DE102005007323A1

DE102005007323A1 - Verfahren und Steuergerät zur Überwachung eines Temperaturgebers

Info

Publication number: DE102005007323A1
Application number: DE200510007323
Authority: DE
Inventors: Petter Haraldsson
Original assignee: Scania CV AB
Current assignee: Scania CV AB
Priority date: 2004-02-25
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2005-09-08
Anticipated expiration: 2025-02-18
Also published as: SE0400443D0; DE102005007323B4; SE0400443L; SE526656C2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Außenlufttemperaturgebers 11 in einem Fahrzeugmotor 14, der ausgerüstet ist mit einem Abgasturbolader 12, der mit einem Ladeluftkühler 13 verbunden ist, wobei ein Ladeluft-Temperaturgeber 16 für die Verifizierung benutzt wird, daß die vom Außenlufttemperaturgeber erfaßte Temperatur mit korrektem Wert ausgewiesen wird. Die Temperatur T_boost, die in der Ladeluft gemessen wird, korreliert mit der Außentemperatur T_amb unter bestimmten Bedingungen, wenn der Wirkungsgrad des Ladeluuftkühlers 13 hoch ist, d. h. möglichst nahe bei 1 liegt, gleichzeitig wie die Temperatur der dem Ladeluftkühler 13 vom Verdichter C des Abgasturbolasers zugeführten Luft ausreichend niedrig ist, d. h. der Verdichter C soll so wenig wie möglich arbeiten. Die Erfindung betrifft auch ein Steuergerät und ein Fahrzeug.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Temperaturgebers, insbesondere eines Außenlufttemperaturgebers bei einem Kraftfahrzeug, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art. Die Erfindung betrifft außerdem ein Steuergerät, zur Überwachung eines Temperaturgebers, der im Oberbegriff des Anspruchs 19 genannten Art, ein eine solche Vorrichtung umfassendes Fahrzeug der im Oberbegriff des Anspruchs 20 genannten Art, ein der Implementierung des Verfahrens zur Überwachung eines Temperaturgebers dienendes Rechnerprogramm der im Oberbegriff des Anspruchs 17 genannten Art sowie ein das Rechnerprogramm enthaltendes Rechnerprogrammprodukt der im Oberbegriff des Anspruchs 18 genannten Art.

Hintergrund der Erfindung

In der Europäischen Wirtschaftsgemeinschaft sind Richtlinien für verschiedene Arten von Regelung umweltgefährdender Emissionen erstellt worden. Gemäß der Richtlinie 88/77/EWG müssen ab 1. Januar 2005 alle Kraftfahrzeuge, die mit Motoren mit Kompressionszündung ausgerüstet sind und gasförmige Emissionen abgeben, mit einem On-Board-Diagnosesystem (OBD-System) ausgerüstet sein.

In der Richtlinie wird ein ODB-System als ein System zur Emissionskontrolle definiert, das die Fähigkeit besitzt, anhand von im Rechnerspeicher gespeicherten Fehlercodes das Auftreten einer Funktionsstörung zu erkennen und den wahrscheinlichen Bereich der Funktionsstörung zu identifizieren. Diese ODB-Systeme müssen mehrere gesetzliche Auflagen erfüllen. Sie müssen z.B. bestimmte Funktionen ausführen und periodisch verschiedene Überprüfungen durchführen. Unter anderem muss ein ODB-System eine Funktionsunterbrechung bei einer emissionsbezogenen Komponente anzeigen, wenn die Funktionsunterbrechung zu einem Anstieg der Emissionen über verschiedene Grenzwerte hinaus führt, so dürfen z.B. die Stickoxidemissionen (NO_x Emissionen) einen bestimmten, festgelegten Grenzwert nicht überschreiten.

Ein Beispiel für ein Teil, das überwacht werden muss, ist der Außenlufttemperaturgeber. Es ist wesentlich, dass das Signal vom Außenlufttemperaturgeber einen möglichst korrekten Wert anzeigt, um die gemäß der EG-Richtlinie an das ODB-System gestellten Anforderungen zu erfüllen.

Gegenwärtig kann man die Funktion eines Außenlufttemperaturgebers durch eine sog. Kurzschluss-/Unterbrechungsprüfung kontrollieren, bei der einfach kontrolliert wird, ob der Geber funktioniert oder nicht. Nach dem Stand der Technik ist die Temperatur der Ladeluft, die mit einem Temperaturgeber gemessen wird, für eine Überprüfung, ob der Außenlufttemperaturgeber die Temperatur korrekt misst, benutzt worden, indem überschlägig angenommen wurde, dass die Ladeluft-Temperatur immer um drei Grad Celsius höher ist als die von einem Außenlufttemperaturgeber gemessene Temperatur. Diese Annahme ist, wie gesagt, überschlägig und erfüllt nicht die Anforderungen, die die EG-Richtlinie an das ODB-System stellt.

Es besteht somit ein Bedarf, die Möglichkeiten einer Überwachung und Verifizierung, dass der Außenlufttemperaturgeber eine korrekte Temperatur misst, zu verbessern.

Zusammenfassung der Erfindung

Der Zweck der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und ein Steuergerät zur kontinuierlichen Überwachung der Funktion eines Außenlufttemperaturgebers während des Betriebs bereitzustellen, der in Verbindung mit einem Motor angeordnet ist, um einen Zustand zu identifizieren, bei dem der Ladeluft-Temperaturgeber für eine Verifizierung der Funktion des Außenlufttemperaturgebers benutzt werden kann.

Dieser Zweck wird erfüllt durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen gemäß Anspruch 1 und ein Steuergerät mit den kennzeichnenden Merkmalen gemäß Anspruch 19.

Ein weiterer Zweck besteht in der Bereitstellung eines Fahrzeugs, das ausgestattet ist mit einem Steuergerät für die kontinuierliche Überwachung der Funktion des im Anschluss an den Motor angeordneten Außenlufttemperaturgebers während des Betriebs.

Dieser Zweck wird erfüllt durch ein Fahrzeug mit den kennzeichnenden Merkmalen gemäß Anspruch 20.

Desweiteren besteht ein Zweck in der Bereitstellung eines Rechnerprogramms, das das Verfahren implementiert, und das im Steuergerät durchgeführt wird, sowie in der Bereitstellung eines Rechnerprogrammprodukts, das auf die Speicherung des Rechnerprogramms abgestimmt ist.

Dieser Zweck wird erfüllt durch ein Rechnerprogramm mit den kennzeichnenden Merkmalen gemäß Anspruch 17 und ein Rechnerprogrammprodukt mit den kennzeichnenden Merkmalen gemäß Anspruch 18.

Das Verfahren sieht in groben Zügen eine Anwendung eines bereits vorhandenen Ladeluft-Temperaturgebers für eine Verifizierung vor, dass die vom Außenlufttemperaturgeber erfasste Temperatur korrekt angezeigt wird. Die gemessene Temperatur der dem Motor zugeführten Ladeluft korreliert unter bestimmten Verhältnissen mit der Temperatur der Außenluft, was bedeutet, dass der Wirkungsgrad des Ladeluftkühlers hoch sein soll, d.h. möglichst nahe bei 1, und gleichzeitig die Temperatur der dem Ladeluftkühler vom Verdichter zugeführten Luft so niedrig wie möglich sein soll, d.h. der Verdichter soll möglichst wenig arbeiten.

Diese Voraussetzungen lassen sich herstellen, indem an ein Steuergerät abgegebene Information von ausgewählten Teilen des Systems, das unter anderem aus Motor, Ladeluftkühler und (Turbinen- und Verdichterteil umfassendem) Abgasturbolader besteht, überwacht und erfasst werden. Diese verschiedenen Alternativen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 15 definiert.

Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, dass sich die neuen gesetzlichen Auflagen der EG-Richtlinie für die Einführung der OBD-Systeme ohne kostenträchtige Konstruktionsänderungen an den vorhandenen Motorsystemen erfüllen lassen, was mit sich führt, dass vorhandene Hardware für die Verifizierung der korrekten Funktion des Außenlufttemperaturgebers benutzt werden kann.

Ein anderer Vorteil besteht darin, dass der Führer eines Fahrzeugs schnell und einfach Information über einen Anzeigefehler bei einem Temperaturgeber entweder für die Ladeluft oder für die Außentemperatur erhalten kann, ohne regelmäßige Kontrollen und Kalibrierungen der Temperaturgeber durchführen zu müssen.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, dass die Verifizierung des Außenlufttemperaturgebers für die Erkennung benutzt werden kann, ob jemand unzulässige Einstellungen an einem der Temperaturgeber, die bei dem Verfahren zur Anwen dung kommen, vornimmt, um Kraftstoff zu sparen, um die Motorleistung zu steigern usw.

Weitere Zwecke und Vorteile können der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung entnommen werden, in der Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen genommen wird, in denen lediglich nicht beschränkende Beispiele dargestellt sind.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine erste Ausführungsform eines Systems zur Überwachung eines Außenlufttemperaturgebers.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Systems zur Überwachung eines Außenlufttemperaturgebers.
3 zeigt ein Ablaufdiagramm, in dem das Verfahren gemäß der Erfindung dargestellt ist.
4 zeigt ein Diagramm, in dem das Verfahren gemäß der Erfindung grafisch dargestellt ist
5 zeigt ein Fahrzeug mit einem Steuergerät, das das Verfahren gemäß der Erfindung durchführt.
Ausführliche Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
In 1 ist eine erste Ausführungsform eines Systems 10 zur Überwachung eines Außenlufttemperaturgebers 11 dargestellt. Das System umfasst einen Abgasturbolader 12, der aus einem Verdichter C und einer Turbine T besteht, einen Ladeluftkühler 13, einen Motor 14 und ein Steuergerät 15. Luft mit einer Temperatur von T_amb (Außentemperatur) gelangt in den Verdichter C, wird dort verdichtet, wobei die Temperatur der Luft auf T_AC (Temperatur nach dem Verdichter) ansteigt; und danach wird die Luft mit der erhöhten Temperatur weiter an den Ladeluftkühler 13 geleitet.
Im Ladeluftkühler 13 wird die Luft auf eine niedrigere Temperatur T_boost gekühlt, die vom System mit einem Ladeluft-Temperaturgeber 16 gemessen wird. Danach wird die Ladeluft dem Motor 14 zugeführt. Die Abgase vom Motor 14 werden der Turbine T des Abgasturboladers 12 zugeleitet, der den Verdichter C antreibt, um danach durch das Auspuffsystem des Fahrzeugs abzuströmen.
Im Ladeluftkühler findet ein innerer Luftstrom statt, der die gemäß oben zu kühlende Luft umfasst, und ein äußerer Luftstrom 17, der die für die Kühlung der Luft des in neren Luftstroms verwendete Luft umfasst. Der Wirkungsgrad η des Ladeluftkühlers hängt in der Hauptsache ab vom äußeren Luftstrom 17, der mit Hilfe der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs und/oder der Drehzahl des Kühllüfters 18 des Motors bestimmt werden kann. Der Wirkungsgrad hängt auch, obwohl in geringerem Ausmaß als vom äußeren Luftstrom, vom inneren Luftstrom ab, der mit Hilfe der Drehzahl des Motors oder mit Hilfe eines (in 1 nicht dargestellten) Luftmassenströmungsgebers am Einlass des Motors 14 bestimmt werden kann.
Der Wirkungsgrad des Ladeluftkühlers 13 wird nach folgender Formel bestimmt:
Die Ladelufttemperatur T_boost kann ausgedrückt werden durch folgende Gleichung: Tboost = TAC – η(TAC – Tamb) (2)
Aus der Gleichung (2) geht deutlich hervor, dass bei hohem Wirkungsgrad η, annähernd bei 1, die Ladelufttemperatur T_boost in der Hauptsache durch die Außentemperatur Tamb bestimmt wird, aber auch in gewissem Ausmaß von der Temperatur nach dem Verdichter T_AC beeinflusst wird. Wenn die Temperatur nach dem Verdichter so niedrig wie möglich ist, wird sie die Ladelufttemperatur möglichst wenig beeinflussen. Der Zweck der Erfindung besteht somit darin, einen Zustand zu ermitteln, bei dem die Temperatur nach dem Verdichter niedrig und gleichzeitig der Wirkungsgrad des Ladeluftkühlers hoch sind.
Der Wirkungsgrad des Ladeluftkühlers hängt natürlich davon ab, welcher Typ von Ladeluftkühler zum Einsatz kommt, aber auch davon, welche Luftströme, d.h. innerer Luftstrom und äußerer Luftstrom, durch den Ladeluftkühler strömen. Im Prinzip gilt die Feststellung, dass ein hoher Wirkungsgrad bei hohen Luftvolumenströmen und insbesondere bei einem hohen äußeren Luftvolumenstrom erreicht wird. Normalerweise liegt ein Knickpunkt für den Wirkungsgrad bei einem Luftvolumenstrom von ca. 4 m/s, was bei einem Ladeluftkühler eines bestimmten Typs einen Wirkungsgrad von ca. 0,98 ergibt. Dieser Wirkungsgrad wird als ausreichend hoch betrachtet, um eine Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zu gestatten, aber der Wirkungsgrad kann bei unterschiedlichen äußeren Luftvolumenströmen variieren, und demzufolge muss der äußere Luftvolumenstrom angepasst werden, damit ein ausreichend hoher Wirkungsgrad erhalten wird.
Ein noch höherer Wirkungsgrad kann erhalten werden bei einem höheren äußeren Luftvolumenstrom von mindestens 6 m/s und einem inneren Luftvolumenstrom entsprechend einem Luftmassenstrom von mindestens 0,5 kg/s, wodurch ein Wirkungsgrad von annähernd 1 (approximativ 0,997) erhalten wird. Es gibt somit eine untere Grenze für den zulässigen äußeren Luftvolumenstrom von mindestens 4 m/s, damit das Verfahren funktionieren kann, aber dagegen gibt es keine untere Grenze für den inneren Luftvolumenstrom.
Das Steuergerät 15, das aus einem Mikroprozessor μP mit dazugehörigem Speicher M besteht, erfasst die erforderliche Information vom System, um das Verfahren durchführen zu können. Bei dieser Ausführungsform bedeutet dies, dass Signale vom Außenlufttemperaturgeber 11 und vom Temperaturgeber 16 des Ladeluftkühlers über die Leitungen 11' bzw. 16' mit dem Steuergerät 15 verbunden sind. Das Steuergerät 15 umfasst zumindest ein Rechnerprogrammprodukt, vorzugsweise in Form eines Speichers M, wie einen ROM (Festwertspeicher), PROM (Programmierbarer Festwertspeicher), EPROM (Löschbarer, programmierbarer Festwertspeicher), EEPROM (Elektrisch löschbarer, programmierbarer Festwertspeicher), Flash-Speicher, SRAM (Statischer Schreib-Lese-Speicher) etc. Im Speicher M ist ein Rechnerprogramm 5 gespeichert, das bei seiner Ausführung bewirkt, dass das Steuergerät 15 das Verfahren zur Verifizierung der Funktion des Außenlufttemperaturgebers durchführt. Desweiteren gibt es den Mikroprozessor μP, der das Rechnerprogramm ablaufen lässt. Bei dieser Ausführungsform erfasst auch das Steuergerät Information über die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs, und Information über die Drehzahl des Motors über die Leitung 14' und den Kraftstoffverbrauch des Motors über die Leitung 14''.
Der Kraftstoffverbrauch des Motors wird herangezogen, um sicherzustellen, dass die Temperatur (T_AC) nach dem Verdichter ausreichend niedrig ist, um die Temperatur (T_boost) der Ladeluft nicht so sehr gemäß Gleichung (2) zu beeinflussen. Dieser Zusammenhang lässt sich anhand der folgenden Überlegung erklären.
Das Abtriebsdrehmoment des Motors 14 lässt sich durch ein auf der eingespritzten Kraftstoffmenge und der Motordrehzahl basierendes Mapping abschätzen, es besteht jedoch eine annehmbare lineare Proportionalität zur eingespritzten Kraftstoffmenge, wobei der Proportionalitätsfaktor etwas von der Motordrehzahl abhängig ist. Die eingespritzte Kraftstoffmenge ist wiederum fast linear proportional zum Ladeluft druck, und der Ladeluftdruck ist ungefähr gleich dem Druck nach dem Verdichter C, da der Differenzdruck über den Ladeluftkühler 13 vernachlässigbar ist.
Der Temperaturanstieg bei der Luft bis zum Verdichter C wird als geringfügig betrachtet, ebenso wie der Druckabfall bis zum Verdichter. Nachstehende Formel für die Differenztemperatur über den Verdichter ist allgemein akzeptiert:
Darin bezeichnen ΔT_C den Druckabfall über den Verdichter, T_BC die Temperatur vor dem Verdichter, P_BC den Druck vor dem Verdichter, P_AC den Druck nach dem Verdichter, η_C den Wirkungsgrad des Verdichters, und γ ≈ 1,4.
Der Wirkungsgrad des Verdichters variiert zwischen 0,3 und 0,7, und er verbessert sich mit zunehmenden Luftvolumenströmen und höheren Turbinendrehzahlen, die mit höherem Druckabfall über die Turbine zunehmen. Aus der Gleichung (3) und der vorstehenden Überlegung ergibt sich, dass die Temperatur T_AC nach dem Verdichter bei zunehmender Kraftstoffmenge ansteigt und bei abnehmender Kraftstoffmenge absinkt, und dass die Temperatur auf gleiche Weise vom Abtriebsdrehmoment des Motors abhängt. Aus diesem Grund ist das Maß des eingespritzten Kraftstoffs, alternativ das Drehmoment des Motors, ein guter Parameter für die Detektierung der Temperatur nach dem Verdichter.
Es besteht die Möglichkeit, anstelle der eingespritzten Kraftstoffmenge den Ladeluftdruck als Parameter für die Detektierung der Temperatur nach dem Verdichter zu benutzen, da, wie vorstehend erläutert, die eingespritzte Kraftstoffmenge annähernd linear proportional zu dem Ladeluftdruck ist. Ein (nicht dargestellter) Druckgeber misst dann den Druck nach dem Ladeluftkühler 13 und gibt den Wert für den Druck an das Steuergerät 15 weiter.
In gewissen Fällen ist das Fahrzeug mit einem Abgasrückführventil – AGR-Ventil (engl. EGR = Exhaust Gas Recirculation) – ausgerüstet, das eine bestimmte Menge Abgase zur Einlassseite des Motors mit dem Zweck zurückleitet, den Stickoxidgehalt in den Abgasen zu reduzieren. Ein solches AGR-Ventil ist in 1 gestrichelt dargestellt. Die Rückführung der Abgase führt eine Absenkung der Verbrennungstemperatur mit sich, mit der Folge, dass eine geringere Menge des in der Einlassluft enthaltenen Stickstoffs in Stickoxide umgesetzt wird. Das AGR-Ventil muss geschlossen sein, wenn das Verfahren nach 3 durchgeführt wird, was durch ein aktives Abschalten geschehen kann, wenn man die Funktion des Außenlufttemperaturgebers verifizieren will. Das AGR-Ventil wird gewöhnlich bei einer vorgegebenen allzu niedrigen Außentemperatur (z.B. 0°C) automatisch abgeschaltet, und bei dieser Gelegenheit kann das Verfahren durchgeführt werden.
Wenn das AGR-Ventil abgeschaltet ist, wird der Kraftstoffverbrauch gegenüber dem aktivierten Zustand des AGR-Ventils zurückgehen, was die Gefahr einer absichtlichen Manipulation des Außenlufttemperaturgebers mit sich führt, so dass dieser eine niedrigere Temperatur erkennt als die tatsächlich vorliegende. Demzufolge kann das Verfahren gemäß 3 auch zu Detektierung einer absichtlichen Manipulation des Temperaturgebers sowie zur Detektierung einer Fehlanzeige beim Temperaturgeber benutzt werden.
In 2 ist eine zweite Ausführungsform eines Systems 10' zur Überwachung eines Außenlufttemperaturgebers 11 dargestellt. Das System 10' besteht aus den gleichen Teilen wie das System in 1, aber anstatt Information über die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs zu erfassen, um eine ausreichende Kühlung im Ladeluftkühler 13 sicherzustellen, wird die Drehzahl des Kühllüfters 18 benutzt.
Ein Luftmassenstromgeber 19 ist am Einlass des Motors 14 angeordnet und wird anstatt Information über die Drehzahl des Motors 14 einzuholen dazu benutzt, um einen ausreichenden inneren Volumenstrom im Ladeluftkühler 13 sicherzustellen. Der Luftmassenstromgeber 19 ist über eine Leitung 19' mit dem Steuergerät 15 verbunden, aber alternativ kann der Luftmassenstromgeber 19 völlig weggelassen werden, da dieser Parameter den Wirkungsgrad η des Ladeluftkühlers 13 nur zu einem geringen Teil beeinflusst.
Zur Sicherstellung, dass die Temperatur T_AC nach dem Verdichter möglichst niedrig ist, wird die Drehzahl der Turbine T herangezogen, wobei Information über die jeweilige Drehzahl über die Leitung 12' dem Steuergerät 15 zugeleitet wird. Alternativ kann ein zwischen Verdichter C und Ladeluftkühler 13 angeordneter Temperaturgeber die aktuelle Temperatur T_AC direkt messen und diese Information über die Leitung 12'' an das Steuergerät leiten.
In 3 ist ein Ablaufdiagramm gezeigt, das eine Ausführungsform des Verfahrens zur Überwachung des Außenlufttemperaturgebers mit Hilfe eines Steuergeräts in einem System gem. 1 dargestellt. Der Ablauf beginnt mit Schritt 20, und im darauf folgenden Schritt 21 werden die Parameter gesetzt, die das Verfahren für die Feststellung benutzt, ob der Außenlufttemperaturgeber eine nicht korrekte Temperatur anzeigt. In diesem Fall werden folgende Parameter gesetzt:

X₁: – Grenzwert für die Geschwindigkeit des Fahrzeugs
X₂: – Grenzwert für die Motordrehzahl beim Fahrzeug
X₃: – Grenzwert für die in den Motor eingespritzte Menge Kraftstoff
t₁: – Zeit für Start des Motors
t₂: – Zeit, wenn Prüfbedingungen erfüllt sein müssen
t₃: – Zeit für Erfassung von Information, wenn Prüfbedingungen nicht erfüllt sein müssen
T: – maximal abweichende Temperatur zwischen Prüfgröße und Außenlufttemperaturgeber gemäß dem Verfahren

Wenn diese Parameter gesetzt sind, folgt Schritt 22 im Ablauf, wobei ein erster Zähler R1 nullgestellt wird. In Schritt 23 wird erkannt, ob die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs höher ist als ein erster Grenzwert X₁. Wenn die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs höher ist als dieser Grenzwert, folgt als nächstes Schritt 24 im Ablauf, worin der Zähler R1 vorwärtsgezählt wird. In dem Fall, dass die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs niedriger ist der Grenzwert, erfolgt eine Rückkehr zu Schritt 22, wo der Zähler R1 erneut nullgestellt wird.
Auf Schritt 24 folgt nun Schritt 25, wo detektiert wird, ob die vom Zähler R1 vorwärtsgezählte Zeit höher ist als die erste Zeit t₁, in einem Beispiel ist t₁ mit 100 Sekunden angesetzt. Wenn dies der Fall ist, geht das Verfahren weiter mit Schritt 26, in dem ein zweiter Zähler R2 nullgestellt wird. In dem Fall, dass der Zähler noch nicht bis zur vorgegebenen ersten Zeit t₁ vorwärtsgezählt hat, erfolgt eine Rückkehr des Ablaufs zu Schritt 23, wo die Geschwindigkeit des Fahrzeugs erneut überprüft wird. Diese Überprüfung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs während der Zeit t₁ dient der Sicherstellung, dass der Ladeluftkühler einen ausreichend hohen Wirkungsgrad erreicht hat, d.h. der äußere Luftvolumenstrom 17 wird mit Hilfe der Geschwindigkeit des Fahrzeugs bestimmt. Man kann für X₁ beispielsweise auf einen Wert setzen, der 4 m/s übersteigt, z.B. 20 km/h (5,56 m/s).
Wenn der zweite Zähler in Schritt 26 nullgestellt ist, setzt sich der Ablauf fort mit Schritt 27, der gemäß dem Verfahren einen wahlfreien Schritt darstellt, in dem detektiert wird. ob die Motordrehzahl Rev höher ist als ein zweiter Grenzwert X₂, um si cherzustellen, dass der innere Luftvolumenstrom im Ladeluftkühler ausreichend hoch ist, damit ein verbesserter Wirkungsgrad erhalten wird. Wenn die Motordrehzahl Rev höher ist als der Grenzwert X₂, geht das Verfahren weiter mit Schritt 28, andernfalls erfolgt eine Rückkehr zu Schritt 26, wo der Zähler R2 erneut nullgestellt wird. Ein Beispiel für X₂ ist 800/min.
In Schritt 28 wird erneut entschieden, ob die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs höher ist als der erste Grenzwert X₁, und wenn dies weiterhin der Fall ist, läuft das Verfahren mit Schritt 29 weiter. Wenn nicht, erfolgt eine Rückkehr zu Schritt 22, wo der erste Zähler R1 erneut nullgestellt wird und das Verfahren erneut beginnt.
In Schritt 29 wird entschieden, ob die eingespritzte Kraftstoffmenge Inj unter einem dritten Grenzwert X₃ liegt, z.B. 60 mg/Hub, um zu entscheiden, ob die Temperatur T_AC nach dem Verdichter so niedrig wie möglich ist, um das Verfahren nicht in so hohem Ausmaß zu beeinflussen, vgl. Gleichung (2); alternativ kann die eingespritzte Kraftstoffmenge mit z.B. einem IIR-Filter (IIR = Infinite Impulse Response) tiefpassgefiltert werden, um vorübergehende Erhöhungen der eingespritzten Kraftstoffmenge zu eliminieren. Wenn Inj oder, alternativ, der tiefpassgefilterte Wert von Inj niedriger ist als X₃, geht das Verfahren mit Schritt 30 weiter, andernfalls erfolgt eine Rückkehr zu Schritt 26, wo der Zähler R2 erneut nullgestellt wird.
In Schritt 30 wird der Zähler R2 vorwärtsgezählt, und danach läuft das Verfahren mit Schritt 31 weiter, worin detektiert wird, ob die vom Zähler R2 vorwärtsgezählte Zeit höher ist als die zweite Zeit t₂, wobei ein Beispiel für t₂ 60 Sekunden ist. Wenn dies der Fall ist, geht das Verfahren weiter mit Schritt 32, wo ein dritter Zähler R3 nullgestellt wird. In dem Fall, dass der Zähler R2 noch nicht bis zum vorgegebenen zweiten Zeitraum t₂ vorwärtsgezählt hat, erfolgt eine Rückkehr des Ablaufs zu Schritt 27, in dem die Motordrehzahl erneut überprüft wird.
Während des Zeitraums P₁, der der vorwärtsgezählten Zeit ab der Nullstellung des Zählers R2 bis zur Zeit t₂ entspricht, wird somit kontrolliert, dass die Bedingung erfüllt ist, um den Vergleich zwischen dem Außenlufttemperaturgeber 11 und dem Ladeluft-Temperaturgeber 16 ausführen zu können, aber da es im System eine Nacheilung gibt, wird die Phase zur Erfassung von Information vom Ladeluft-Temperaturgeber 16 um eine weitere Zeit t₃ wie folgt verlängert.
Nach Schritt 32 läuft das Verfahren weiter mit Schritt 33, worin der Zähler R3 vorwärtsgezählt wird. Im nun folgenden Schritt 34 wird detektiert, ob der Zähler R3 um eine längere Zeit vorwärtsgezählt worden ist als die dritte Zeit t₃, wobei t₃ als Beispiel 20 Sekunden ist, was der Nacheilung im System entspricht. Wenn dies der Fall ist, geht das Verfahren weiter mit Schritt 35, in dem eine Prüfgröße TS, die einen vom Ladeluft-Temperaturgeber 16 gemessenen Temperaturwert darstellt, festgestellt wird. In dem Fall, dass der Zähler R3 noch nicht bis zur vorgegebenen dritten Zeit₃ vorwärtsgezählt hat, erfolgt eine Rückkehr des Ablaufs zu Schritt 33, in dem der Zähler erneut vorwärtsgezählt wird. Im Zeitraum P₂, der der vorwärtsgezählten Zeit von der Nullstellung des Zählers R3 bis zur Zeit t₃ entspricht, muss bei dieser Ausführungsform der Zustand, der während des Zeitraums P₁ kontrolliert wird, nicht vorliegen.
Als Prüfgröße TS, die in Schritt 35 festgelegt wird, wird in diesem Beispiel die niedrigste Temperatur angesetzt, die der Ladeluft-Temperaturgeber 16 in dem Zeitraum, in dem die Zähler R₂ und R₃, d.h. im Zeitraum P₁ + P₂, aktiv gewesen sind. Die Erfassung der Ladelufttemperatur erfolgt somit kontinuierlich und wird im Speicher M des Steuergeräts abgelegt, während das Verfahren gemäß oben den Zustand identifiziert, der für eine Durchführung des Verfahrens vorliegen muss, d.h. während der Schritte 26 bis 34. Auch die vom Außenlufttemperaturgeber 11 gemessene Temperatur wird kontinuierlich registriert und im Speicher M des Steuergeräts abgelegt. Vorzugsweise wird beim Vergleich die niedrigste Ladelufttemperatur herangezogen, denn die Ladelufttemperatur ist immer höher als die Außenlufttemperatur, da der Wirkungsgrad des Ladeluftkühlers < 1, was wiederum mit sich führt, dass die besten Prüfvoraussetzungen im Zeitpunkt für die niedrigste gemessene Temperatur der Ladeluft erhalten werden. Die Prüfgröße lässt sich selbstverständlich auf andere Weise bestimmen, anstatt auf den niedrigsten vom Ladeluft-Temperaturgeber 16 gemessenen Wert gesetzt zu werden, z.B. durch Bilden eines Mittelwerts für die Ladelufttemperatur (T_boost) für den Zeitraum, während dem der Zähler R2 aktiv ist (d.h. im Zeitraum P₁), usw.
In den nachfolgenden Schritten 36 und 37 wird entschieden, ob die vom Außenlufttemperaturgeber 11 ausgegebene Temperatur falsch ist; und in Schritt 36 wird geprüft, ob die Prüfgröße TS höher ist als die vom Außenlufttemperaturgeber zum Zeitpunkt der Feststellung von TS gemessene Temperatur. Da die Umgebungsluft zur Kühlung de Luft vom Verdichter benutzt wird, muss T_boost immer höher sein als T_amb. Wenn TS höher ist als T_amb, geht das Verfahren mit Schritt 37 weiter, ist TS dagegen niedriger als T_amb, geht es weiter zu Schritt 38, in dem ein Alarm, z.B. akustisch oder optisch, ausgelöst wird, um den Führer des Fahrzeugs darauf aufmerksam zu machen, dass einer der Temperaturgeberen einen fehlerhaften Wert anzeigt.
In Schritt 37 wird geprüft, ob die Differenz zwischen der Prüfgröße TS und der gemessenen Umgebungslufttemperatur Tamb geringer ist als die maximal abweichende Temperatur T. Ist dies der Fall, geht das Verfahren über auf Schritt 39. Wenn die Temperaturabweichung T überschreitet, geht es zu Schritt 38, wo ein Alarm gem. vorstehender Erläuterung ausgelöst wird.
Eine neue Prüfung kann automatisch durch eine Rückführung des Verfahrensablaufs zu Schritt 26 stattfinden. In dem Fall. dass Veränderungen der Parameter X₁ und t₁ erwünscht sind, muss der Verfahrensablauf jedoch danach zu Schritt 22 zurückgeführt werden. Die übrigen Parameter (X₂, X₃, t₂, t₃ und T) können verändert werden, bevor eine Rückkehr zu Schritt 26 erfolgt.
Das gem. 3 beschriebene Verfahren kann zwecks Anpassung verändert werden, um andere gemessene Parameter zu umfassen, wie solche, die in 2 beschrieben sind. In dem Fall, dass die Drehzahl des Lüfters 18 anstelle der Geschwindigkeit v des Fahrzeugs benutzt werden soll, um zu entscheiden, ob ein ausreichender äußerer Luftvolumenstrom vorhanden ist, müssen Schritt 23 und Schritt 28 gem. 3 modifiziert werden, was bedeutet, dass der Parameter X₁ in einen passenden Wert geändert werden muss.
Wenn kein Luftmassenstromgeber 19 vorhanden ist, kann der Schritt 27 ausgelassen werden, und damit kann der Parameter X₂ aus dem Schritt 21 genommen werden. Desweiteren muss der Schritt 29 modifiziert werden, und zwar abhängig davon, ob man die Turbinendrehzahl benutzt oder direkt die Temperatur T_AC nach dem Verdichter misst, was auch eine Änderung des Parameters X₃ in einen passenden Wert bedingt.
Es sei jedoch betont, dass bei dem Verfahren nach 3 die Voraussetzung gilt, dass kein anderes System die Parameter beeinflusst, die für die Identifikation des für eine Verifizierung der einwandfreien Funktion des Außenlufttemperaturgebers erforderlichen Zustands benutzt werden; solche Systeme sind z.B. AGR-Ventil, Motorbremse und Wießrauchbegrenzer. Diese dürfen nicht während des Zeitraums aktiviert sein, in dem die Hochzählung beim Zähler R2 stattfindet, d.h. während der Verfahrensschritte 27 bis 31. Sollte ein System dennoch aktiviert werden, erfolgt eine Rückkehr zu Schritt 26, so dass der Zähler R2 nullgestellt wird, bevor der Verfahrensablauf fortgesetzt wird.
Im Diagramm gem. 4 ist, mit der Temperatur T als Funktion der Zeit t, der Funktionsablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Die Zeitachse (X-Achse) ist in Sekunden unterteilt, die Temperaturachse (Y-Achse) in °C. Die durchgezogene Kurve 40 zeigt den vom Ladeluft-Temperaturgeber 16 erfassten Verlauf der Temperatur T_boost, die gestrichelte Kurve 41 entspricht dem vom Außenlufttemperaturgeber 11 erfassten Verlauf der Temperatur T_amb.
Im Diagramm sind zwei Zeiträume P₁ und P₂ abgesetzt, wobei der erste Zeitraum, P_1' derjenige ist, in dem der für die Verifizierung des Außenlufttemperaturgebers erforderliche Zustand hergestellt sein muss, d.h. Motordrehzahl (Schritt 27), Geschwindigkeit (Schritt 28) und eingespritzte Kraftstoffmenge (Schritt 29) müssen den Vorgaben des Verfahrens gem. 3 entsprechen. Der zweite Zeitraum, P₂, entspricht der Nacheilung im System, während der auch die Prüfgröße TS bestimmt werden kann. Während dieses zweiten Zeitraums, P₂, müssen jedoch keine besonderen Bedingungen erfüllt sein.
Während des gesamten kumulierten Zeitraums P_tot = P₁ + P₂ wird die anzuwendende Prüfgröße TS identifiziert und bestimmt, und in diesem Beispiel wird die Prüfgröße TS als die niedrigste Ladelufttemperatur T_boost gewählt, die zu einem Zeitpunkt t_TS gemessen und registriert worden ist, der innerhalb dieses kumulierten Zeitraums liegt. Die zum gleichen Zeitpunkt gemessene Außenlufttemperatur T_amb (t_TS) wird mit TS verglichen, und die Differenz wird zur Detektierung etwaiger Fehler in den Schritten 36 und 37 im Verfahren nach 3 benutzt.
Im Beispiel gem. 4 sind der erste Zeitraum mit 30 Sekunden und der zweite Zeitraum mit 20 Sekunden angesetzt, woraus sich ein kumulierter Zeitraum zur Bestimmung von TS von 50 Sekunden ergibt, wobei der kumulierte Zeitraum vorzugsweise im Bereich 20 bis 60 Sekunden liegt. Die Zeitpunkt t_TS für die Prüfgröße liegt im Beispiel bei 43 Sekunden, und TS – T_amb (t_TS) = 5 – 3 = 2°C. Daraus ergibt sich, dass, wenn TS > T_amb(t_TS) (Schritt 36) und TS – T_amb(t_TS) < T, wenn T höher als 2°C gewählt wird (Schritt 37), wird kein Alarm an den Führer des Fahrzeugs ausgelöst.
Selbstverständlich besteht die Möglichkeit, P₂ = 0 Sekunden zu setzen, was bedeutet, dass nur Temperaturen, die bei aktivem Zähler R2 gemessen werden, zur Bestimmung von TS und der Differenz zwischen T_amb(t_TS) und TS benutzt werden.
In 5a ist ein Fahrzeug 50 dargestellt, das mit einem Steuergerät 15 und einem Motor 14 mit dazugehörigem Ladeluftkühler 13 und Abgasturbolader 12 ausgerüstet ist, die im Frontbereich 51 des Fahrzeugs angeordnet sind. Bei diesem Typ von Fahrzeug handelt es sich in der Regel um einen Lastkraftwagen, aber auch bei Omnibussen kann der Motor im Frontbereich des Fahrzeugs angeordnet sein. In diesem Fall wird die Geschwindigkeit v des Fahrzeugs herangezogen für die Verifizierung, dass der kühlende Luftvolumenstrom zum Ladeluftkühler 13, d.h. der äußeren Luftvolumenstrom 17, ausreichend groß ist, um einen hohen Wirkungsgrad beim Ladeluftkühler 13 zu bewirken.
In 5b ist ein Fahrzeug 60 dargestellt, das mit einem Steuergerät 15 angeordnet im Frontbereich 61 des Fahrzeugs und einem Motor 14 mit dazugehörigem Ladeluftkühler 13 und Abgasturbolader 12 angeordnet in einem Heckbereich 62 des Fahrzeugs ausgerüstet ist. Bei diesem Typ von Fahrzeug handelt es sich in der Regel um einen Omnibus, wobei die Geschwindigkeit des Omnibusses nicht allein für die Verifizierung herangezogen werden kann, dass der kühlende Luftvolumenstrom zum Ladeluftkühler 13, d.h. der äußere Luftvolumenstrom 17, ausreichend groß ist, um einen hohen Wirkungsgrad beim Ladeluftkühler 13 zu bewirken. Statt dessen muss für die Berechnung des aktuellen äußeren Luftvolumenstroms 17 die Drehzahl des Kühllüfters 18 benutzt werden, entweder allein oder in Kombination mit der Geschwindigkeit des Fahrzeugs.
Das Verfahren gemäß der Erfindung wird vorzugsweise in Form eines Rechnerprogramms ausgeführt, das im Steuergerät implementiert wird. Darüber hinaus kann das Rechnerprogramm auf einem Rechnerprogrammprodukt, wie CD-ROM, Magnetband, Diskette, Festplatte usw., gespeichert werden.

5: Rechnerprogramm
10: System
11: Außenlufttemperaturgeber
12: Abgasturbolader
13: Ladeluftkühler
14: Motor
15: Steuergerät
16: Ladeluft-Temperaturgeber
17: Äußerer Luftstrom
18: Kühllüfter
19: Luftmassenstromgeber
50: Fahrzeug
60: Fahrzeug

Claims

Verfahren zur Überwachung eines Außenlufttemperaturgebers (11) in einem Fahrzeug (50; 60) mit einem Motor (14), ausgerüstet mit einem Abgasturbolader (12), der einen mit einem Ladeluftkühler (13) verbundenen Verdichter (C) umfasst, wobei Luft aus der Umgebung dem Verdichter (C) zugeführt und Luft vom Verdichter (C), mit höherer Temperatur (T_AC) als die Temperatur (T_amb) der Umgebungsluft, dem Ladeluftkühler (13) zugeführt wird, welcher die dem Motor (14) zuzuführende Luft kühlt, wobei ein Temperaturgeber (16) zwischen dem Ladeluftkühler (13) und dem Motor (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgende Schritte umfasst: A) Verifizierung, dass der Wirkungsgrad des Ladeluftkühlers (13) ausreichend hoch ist, B) Identifikation eines Zustands, bei dem die Temperatur (T_AC) nach dem Verdichter als ausreichend niedrig angesehen wird, C) Vergleich eines Wertes der Temperatur (T_boost), gemessen vom Temperaturgeber (16) des Ladeluftkühlers, mit der vom Außenlufttemperaturgeber (11) gemessenen Temperatur (T_amb), wenn die Schritte A und B während eines ersten Zeitraums (P₁) durchgeführt sind, und D) Auslösen eines Alarms, wenn die vom Außenlufttemperaturgeber (11) gemessene Temperatur (T_amb) während des ersten Zeitraums (P₁) um mehr als einen zulässigen Wert von der vom Temperaturgeber (16) des Ladeluftkühlers gemessenen Temperatur (T_boost) abweicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der zulässige Wert in Schritt D in einem Intervall liegt, in dem sich die vom Außenlufttemperaturgeber (11) gemessene Temperatur (T_amb) im Verhältnis zu der vom Temperaturgeber (16) des Ladeluftkühlers gemessenen Temperatur befinden soll.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zulässige Wert in Schritt D einen Höchstwert von drei Grad Celsius umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Ladeluftkühler einen äußeren Luftvolumenstrom für eine Zufuhr von Kühlung und einen inneren, zu kühlende Luft umfassenden Luftvolumenstrom aufweist, wobei der ausreichend hohe Wirkungsgrad des Ladeluftkühlers gemäß Schritt A durch folgende Schritte verifiziert wird: A1) Bestimmung des äußeren Luftvolumenstroms, A2) Ausgabe von Information an das Steuergerät darüber, dass ein ausreichend hoher Wirkungsgrad erreicht ist, wenn der äußere Luftvolumenstrom höher ist als ein erster Grenzwert während eines ersten Zeitraums.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei der äußere Luftvolumenstrom in Schritt A1 bestimmt wird durch eine Schätzung des Luftvolumenstroms gemäß folgenden Schritten: A1a) Messung der Geschwindigkeit des Fahrzeugs, und/oder A1b) Messung der Drehzahl des Motor-Kühllüfters.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei der erste Grenzwert in Schritt A2 4 m/s oder mehr beträgt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der erste Grenzwert in Schritt A2 6 m/s oder mehr beträgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei der ausreichend hohe Wirkungsgrad beim Ladeluftkühler in Schritt A erreicht wird durch folgende weitere Schritte: A3) Bestimmung des inneren Luftvolumenstroms, A4) Ausgabe von Information an das Steuergerät darüber, dass ein ausreichend hoher Wirkungsgrad erreicht ist, wenn: A4a) der innere Luftvolumenstrom höher ist als ein bestimmter zweiter Grenzwert während des ersten Zeitraums, und A4b) der Luftvolumenstrom in Schritt A2 ausreichend hoch ist.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der innere Luftvolumenstrom in Schritt A3 bestimmt wird durch einen der nachfolgenden Schritte: A3a) Messung der Motordrehzahl und Abschätzung des Luftvolumenstroms, oder A3b) Messung des Luftmassenstroms mit einem Luftmassenstromgeber am Einlass des Motors.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei ein ausreichend hoher innerer Luftvolumenstrom in Schritt A4 erreicht wird bei einem Luftmassenstrom von 0,5 kg/s.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Herstellung des Zustands gemäß Schritt B erfolgt, wenn der Verdichter unter einem bestimmten Niveau arbeitet, und das Verfahren folgende Schritte umfasst: B1) Bestimmung der Temperatur nach dem Verdichter, und B2) Ausgabe von Information an das Steuergerät darüber, dass der Zustand identifiziert ist, bei dem die Temperatur nach dem Verdichter niedriger ist als ein bestimmter dritter Grenzwert während eines vorgegebenen Zeitraums.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Temperatur in Schritt B1 bestimmt wird durch einen der Schritte: B1a) Messung der Temperatur nach dem Verdichter mit einem Temperaturgeber oder B1b) Abschätzung der Temperatur nach dem Verdichter.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Temperatur in Schritt B1b abgeschätzt wird durch Anwendung einer der folgenden Parameter: Drehzahl bei einer dem Verdichter zugeschalteten Turbine, Menge des in den Motor eingespritzten Kraftstoffs und/oder Drehmoment des Motors.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der dritte Grenzwert mit 60 mg Kraftstoff/Hub angesetzt wird, wenn die Menge eingespritzten Kraftstoffs für die Abschätzung der Temperatur herangezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei der Vergleich zwischen der Ladelufttemperatur (T_boost) und der Außenlufttemperatur (T_amb) in Schritt C auch Temperaturen einbezieht, die während eines zweiten Zeitraums (P₂) gemessen worden sind, der im Wesentlichen direkt auf den ersten Zeitraum (P₁) folgt, während dem die Schritte A und B nicht durchgeführt sein müssen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei für die Anordnung des Temperaturgebers (16) der Ausgang des Ladeluftkühlers (13) gewählt wird.
Rechnerprogramm zur Überwachung eines Außenlufttemperaturgebers (11) in einem Fahrzeugmotor (14), ausgerüstet mit einem Abgasturbolader (12), der einen mit einem Ladeluftkühler (13) verbundenen Verdichter (C) umfasst, wobei Luft aus der Umgebung dem Verdichter (C) zugeführt und Luft vom Verdichter (C), mit höherer Temperatur (T_AC) als die Temperatur (T_amb) der Umgebungsluft, dem Ladeluftkühler (13) zugeführt wird, welcher die dem Motor (14) zuzuführende Luft kühlt, wobei ein Temperaturgeber (16) zwischen dem Ladeluftkühler (13) und dem Motor (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Codierorgan beim Ablauf in einem Steuergerät (15) beim Steuergerät (15) bewirkt, dass dieses das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 durchführt.
Rechnerprogrammprodukt, das einen in Rechnern lesbaren Datenträger und ein Rechnerprogramm nach Anspruch 17 umfasst, wobei das Rechnerprogramm von dem in Rechnern lesbaren Datenträger umfasst ist.
Steuergerät (15) zur Überwachung eines Außenlufttemperaturgebers (11) in einem mit einem Motor (14) ausgerüsteten Fahrzeug (50; 60), dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät eine Speichereinheit (M) umfasst, die ein Rechnerprogramm nach Anspruch 17 umfasst.
Fahrzeug (50; 60), ausgerüstet mit einem Motor (14) mit dazugehörigem Ladeluftkühler (13), der in einem Verdichter (C) verdichtete Luft kühlt und den Motor mit gekühlter, verdichteter Luft versorgt, wobei der Verdichter (C) zusammen mit einer kraftschlüssig verbundenen Turbine (T) einen Abgasturbolader (12) bildet, der mit dem Motor verbunden ist und von dessen Abgasen angetrieben wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug (50; 60) außerdem mit einem Steuergerät gemäß Anspruch 19 ausgerüstet ist.