand der
Integrationszeit unterschieden werden kann.
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Die
Integration in der Wassertropfeneintrag-Ermittlung 26 wird
nach dem Überschreiten des Anstieg-Schwellenwerts ScW1
und gegebenenfalls nach Überprüfung des Überschreitens
des Differenz-Schwellenwerts ScW2 so lange weitergeführt, bis
der Signalabfall des Partikelsensorsignals PM_Mes den dritten Schwellenwert
ScW3 überschreitet, der einem Signalabfall-Schwellenwert ScW3
entspricht. Wie bereits erwähnt, kann anhand der Integrationszeit
zwischen einzelnen Wassertropfen und einem Wasserschwall unterschieden
werden, wobei ein nicht näher gezeigter Zeit-Schwellenwert
bei beispielsweise 5 Sekunden liegen kann.
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Zur
weiteren Erhöhung der Detektionssicherheit gegenüber
einem Wassertropfeneintrag 14 kann vorgesehen sein, dass
die Integration in der Wassertropfeneintrag-Ermittlung 26 nur
gewertet wird, wenn nach dem Überschreiten des Signalanstieg-Schwellenwerts
ScW1 eine vorgegebene minimale Zeitdauer ti_Min überschritten
wurde, bevor der Signalabfall-Schwellenwert ScW3 erreicht wird.
Auch mit dieser Maßnahme können kurzfristig aufgetretene
Störsignale, die sogar zu Überschreitung des Differenz-Schwellenwerts
ScW2 führen, ausgeblendet werden.
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Das
Maß n_WaTro, Vol_WaTro, m_WaTro für den Wassereintrag 14 in
den Abgaskanal 12 der Brennkraftmaschine 10 kann
beispielsweise zur Überprüfung herangezogen werden,
ob ein Wassereintrag 14 in den Abgaskanal 12 vorliegt
beziehungsweise aufgehört hat, vorzuliegen. Bei einem vorliegenden
Wassertropfeneintrag 14 besteht ein Gefährdungspotenzial
für keramische Komponenten des Partikelsensors 16,
sofern die Temperatur des Partikelsensors 16 oberhalb der
Gefährdungstemperatur liegt, bei welcher Risse auftreten
können oder eine vollständige Zerstörung
der Keramik nicht ausgeschlossen werden kann.
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Das
Maß n_WaTro, Vol_WaTro, m_WaTro für den Wassertropfeneintrag 14 in
den Abgaskanal 12 der Brennkraftmaschine 10 kann
im Rahmen einer Applikation zum Feststellen herangezogen werden, ob
der vorliegende Verbrennungsvorgang einen größeren
oder geringeren Wassertropfeneintrag 14 verursacht.
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Alternativ
oder zusätzlich kann das Maß n_WaTro, Vol_WaTro,
m_WaTro für den Wassertropfeneintrag 14 in den
Abgaskanal 12 der Brennkraftmaschine 10 für
eine Entscheidung herangezogen werden, ob der Partikelsensor 16 auf
eine Betriebstemperatur und insbesondere auf die Regenerationstemperatur
aufgeheizt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005041661
A1 [0006]
- - EP 635148 B1 [0007]