DE10119786A1 - Verfahren zum Bestimmen der Öltemperatur in einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Öltemperatur (TOIL) in der Brennkraftmaschine wird über ein Öltemperaturmodell berechnet, in das mindestens ein den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine charakterisierender Parameter herangezogen wird. Der Differenzwert (TOIL_SENS_DIF) zwischen dem modellierten Temperaturwert des Öltemperaturmodells (TOIL_MDL_SENS) und dem gemessenen Temperaturwert (TOIL_SENS) des Öls der mittels des Öltemperatursensors gemessen wird, wird als Eingangsgröße, in einen auf den Verfahrensschritt der Differenzwertbildung unmittelbar oder mittelbar folgenden iterativen Berechnungszyklus eines Öltemperaturwerts (TOIL_MDL) des Öltemperaturmodells, in das Öltemperaturmodell eingerechnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Öltem­ peratur in einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Für bestimmte Funktionen in einer elektronischen Steuerein­ richtung für Brennkraftmaschinen wird die aktuelle Temperatur des Motoröls benötigt. So kann beispielweise das Überschrei­ ten eines Schwellenwerts für die Öltemperatur des Motors zum Auslösen einer On-board-Diagnose herangezogen werden. Weiter ist bekannt, die Öltemperatur als Kriterium zur Einstellung der Leerlaufdrehzahl einer Brennkraftmaschine zu verwenden, da bei sehr hohen Öltemperaturen eine höhere Leerlaufdrehzahl nötig ist, um die Brennkraftmaschine ausreichend mit dem dann dünnflüssigen Öl zu versorgen. Darüber hinaus kann man die Öltemperatur für Berechnungen der Öllebensdauer verwenden, um den Zeitpunkt eines Ölwechsels optimal bestimmen zu können.

Für alle diese Zwecke ist es bekannt, die Öltemperatur mit­ tels eines Öltemperatursensors zu messen und das Signal des Öltemperatursensors entsprechend zu verarbeiten. Das Bestim­ men der Öltemperatur mittels des Öltemperatursensors ist al­ lerdings besonders in der Aufwärmphase des Öls, wenn die Brennkraftmaschine keinen betriebswarmen Zustand aufweist, sehr ungenau.

Aus der Druckschrift DE 40 16 099 C2 ist bekannt, zur Leer­ laufeinstellung im normalen Betriebsbereich einer Brennkraft­ maschine die Öltemperatur heranzuziehen. Um einen Öltempera­ tursensor einzusparen wird dabei die Öltemperatur aus anderen Größen bestimmt. Zu diesem Zweck wird die Zeitspanne ermit­ telt, während derer die Kühlmitteltemperatur gleich oder grö­ ßer als ein Temperaturschwellenwert ist. Durch eine vorgegebene Beziehung zwischen dieser Zeitspanne und der Öltempera­ tur wird ein Maß für die Öltemperatur bestimmt und die Leer­ laufdrehzahl entsprechend eingestellt.

Ein weiteres Verfahren zur Leerlaufeinstellung einer Brenn­ kraftmaschine ist aus der Druckschrift DE 44 33 299 A1 be­ kannt. Dabei wird eine, eine Leerlaufdrehzahlerhöhung erfor­ dernde Heißlaufphase einer Brennkraftmaschine dann erkannt, wenn eine in Abhängigkeit von Kühlmitteltemperatur, Ansaug­ lufttemperatur, Drehzahl sowie Last der Brennkraftmaschine ermittelte Öltemperaturersatzgröße einen Schwellenwert über­ schreitet.

All diese Verfahren können jedoch keinen exakten Wert für die Öltemperatur liefern, sie sind bloß daraufhin ausgelegt, eine Schwellenwertüberschreitung der Öltemperatur erfassen zu kön­ nen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, mit dem eine Öltemperatur in einer Brennkraftma­ schine mit hoher Genauigkeit bestimmt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Bei einem Verfahren zum Bestimmen der Öltemperatur in einer Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug wird die Öltempera­ tur mittels eines Öltemperaturmodells berechnet. Als Ein­ gangsgrößen für das Öltemperaturmodell werden mindestens ein den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine charakterisierender Parameter eingerechnet.

Erfindungsgemäß wird ein modellierter Öltemperatursensorwert des Öltemperaturmodells mit einem gemessenen Öltemperaturwert verglichen und der Differenzwert dieser beiden Öltemperaturen als Eingangsgröße für einen unmittelbar oder mittelbar fol­ genden iterativen Berechnungszyklus eines weiteren Öltemperaturwertes des Öltemperaturmodells, in das Öltemperaturmodell eingerechnet.

Dadurch wird erreicht, dass die Öltemperatur in der Brenn­ kraftmaschine mit einer relativ hohen Genauigkeit bestimmt werden kann.

Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen an­ gegeben.

Es kann dabei vorgesehen sein, dass der Differenzwert zwi­ schen dem modellierten Öltemperatursensorwert und der gemes­ senen Öltemperatur additiv oder multiplikativ in das Öltempe­ raturmodell eingerechnet wird.

Damit kann erreicht werden, dass durch die geeignete Wahl der mathematischen Rechenvorschrift mit der der Differenzwert in das Öltemperaturmodell eingerechnet wird, ein schnelles Annä­ hern des Öltemperatursensorwertes des Modells an den gemesse­ nen Öltemperaturwert des Sensors möglich ist und daher für eine hinreichend genaue Annäherung der beiden Öltemperatur­ werte wenige Berechnungszyklen im Modell notwendig sind.

Es kann auch vorgesehen sein, dass ein erster und ein zweiter Temperaturschwellenwert festgelegt werden und bei Überschrei­ ten des ersten oder Unterschreiten des zweiten Schwellenwerts eine Fehlfunktion des Öltemperatursensors erkannt wird.

Dadurch kann verhindert werden, dass Öltemperaturwerte in weitere Berechnungszyklen des Öltemperaturmodells als Ein­ gangsgrößen eingerechnet werden, die aufgrund eines defekten Sensors zu falschen Ergebnissen führen.

Normalerweise liegt beim Starten der Brennkraftmaschine kein Wert für die Öltemperatur vor. In solchen Fällen ist es von Vorteil, als Startwert von der aktuellen Kühlmitteltemperatur auszugehen. Das Aufheizverhalten einer Brennkraftmaschine kann man besonders genau dadurch nachbilden, dass der Gra­ dient der Kühlmitteltemperatur in der nicht betriebswarmen Brennkraftmaschine je nach Absolutwert der Kühlmitteltempera­ tur unterschiedlich stark zeitlich tiefpassgefiltert wird. Eine genauere Beschreibung der Tiefpassfilterung wird im wei­ teren Verlauf der Beschreibung des Ausführungsbeispiels er­ läutert.

Liegt kein gültiger Wert für die Kühlmitteltemperatur vor, beispielsweise weil der entsprechende Sensor als defekt er­ kannt ist, kann ersatzweise zur Modellierung der Öltemperatur immer in einer Modellstufe gerechnet werden, die für die be­ triebswarme Brennkraftmaschine vorgesehen ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist für Brennkraftmaschinen mit Wärmetauscher zwischen Öl und Kühlmittelkreislauf genauso tauglich, wie für Brennkraftmaschinen, die einen derartigen Wärmetauscher nicht aufweisen, da über den Motorblock immer eine gewisse thermische Kopplung zwischen Öl und Kühlmittel gegeben ist.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläu­ tert. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschi­ ne, bei der das erfindungsgemäße Verfahren angewendet wird,

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zur Bestimmung der Öltemperatur, und

Fig. 3 eine Darstellung der Temperaturverläufe der Kühlmit­ tel- sowie der Öltemperaturen abhängig von der Zeit.

In Fig. 1 ist sehr vereinfacht eine Brennkraftmaschine mit einem Steuergerät gezeigt, wobei nur diejenigen Teile darge­ stellt sind, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind.

Der Brennkraftmaschine 1, die vorzugsweise als Antriebsquelle für ein Kraftfahrzeug herangezogen wird, wird über eine An­ saugleitung 2 die zur Verbrennung notwendige Luft zugeführt. Eine Einspritzanlage 3 spritzt Kraftstoff in die Ansauglei­ tung 2 ein. Das erfindungsgemäße Verfahren ist aber auch bei einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff-Direkteinspritzung anwendbar, die beispielsweise eine Hochdruckspeicherein­ spritzanlage mit Einspritzventilen aufweist, welche den Kraftstoff direkt in die Zylinder der Brennkraftmaschine 1 einspritzen. Das Abgas der Brennkraftmaschine 1 strömt über eine Abgasleitung 4 zu einer Abgasnachbehandlungsanlage und von dieser über einen Schalldämpfer ins Freie (nicht darge­ stellt).

Im Ansaugkanal 2 ist ein Lastsensor in Form eines Luftmassen­ sensors 5 vorgesehen, der ein dem Luftmassenstrom entspre­ chendes Signal MAF abgibt. Alternativ kann als Lastsensor für die Brennkraftmaschine 1 auch ein Drucksensor 6 verwendet werden, der den in der Ansaugleitung 2 herrschenden Druck ps erfasst. Dies ist in der Fig. 1 gestrichelt eingezeichnet.

Bei mager betriebenen Brennkraftmaschinen, bei denen der Kraftstoff direkt eingespritzt wird, wählt man natürlich eine andere lastkennzeichnende Größe, beispielsweise die einge­ spritzte Kraftstoffmasse.

Zur Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine 1 ist eine elektronische Steuerungseinrichtung 7 vorgesehen. Solche e­ lektronischen Steuerungseinrichtungen, die in der Regel einen Mikroprozessor beinhalten und neben der Zündregelung und der Kraftstoffeinspritzung eine Vielzahl weiterer Steuer- und Re­ gelaufgaben übernehmen, sind an sich bekannt, so dass im fol­ genden nur auf den im Zusammenhang mit der Erfindung relevan­ ten Aufbau und dessen Funktion eingegangen wird. Der Steue­ rungseinrichtung 7 werden die Signale der verschiedensten Sensoren zur weiteren Verarbeitung zugeführt. Insbesondere ist ein Drehzahlsensor 8 für die Drehzahl N, ein Sensor 9 für die Temperatur TCO der Kühlflüssigkeit der Brennkraftmaschine 1, ein Sensor 10 für die Temperatur TIA der Ansaugluft und ein Sensor 11 für die Geschwindigkeit vs des Fahrzeugs vorge­ sehen. Über eine nur schematisch dargestellte Daten- und Steuerleitung 12 ist die Steuerungseinrichtung 7 noch mit weiteren Sensoren und Aktoren der Brennkraftmaschine 1 ver­ bunden.

Der Steuereinrichtung 7 ist eine Speichereinrichtung 13 zuge­ ordnet, mit der es über einen nicht näher bezeichneten Daten­ bus verbunden ist. Mittels eines Öltemperatursensors 14 wird die Öltemperatur TOIL in der Brennkraftmaschine 1 gemessen.

Wird die Brennkraftmaschine gemäß Verfahrensschritt S1 ge­ startet (Fig. 2), so liegt normalerweise kein Wert für die Öltemperatur TOIL vor, da die Brennkraftmaschine 1 (Fig. 1) noch keinen betriebswarmen Zustand aufweist. Deshalb wird zu Beginn des Verfahrens zunächst die Kühlmitteltemperatur TCO ausgelesen. Bei Überschreiten eines bestimmten Schwellenwer­ tes der Kühlmitteltemperatur TCO, der beispielweise bei 80°C liegen kann, wird von einer weitgehend betriebswarmen Brenn­ kraftmaschine ausgegangen.

Bei Unterschreiten des Schwellenwertes der Kühlmitteltempera­ tur TCO wird zuerst die Kühlmitteltemperatur TCO einem nicht dargestellten Verzögerungsglied V gemäß Verfahrensschritt S2 eingegeben. Dieses Verzögerungsglied V verzögert die Ausgabe des eingegebenen Wertes um eine festlegbare Zeitdauer, die beispielsweise 15 Sekunden betragen kann. Die Ausgabe des Verzögerungsgliedes V wird an ein nicht dargestelltes Diffe­ renzglied gemäß Verfahrensschritt S3 übertragen. In dem Dif­ ferenzglied wird dann ein Differenzwert zwischen der aktuel­ len Kühlmitteltemperatur TCO und dem durch das Verzögerungs­ glied V erzeugten Wert gebildet. Dadurch erhält man am Aus­ gang des Differenzgliedes die Änderung der Kühlmitteltemperatur TCO abhängig von der Zeitdauer, die am Verzögerungsglied festgelegt ist.

Diese Änderung der Kühlmitteltemperatur TCO, also der Gra­ dient der Kühlmitteltemperatur TCO, wird gemäß Verfahrens­ schritt S4 bestimmt und wird in ein nicht dargestelltes Tief­ passfilter eingegeben. Das Tiefpassfilter bewirkt eine Tief­ passfilterung des Kühlmitteltemperaturgradienten TCO wobei am Ausgang des Tiefpassfilters ein Öltemperaturgradientenwert geliefert wird. Das Filterverhalten des Tiefpassfilters ist verstellbar und wird von einem Kennfeld KF1 in der Spei­ chereinrichtung 13 (Fig. 1) eingestellt, dem die Kühlmittel­ temperatur TCO eingegeben wurde. Durch dieses Kennfeld KF1 wird somit ein kühlmitteltemperaturbereichsabhängiger Faktor zum Ansteuern des Tiefpassfilters geliefert. Somit wird er­ reicht, dass der Öltemperaturgradientenwert am Ausgang des Tiefpassfilters mit steigender Kühlmitteltemperatur gegen Null abfällt. Als Öltemperaturwert TOIL_MDL des Modells wird direkt die Kühlmitteltemperatur TCO gemäß den Verfahrens­ schritten S4 und S5 ausgegeben.

Dieser Öltemperaturwert TOIL_MDL wird zu einem modellierten Öltemperatursensorwert TOIL_MDL_SENS nach Verfahrensschritt S6 umgerechnet. Dabei wird eine für den Öltemperatursensor spezifische Mittelungskonstante additiv oder multiplikativ zum Öltemperaturwert TOIL_MDL hinzugerechnet. Diese sensor­ spezifische Mittelungskonstante wird empirisch ermittelt und ist in der Speichereinrichtung 13 gespeichert. Sie ist unter anderem abhängig von den Werkstoffen, aus denen der Öltempe­ ratursensor, beispielsweise ein Thermoelement, gefertigt wird. Durch das Umrechnen des Öltemperaturwerts TOIL_MDL in den modellierten Öltemperatursensorwert TOIL_MDL_SENS wird ein Temperaturwert erhalten, welcher dem real vorliegende Wert der Öltemperatur relativ genau entspricht.

Gemäß Verfahrensschritt S7 wird mittels des Öltemperatursen­ sors ein Öltemperaturwert TOIL_SENS gemessen. Der modellierte Öltemperatursensorwert TOIL_MDL_SENS wird nun mit dem vom Öl­ temperatursensor gemessenen Öltemperaturwert TOIL_SENS ver­ glichen. Nach Verfahrensschritt S8 wird dabei die Differenz dieser beiden Temperaturwerte gebildet. Dieser Differenzwert TOIL_SENS_DIF wird dann als Eingangsgröße für einen mittelbar oder unmittelbar an einen, den Verfahrensschritt der Diffe­ renzwertberechung TOIL_SENS_DIF nachfolgenden Berechnungs­ schritt S9 verwendet. Dabei wird der Wert TOIL_SENS_DIF addi­ tiv oder multiplikativ als Regelparameter zum Abgleichen der Öltemperatur TOIL_MDL hinzugerechnet. Durch erneutes Berech­ nen der Werte TOIL_MDL_SENS und TOIL_SENS_DIF wird somit ein Annähern des modellierten Öltemperaturwertes an den realen Öltemperaturwert erreicht.

Ein Annähern der modellierten Öltemperatur an die reale Öl­ temperatur und damit ein hinreichend genaues Bestimmen der Öltemperatur mittels des Öltemperaturmodells kann durch ein­ maliges Abgleichen der Öltemperatur TOIL_MDL mittels des Re­ gelparameters erreicht werden. Ein hinreichend genauer Wert kann aber auch durch mehrmaliges Durchlaufen des Abgleichens der Öltemperatur TOIL_MDL und Bilden des Differenzwertes TOIL_SENS_DIF erreicht werden.

Übersteigt der Differenzwert TOIL_MDL_DIF einen ersten Tempe­ raturschwellenwert oder unterschreitet dieser Differenzwert einen zweiten Temperaturschwellenwert, so wird eine Fehlfunk­ tion des Öltemperatursensors erkannt. Die Temperaturschwel­ lenwerte können dabei abhängig von den Betriebsbedingungen, beispielsweise von einer Einbauposition des Öltemperatursen­ sors, festgelegt werden.

Sobald für eine festlegbare Zeitdauer, die beispielsweise 10 Minuten betragen kann, nur noch relativ kleine Änderungen im Öltemperatursensorwert TOIL_SENS erfolgen, wird ein stationä­ rer Zustand der Öltemperatur erkannt und die Brennkraftma­ schine hat den betriebswarmen Zustand erreicht.

Zwischen dem Bereich in dem das Öl nach dem Starten der Brennkraftmaschine aufgewärmt wird und der als dynamischer Bereich bezeichnet wird, und dem stationären Bereich ist ein Übergangsbereich vorhanden.

In diesem Übergangsbereich wird der Öltemperaturwert TOIL_MDL in ein weiteres Kennfeld KF2 eingespeist, welches einen gra­ dientenabhängigen Offset zwischen der Kühlmitteltemperatur TCO und der Öltemperatur TOIL ausgibt. Dieser Offsetwert wird dem Öltemperaturwert TOIL_MDL und dem Öltemperaturgradienten­ wert des Öltemperaturmodells hinzuaddiert. Allerdings wird der Offset nur dann addiert, wenn die Kühlmitteltemperatur TCO über einem Schwellenwert liegt. Dieser Schwellenwert wird meist in der Nähe der Kühlmittelpumpenschaltschwelle liegen und somit wird dadurch der Tatsache Rechnung getragen, dass bei einer Brennkraftmaschine in der Regel die Kühlmittelpumpe nur oberhalb einer gewissen Mindesttemperatur betrieben wird.

In Fig. 3 ist ein Verlauf der Öltemperaturen TOIL und TOIL_SENS sowie der Verlauf der Kühlmitteltemperatur TCO über die Zeit dargestellt. Die Kurven zeigen am Anfang der Zeit­ achse einen dynamischen Bereich in dem die Temperaturen an­ steigen. Wird der betriebswarme Zustand der Brennkraftmaschi­ ne erreicht, so flachen die Kurven ab und es stellt sich der stationäre Zustand ein. Im dynamischen Bereich der Kühlmit­ teltemperaturkurve ist auch schematisch der Kühlmitteltempe­ raturgradient (TCO-Gradient) eingezeichnet. Im dynamischen Aufwärmbereich liegt die gemessene Öltemperatur TOIL_SENS des Sensors um etwa 30°C unter der realen Öltemperatur TOIL.

Neben der Kühlmitteltemperatur TCO kann auch beispielweise der Luftmassenstrom MAF oder der Saugrohrdruck ps in der An­ saugleitung 2 (Fig. 1) als Größe verwendet und als den Be­ triebspunkt der Brennkraftmaschine charakterisierender Para­ meter herangezogen werden. Zusätzlich kann bei Brennkraftma­ schinen, bei denen Kraftstoff unter hohem Druck direkt in die Zylinder eingespritzt wird, der Einfluss einer Luftzahl λ als den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine charakterisie­ render Parameter berücksichtigt werden. Die Luftzahl λ gibt dabei das Verhältnis der für die Verbrennung einer Mengenein­ heit des zugeführten Kraftstoffs zugeführten Luftmenge zu der für die vollkommene Verbrennung erforderlichen Mindestluft­ menge an. Dabei wird abhängig von dem aktuellen Wert der Luftzahl λ, mit dem die Brennkraftmaschine gerade betrieben wird, aus einem weiteren Kennfeld KF3 ein Faktor ausgelesen, der typischerweise zwischen 1 (stöchiometrischer Betrieb mit λ = 1) und 2 liegt (geschichtet, homogener Magerbetrieb).

Es kann auch vorgesehen sein, dass beim Erkennen einer Fehl­ funktion des Öltemperatursensors 14 (Fig. 1) ein optisches oder akustisches Signal erzeugt wird, welches als Warnsignal dienen kann und damit beispielsweise einen Fahrzeugnutzer auf einen Defekt aufmerksam macht.

Mit dem Verfahren kann somit bereits beim dynamischen Anstieg der Öltemperatur beim Starten einer Brennkraftmaschine eine relativ genaue Bestimmung der Öltemperatur durchgeführt wer­ den.

Claims (6)

1. Verfahren zum Bestimmen der Öltemperatur in einer Brenn­ kraftmaschine, bei dem die Öltemperatur durch ein Öltempera­ turmodell berechnet wird und als Eingangsgrößen des Öltempe­ raturmodells mindestens ein den Betriebspunkt der Brennkraft­ maschine charakterisierender Parameter eingerechnet werden, dadurch gekennzeichnet, dass ein modellierter Öltemperatur­ sensorwert des Öltemperaturmodells (TOIL_MDL_SENS) mit einem gemessenen Öltemperaturwert (TOIL_SENS) verglichen wird und der Differenzwert der beiden Temperaturwerte (TOIL_SENS_DIF) als Eingangsgröße, in einen auf den Verfahrensschritt der Bildung des Differenzwertes (TOIL_SENS_DIF) unmittelbar oder mittelbar folgenden iterativen Berechnungszyklus eines weite­ ren Öltemperaturwerts (TOIL_MDL) des Öltemperaturmodells, in das Öltemperaturmodell eingerechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gemessene Öltemperaturwerte (TOIL_SENS) mittels eines Öl­ temperatursensors durchgeführt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der Differenzwert (TOIL_SENS_DIF) zwischen dem modellierten Öltemperatursensorwert (TOIL_MDL_SENS) und der gemessenen Öltemperatur (TOIL_SENS)additiv oder multipli­ kativ in das Öltemperaturmodell eingerechnet wird.

4. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass eine Fehlfunktion des Öltemperatursensors erkannt wird, wenn der Differenzwert (TOIL_SENS_DIF) einen ersten Temperaturschwellenwert überschreitet oder einen zwei­ ten Temperaturschwellenwert unterschreitet.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass beim Erkennen einer Fehlfunktion des Öltemperatursensors ein optisches und/oder akustisches Signal erzeugt wird und/oder ein Eintrag in einen Fehlerspeicher einer Speichereinheit durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass als den Betriebspunkt der Brennkraftma­ schine charakterisierender Parameter mindestens eine der Grö­ ßen Kühlmitteltemperatur (TCO), Luftmassenstrom (MAF), Saug­ rohrdruck (ps), Luftzahl (λ) herangezogen wird.