DE102008020933B4

DE102008020933B4 - Verfahren zur Plausibilitätsprüfung einer Temperaturmessung bei einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102008020933B4
Application number: DE200810020933
Authority: DE
Inventors: Gerhard Eser; Wolf-Dieter Pöhmerer
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2008-04-25
Filing date: 2008-04-25
Publication date: 2014-07-10
Anticipated expiration: 2028-04-26
Also published as: DE102008020933A1

Abstract

Verfahren zur Plausibilitätsprüfung einer Temperaturmessung bei einer Brennkraftmaschine, mit den folgenden Schritten: a) Messen eines Temperaturmesswerts einer interessierenden Temperaturgröße der Brennkraftmaschine mittels eines Temperatursensors, b) Ermitteln eines Temperaturvergleichswerts der interessierenden Temperaturgröße, c) Vergleichen des Temperaturmesswerts mit dem Temperaturvergleichswert, d) Bestimmen der Plausibilität des Temperaturmesswerts in Abhängigkeit von dem Vergleich zwischen dem Temperaturmesswert und dem Temperaturvergleichswert, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Plausibilität gemäß folgender Schritte erfolgt: e) der Temperaturvergleichswert wird anhand eines thermophysikalischen Ersatzmodells der Brennkraftmaschine ermittelt, und f) im Rahmen des thermo-physikalischen Ersatzmodells der Brennkraftmaschine wird eine Wärmebilanz der Brennkraftmaschine berechnet, g) die Wärmebilanz des thermo-physikalischen Ersatzmodells der Brennkraftmaschine berücksichtigt die zugeführten Wärmeströme und von der Brennkraftmaschine abgeführten Wärmeströme sowie in der Brennkraftmaschine freigesetzte Verbrennungswärme.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plausibilitätsprüfung einer Temperaturmessung bei einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Brennkraftmaschinen (z. B. Ottomotoren und Dieselmotoren) weisen aufgrund ihrer inneren Reibung ein temperaturabhängiges Verlustmoment auf, wobei das Verlustmoment mit der Motortemperatur degressiv abnimmt. Dies bedeutet, dass Brennkraftmaschinen nach einem Kaltstart bei geringer Motortemperatur ein relativ großes Verlustmoment aufweisen, wohingegen das Verlustmoment nach Erreichen der Betriebstemperatur der Brennkraftmaschine wesentlich geringer ist.
Bei modernen Brennkraftmaschinen wird deshalb die Motortemperatur ermittelt, indem beispielsweise die Kühlmitteltemperatur oder die Öltemperatur von einem Temperatursensor gemessen wird. Aus dem Messwert der Motortemperatur wird dann das temperaturabhängige Verlustmoment der Brennkraftmaschine anhand des bekannten physikalischen Zusammenhangs zwischen dem Verlustmoment und der Motortemperatur berechnet. Bei der Ansteuerung der Brennkraftmaschine wird dann das temperaturabhängige Verlustmoment der Brennkraftmaschine berücksichtigt.
Problematisch ist hierbei, dass bei einer Fehlfunktion der Temperaturmessung ein falsches Verlustmoment berechnet wird, was zu einer fehlerhaften Ansteuerung der Brennkraftmaschine führt. Falls beispielsweise aufgrund eines Messfehlers der Temperaturmessung ein zu großes Verlustmoment der Brennkraftmaschine berechnet wird, so bewirkt die elektronische Motorsteuerung (ECU: Electronic Control Unit) ein ungewolltes Beschleunigen des Kraftfahrzeugs, um das vermeintliche Verlustmoment zu kompensieren.
Wegen dieser Bedeutung der korrekten Temperaturmessung für den ordnungsgemäßen Betrieb der Brennkraftmaschine ist gesetzlich vorgeschrieben, dass die Plausibilität der gemessenen Motortemperatur überwacht wird, um eine fehlerhafte Temperaturmessung zu erkennen und dadurch eine falsche Berechnung des Verlustmoments zu verhindern.
Bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen wird im Rahmen dieser Plausibilitätsprüfung nicht nur ein Messwert des interessierenden Temperaturwerts (z. B. Kühlmitteltemperatur, Öltemperatur) ermittelt, sondern auch ein Temperaturvergleichswert, wobei der Temperaturvergleichswert anhand von Kennfeldern empirisch ermittelt wird. Anschließend erfolgt dann ein Vergleich des tatsächlich gemessenen Temperaturmesswerts mit dem empirisch ermittelten Temperaturvergleichswert, um die Plausibilität des Temperaturmesswerts zu überprüfen.
Nachteilig an diesem bekannten Verfahren zur Plausibilitätsprüfung ist die unbefriedigende Genauigkeit des Temperaturvergleichswerts, der lediglich empirisch ermittelt wird.
Ferner ist zum Stand der Technik noch hinzuweisen auf DE 101 32 509 A1 und US 5 018 484 . Diese Druckschriften offenbaren Kühlsystemsteuerungen, bei denen ein Temperaturmesswert von einem Temperatursensor gemessen und zur Steuerung herangezogen wird. Aus diesen Druckschriften ist jedoch nicht bekannt, den Temperaturmesswert einer Plausibilitätsprüfung zu unterziehen.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, das vorstehend beschriebene bekannte Verfahren zur Plausibilitätsprüfung zu verbessern, indem die Genauigkeit des im Rahmen der Plausibilitätsprüfung berücksichtigten Temperaturvergleichswerts erhöht wird.
Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Verfahren gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
Die Erfindung umfasst die allgemeine technische Lehre, dass der Temperaturvergleichswert nicht empirisch mittels angepasster Kennfelder ermittelt wird, sondern anhand eines thermo-physikalischen Ersatzmodells der Brennkraftmaschine und/oder der Peripherie (z. B. Batterien, Hybridantrieb, etc.), wobei im Rahmen des thermo-physikalischen Ersatzmodells der Brennkraftmaschine eine Wärmebilanz der Brennkraftmaschine berechnet wird.
Zum einen berücksichtigt die Wärmebilanz der Brennkraftmaschine Wärme- bzw. Energieströme, die von der Brennkraftmaschine abgeführt werden, wie beispielsweise die in dem Abgasstrom enthaltene Wärmeenergie oder mechanische Leistung, die über die Antriebswelle abgegeben wird.
Zum anderen berücksichtigt die Wärmebilanz der Brennkraftmaschine im Rahmen der Erfindung auch Wärmeströme, die der Brennkraftmaschine zugeführt werden, beispielsweise von elektrischen Antrieben bei Hybridmotoren oder von Wärmetauschern von Getriebeölkühlern.
Schließlich berücksichtigt die Wärmebilanz der Brennkraftmaschine im Rahmen der Erfindung auch die in der Brennkraftmaschine freigesetzte Verbrennungswärme.
Derartige thermo-physikalische Ersatzmodelle von Brennkraftmaschinen sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und müssen deshalb nicht weiter detailliert beschrieben werden, da diesbezüglich auf den einschlägigen Stand der Technik verwiesen werden kann.
Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff einer Brennkraftmaschine ist nicht auf den eigentlichen Motorblock beschränkt, sondern umfasst beispielsweise auch dessen Peripherie, wie beispielsweise Batterien oder einen Hybridantrieb.
Vorzugsweise berücksichtigt die Wärmebilanz im Rahmen der Erfindung den Wärmestrom, der von einem elektrischen Antriebsmotor auf die Brennkraftmaschine übergeht. Dies ist insbesondere bei einem Hybridmotor sinnvoll, der einen relativ starken elektrischen Motor aufweist, der entsprechend viel Wärme erzeugt.
Weiterhin berücksichtigt die Wärmebilanz im Rahmen der Erfindung vorzugsweise den Wärmestrom, der von einer elektrischen Batterie bzw. einer Batteriekühlung auf die Brennkraftmaschine übergeht, was wiederum insbesondere bei Hybridantrieben sinnvoll ist, die leistungsstarke Batterien mit einer entsprechend großen Wärmeabgabe aufweisen.
Darüber hinaus berücksichtigt die Wärmebilanz im Rahmen der Erfindung vorzugsweise den Wärmestrom, der von einem Wärme tauscher auf die Brennkraftmaschine übergeht. Bei dem Wärmetauscher kann es sich beispielsweise um einen Getriebeölkühler oder um sonstige Kühler handeln.
Weiterhin berücksichtigt die Wärmebilanz im Rahmen der Erfindung vorzugsweise – wie bereits vorstehend erwähnt – den Wärmestrom, der über das Abgas von der Brennkraftmaschine abgeführt wird.
Darüber hinaus wird im Rahmen der Erfindung vorzugsweise der Wärmestrom berücksichtigt, der von einer Motorkühlung der Brennkraftmaschine abgeführt wird sowie der Wärmestrom, der von einer Getriebeölkühlung der Brennkraftmaschine abgeführt wird.
Vorzugsweise werden Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine und/oder Umgebungsgrößen (z. B. Umgebungstemperatur) ermittelt, um die der Brennkraftmaschine zugeführten Wärmeströme und/oder die von der Brennkraftmaschine abgeführten Wärmeströme zu berechnen. Die Ermittlung der Umgebungsgrößen bzw. der Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine kann beispielsweise durch eine Messung oder durch eine Modellierung erfolgen.
Bei den Betriebsgrößen, die zur Ermittlung der Wärmeströme gemessen bzw. modelliert werden, kann es sich beispielsweise um das innere Drehmoment der Brennkraftmaschine, die Geschwindigkeit eines von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs, die Einspritzmenge einer Einspritzanlage der Brennkraftmaschine oder die Drehzahl der Brennkraftmaschine handeln. Weitere mögliche Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine sind die Drehzahl der Brennkraftmaschine, die Abgastemperatur der Brennkraftmaschine, die Ansteuerung eines Motorgebläses, die Einstellung einer Innenraumheizung und/oder der Leistungsverbrauch einer Leistungselektronik, um nur einige Beispiele von Betriebsgrößen zu nennen, die im Rahmen des thermo-physikalischen Ersatzmodells berücksichtigt werden können.
Bei den im Rahmen des thermo-physikalischen Ersatzmodells berücksichtigten Umgebungsgrößen kann es sich beispielsweise um die Umgebungstemperatur oder die Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft handeln, um nur einige mögliche Beispiele zu nennen.
Weiterhin kann im Rahmen des thermo-physikalischen Ersatzmodells berücksichtigt werden, dass der Wärmetransport in der Brennkraftmaschine und zwischen den verschiedenen Komponenten der Brennkraftmaschine durch Konvektion und Konduktion (Wärmeleitung) mit einer bestimmten zeitlichen Verzögerung erfolgt. So benötigt ein Kühlmittel abhängig vom Massenstrom des Kühlmittels aus dem Motorblock eine bestimmte Transportzeit bis zu der Position des jeweiligen Temperatursensors. Das thermo-physikalische Ersatzmodell berücksichtigt deshalb vorzugsweise auch eine zeitliche Verzögerung, mit der die der Brennkraftmaschine zugeführten Wärmeströme und/oder die von der Brennkraftmaschine abgeführten Wärmeströme auf eine Änderung der Betriebsgrößen und/oder der Umgebungsgrößen reagieren.
Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird vorzugsweise ein Fehler-Flag gesetzt, falls die Plausibilitätsprüfung einen unplausiblen Temperaturmesswert ergibt.
Darüber hinaus besteht im Rahmen der Erfindung die Möglichkeit, dass der modellierte Temperaturvergleichswert anstelle des Temperaturmesswerts zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet wird, falls die Plausibilitätsprüfung einen unplausiblen Temperaturmesswert ergibt.
Ferner besteht im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, dass auf einen Temperatursensor verzichtet wird. In diesem Fall wird zur Steuerung der Brennkraftmaschine ausschließlich der modellierte Temperaturvergleichswert verwendet.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass die Erfindung nicht nur das vorstehend beschriebene Verfahren zur Plausibilitätsprüfung umfasst, sondern auch eine elektronische Motorsteuerung für eine Brennkraftmaschine, welche das Verfahren zur Plausibilitätsprüfung ausführt.
Schließlich umfasst die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Motorsteuerung, die das erfindungsgemäße Verfahren ausführt.
Die einzige Figur zeigt das erfindungsgemäße Verfahren zur Plausibilitätsprüfung in Form eines Flussdiagramms.
In einem ersten Schritt S1 wird zunächst ein Temperaturmesswert T_MESS der Kühlmitteltemperatur mittels eines Temperatursensors gemessen, was an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist.
In einem zweiten Schritt S2 wird dann ein Temperaturvergleichswert T_REF ermittelt, wobei die Ermittlung des Temperaturvergleichwerts T_REF anhand eines thermophysikalischen Ersatzmodells der Brennkraftmaschine erfolgt. Im Rahmen des thermo-physikalischen Ersatzmodells der Brennkraftmaschine wird eine Wärmebilanz der Brennkraftmaschine berechnet, wobei die Wärmebilanz der Brennkraftmaschine zugeführte Wärmeströme, von der Brennkraftmaschine abgeführte Wärmeströme und die in der Brennkraftmaschine freigesetzte Verbrennungswärme berücksichtigt. Zur Berechnung der Wärmeströme und der freigesetzten Verbrennungswärme werden Betriebsgrößen (z. B. Einspritzmenge, Drehzahl, Abgastemperatur, etc.) und Umgebungsgrößen (z. B. Umgebungstemperatur) gemessen, um in Abhängigkeit von den Messwerten die Wärmeströme bzw. die freigesetzte Verbrennungswärme zu berechnen.
In einem dritten Schritt S3 wird dann eine Temperaturdifferenz ΔT = T_MESS – T_REF berechnet, wobei die Temperaturdifferenz ΔT die Abweichung zwischen dem Temperaturmesswert T_MESS und dem Temperaturvergleichswert T_REF wiedergibt.
In einem Schritt S4 wird dann überprüft, ob die Temperaturdifferenz ΔT einen vorgegebenen Maximalwert ΔT_MAX überschreitet.
Falls dies der Fall ist, so wird davon ausgegangen, dass der Temperaturmesswert T_MESS nicht plausibel ist, woraufhin in einem Schritt S5 ein Fehler-Flag gesetzt wird.
Darüber hinaus wird in diesem Fall in einem weiteren Schritt S6 festgelegt, dass für die Steuerung der Brennkraftmaschine nicht der unplausible Temperaturmesswert T_MESS verwendet wird, sondern der modellierte Temperaturvergleichswert T_REF.
Falls die Temperaturdifferenz ΔT den vorgegebenen Maximalwert ΔT_MAX dagegen nicht überschreitet, so wird davon ausgegangen, dass der Temperaturmesswert T_MESS plausibel ist, so dass in einem Schritt S7 kein Fehler-Flag gesetzt bzw. ein vorhandenes Fehler-Flag gelöscht wird.
Darüber hinaus wird in diesem Fall in einem weiteren Schritt S8 festgelegt, dass für die Steuerung der Brennkraftmaschine der plausible Temperaturmesswert T_MESS verwendet wird.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen.

Claims

Verfahren zur Plausibilitätsprüfung einer Temperaturmessung bei einer Brennkraftmaschine, mit den folgenden Schritten: a) Messen eines Temperaturmesswerts einer interessierenden Temperaturgröße der Brennkraftmaschine mittels eines Temperatursensors, b) Ermitteln eines Temperaturvergleichswerts der interessierenden Temperaturgröße, c) Vergleichen des Temperaturmesswerts mit dem Temperaturvergleichswert, d) Bestimmen der Plausibilität des Temperaturmesswerts in Abhängigkeit von dem Vergleich zwischen dem Temperaturmesswert und dem Temperaturvergleichswert, dadurch gekennzeichnet, dass das Bestimmen der Plausibilität gemäß folgender Schritte erfolgt: e) der Temperaturvergleichswert wird anhand eines thermophysikalischen Ersatzmodells der Brennkraftmaschine ermittelt, und f) im Rahmen des thermo-physikalischen Ersatzmodells der Brennkraftmaschine wird eine Wärmebilanz der Brennkraftmaschine berechnet, g) die Wärmebilanz des thermo-physikalischen Ersatzmodells der Brennkraftmaschine berücksichtigt die zugeführten Wärmeströme und von der Brennkraftmaschine abgeführten Wärmeströme sowie in der Brennkraftmaschine freigesetzte Verbrennungswärme.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebilanz folgende Wärmeströme berücksichtigt, die der Brennkraftmaschine zugeführt werden: a) Wärmestrom von einem elektrischen Antriebsmotor zu der Brennkraftmaschine, und/oder b) Wärmestrom von einer elektrischen Batterie, und/oder c) Wärmestrom von einem Wärmetauscher, insbesondere von einem Getriebeölkühler.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmebilanz folgende Wärmeströme berücksichtigt, die von der Brennkraftmaschine abgeführt werden: a) Wärmestrom eines Abgases der Brennkraftmaschine, b) Wärmestrom, der von einer Motorkühlung der Brennkraftmaschine abgeführt wird, und/oder c) Wärmestrom, der von einer Getriebeölkühlung der Brennkraftmaschine abgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Berechnung der Wärmeströme, die der Brennkraftmaschine zugeführt werden und/oder die von der Brennkraftmaschine abgeführt werden, Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine und/oder Umgebungsgrößen ermittelt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsgrößen der Brennkraftmaschine folgende Größen umfassen: a) Inneres Drehmoment der Brennkraftmaschine, b) Geschwindigkeit eines von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs, c) Einspritzmenge einer Einspritzanlage der Brennkraftmaschine, d) Drehzahl der Brennkraftmaschine, e) Abgastemperatur der Brennkraftmaschine, f) Ansteuerung eines Motorgebläses, g) Einstellung einer Innenraumheizung eines von der Brennkraftmaschine angetriebenen Kraftfahrzeugs, und/oder h) Leistungsverbrauch einer Leistungselektronik.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Umgebungsgrößen folgende Größen umfassen: a) Umgebungstemperatur und/oder b) Luftfeuchtigkeit der Umgebungsluft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das thermo-physikalische Ersatzmodell eine zeitliche Verzögerung berücksichtigt, mit der die der Brennkraftmaschine zugeführten Wärmeströme und/oder die von der Brennkraftmaschine abgeführten Wärmeströme auf eine Änderung der Betriebsgrößen und/oder der Umgebungsgrößen reagieren.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plausibilitätsprüfung für einen Kühlmitteltemperatursensor erfolgt.
Motorsteuerung für eine Brennkraftmaschine, wobei die Motorsteuerung das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausführt.
Kraftfahrzeug mit einer Motorsteuerung nach Anspruch 9.