DE102008054064A1

DE102008054064A1 - Physikalisch basiertes Öltemperaturmodell

Info

Publication number: DE102008054064A1
Application number: DE102008054064A
Authority: DE
Inventors: Chad W. Howell Lehner; Balaji Plymouth Maniam; Gary D. Mandrusiak; David A. Pinckney Smyczynski; Craig Novi Lash
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-11-05
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2009-06-25
Anticipated expiration: 2028-11-01
Also published as: CN101624928B; DE102008054064B4; US20090119056A1; CN101624928A; US8019568B2

Abstract

Ein System, das einen Eingang und ein Wärmedatenverarbeitungsmodul umfasst. Der Eingang empfängt beim Einschalten einer Maschine eine erste Öltemperatur eines Maschinenöls. Das Wärmedatenverarbeitungsmodul schätzt eine erste Wärmeübertragung von einem Kolben der Maschine auf das Maschinenöl. Das Wärmedatenverarbeitungsmodul schätzt eine zweite Wärmeübertragung vom Maschinenöl auf einen Maschinenblock der Maschine. Das Wärmedatenverarbeitungsmodul bestimmt das Maschinenöl auf Grundlage der ersten Öltemperatur und der ersten und der zweiten Wärmeübertragung eine zweite Öltemperatur.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 60/985,527, eingereicht am 5. November 2007. Der Offenbarungsgehalt der obigen Anmeldung ist hier durch Bezugnahme mit aufgenommen.
GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf Brennkraftmaschinen und insbesondere auf das Schätzen der Öltemperatur in einer Brennkraftmaschine mittels eines physikalisch basierten Modells.
HINTERGRUND
Die hier gegebene Beschreibung des Hintergrunds bezweckt eine allgemeine Darstellung des Kontexts der Offenbarung. Die Arbeit der genannten Erfinder, soweit sie in diesem Hintergrundabschnitt beschrieben wird, sowie Aspekte der Beschreibung, die nicht anderweitig als Stand der Technik zur Zeit der Anmeldung in Frage kommen, werden weder explizit noch implizit als Stand der Technik gegenüber der vorliegenden Offenbarung anerkannt.
In 1 ist zunächst eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Zylinders einer Brennkraftmaschine dargestellt. Eine Kurbelwelle 10 dreht sich in einem Hauptlager 12. Die Kurbelwelle 10 schließt an eine Verbindungsstange 14 an, die die Drehbewegung der Kurbelwelle 10 in eine Linearbe wegung eines Kolbens 16 umwandelt. Der Kolben 16 weist einen Mantel 18, einen oder mehrere Ringe 20 und einen Boden 22 auf. Der Kolben 16 bewegt sich im Inneren eines Maschinenblocks 30.
Der Maschinenblock 30 weist Fluiddurchgänge 32 für ein Maschinenkühlmittel (im Folgenden Kühlmittel) auf. Das Kühlmittel zirkuliert im Durchgang 32 und absorbiert Wärme. Das Kühlmittel wird dann durch einen Kühler 40 umgewälzt. Das Kühlmittel gibt Wärme an die durch den Kühler 40 strömende Luft ab. Die Kurbelwelle 10 kann in ein Ölbad (oder Öl) 50, das in einer Ölwanne 52 enthalten ist, getaucht sein. Das Öl 50 kann durch einen Ölkühler 54 umgewälzt werden. Der Ölkühler 54 kann seinen eigenen Kühler umfassen, um Wanne an die Umgebung abzugeben. Alternativ kann der Ölkühler 54 die Wärme mit dem Kühlmittel austauschen. Während der Produktentwicklung kann die Temperatur des Öls 50 mit einem Temperatursensor (nicht gezeigt), der gegebenenfalls verfügbar ist, gemessen werden.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein System umfasst einen Eingang und ein Wärmedatenverarbeitungsmodul. Der Eingang empfängt beim Einschalten einer Maschine eine erste Öltemperatur eines Maschinenöls. Das Wärmedatenverarbeitungsmodul schätzt eine erste Wärmeübertragung von einem Kolben der Maschine auf das Maschinenöl. Das Wärmedatenverarbeitungsmodul schätzt eine zweite Wärmeübertragung vom Maschinenöl auf einen Maschinenblock der Maschine. Das Wärmedatenverarbeitungsmodul bestimmt auf Grundlage der ersten Öltemperatur und der ersten und der zweiten Wärmeübertragung eine zweite Öltemperatur des Maschinenöls.
Das Wärmedatenverarbeitungsmodul schätzt die erste und die zweite Wärmeübertragung auf Grundlage der Geometrie der Maschine. Das Wärmedatenverarbeitungsmodul schätzt die erste und die zweite Wärmeübertragung mittels auf Grundlage von Wärmeleitfähigkeiten und Wärmeübertragungsflächen der Maschine erzeugten Leitwerten.
Das Wärmedatenverarbeitungsmodul schätzt eine Zirkulationsrate des Maschinenöls in einer Ölwanne der Maschine auf Grundlage einer Viskosität des Maschinenöls und/oder einer Differenz zwischen den Temperaturen des Maschinenöls in einem oberen und einem unteren Abschnitt der Ölwanne. Das Wärmedatenverarbeitungsmodul schätzt anhand der Rate die erste und die zweite Wärmeübertragung.
Ein Verfahren umfasst das Empfangen einer ersten Öltemperatur eines Maschinenöls beim Einschalten einer Maschine, das Schätzen einer ersten Wärmeübertragung von einem Kolben der Maschine auf das Maschinenöl und das Schätzen einer zweiten Wärmeübertragung vom Maschinenöl auf einen Maschinenblock der Maschine. Das Verfahren umfasst ferner das Bestimmen einer zweiten Öltemperatur des Maschinenöls auf Grundlage der ersten Öltemperatur und der ersten und der zweiten Wärmeübertragung.
Das Verfahren umfasst ferner das Schätzen der ersten und der zweiten Wärmeübertragung auf Grundlage der Geometrie der Maschine. Das Verfahren umfasst ferner das Erzeugen von Leitwerten auf Grundlage der Wärmeleitfähigkeit und der Wärmeübertragungsfläche der Maschine und das Schätzen der ersten und der zweiten Wärmeübertragung mittels der Leitwerte.
Das Verfahren umfasst ferner das Bestimmen einer Zirkulationsrate des Maschinenöls in einer Ölwanne der Maschine auf Grundlage einer Viskosität des Maschinenöls und/oder einer Differenz zwischen den Temperaturen des Maschinenöls in einem oberen und einem unteren Abschnitt der Ölwanne. Das Verfahren umfasst ferner das Schätzen der ersten und der zweiten Wärmeübertragung anhand der Rate.
Ein System umfasst ein Öltemperaturmodul und ein Wärmedatenverarbeitungsmodul. Das Öltemperaturmodul bestimmt beim Einschalten einer Maschine eine erste Öltemperatur eines Maschinenöls anhand einer Kühlmitteltemperatur eines Kühlmittels der Maschine. Das Wärmedatenverarbeitungsmodul schätzt eine erste Wärmeübertragung von einem Kolben der Maschine auf das Maschinenöl. Das Wärmedatenverarbeitungsmodul schätzt eine zweite Wärmeübertragung vom Maschinenöl auf einen Maschinenblock der Maschine. Das Wärmedatenverarbeitungsmodul bestimmt auf Grundlage der ersten Öltemperatur und der ersten und der zweiten Wärmeübertragung eine zweite Öltemperatur des Maschinenöls.
Das Öltemperaturmodul bestimmt die erste Öltemperatur anhand eines anhand der Kühlmitteltemperatur erzeugten Wärmeübertragungskoeffizienten. Das Öltemperaturmodul bestimmt die erste Öltemperatur anhand eines auf Grundlage des Luftdurchsatzes um eine Ölwanne der Maschine erzeugten Wärmeübertragungskoeffizienten. Das Öltemperaturmodul bestimmt die erste Öltemperatur auf Grundlage von Konvektionsflächen des Maschinenblocks und einer Ölwanne der Maschine. Das Öltemperaturmodul bestimmt die erste Öltemperatur auf Grundlage einer Masse und einer spezifischen Wärmekapazität der Maschine.
Das Öltemperaturmodul bestimmt die erste Öltemperatur auf Grundlage einer exponentiellen Abnahme der Kühlmitteltemperatur und/oder der Temperaturen des Maschinenblocks und des Maschinenöls auf eine Umgebungstemperatur. Die exponentielle Abnahme erfolgt zwischen einem ersten Zeitpunkt, zu dem die Maschine abgeschaltet wird, und einem zweiten Zeitpunkt, zu dem die Maschine angeschaltet wird.
Das System umfasst ferner ein Ölkühlermodul, das die durch ein Ölkühlmittel eines Ölkühlers vom Maschinenöl absorbierte Wärme schätzt. Das Wärmedatenverarbeitungsmodul bestimmt die zweite Öltemperatur anhand der durch das Ölkühlmittel vom Maschinenöl absorbierten Wärme.
Das System umfasst ferner ein Drehmomentschätzmodul, das anhand der zweiten Öltemperatur ein Maschinendrehmoment der Maschine schätzt.
Ein Verfahren umfasst das Bestimmen einer ersten Öltemperatur eines Maschinenöls beim Einschalten einer Maschine anhand einer Kühlmitteltemperatur eines Kühlmittels der Maschine. Das Verfahren umfasst ferner das Schätzen einer ersten Wärmeübertragung von einem Kolben der Maschine auf das Maschinenöl und das Schätzen einer zweiten Wärmeübertragung vom Maschinenöl auf einen Maschinenblock der Maschine. Das Verfahren umfasst ferner das Bestimmen einer zweiten Öltemperatur der Maschine auf Grundlage der ersten Öltemperatur und der ersten und der zweiten Wärmeübertragung.
Das Verfahren umfasst ferner das Erzeugen eines Wärmeübertragungskoeffizienten anhand der Kühlmitteltemperatur und das Bestimmen der ersten Öltemperatur anhand des Wärmeübertragungskoeffizienten. Das Verfahren umfasst ferner das Erzeugen eines Wärmeübertragungskoeffizienten anhand des Luftdurchsatzes um eine Ölwanne der Maschine und das Bestimmen der ersten Öltemperatur anhand des Wärmeübertragungskoeffizienten. Das Verfahren umfasst ferner das Bestimmen der ers ten Öltemperatur auf Grundlage von Konvektionsflächen des Maschinenblocks und einer Ölwanne der Maschine. Das Verfahren umfasst ferner das Bestimmen der ersten Öltemperatur auf Grundlage einer Masse und einer spezifischen Wärmekapazität der Maschine.
Das Verfahren umfasst ferner das Bestimmen der ersten Öltemperatur auf Grundlage einer exponentiellen Abnahme der Kühlmitteltemperatur und/oder der Temperaturen des Maschinenblocks und des Maschinenöls auf eine Umgebungstemperatur. Das Verfahren umfasst ferner das Bestimmen der exponentiellen Abnahme zwischen einem ersten Zeitpunkt, zu dem die Maschine abgeschaltet wird, und einem zweiten Zeitpunkt, zu dem die Maschine angeschaltet wird.
Das Verfahren umfasst ferner das Schätzen der durch ein Ölkühlmittel eines Ölkühlers vom Maschinenöl absorbierten Wärme und das Bestimmen der zweiten Öltemperatur anhand der durch das Ölkühlmittel vom Maschinenöl absorbierten Wärme.
Das Verfahren umfasst ferner das Schätzen eines Maschinendrehmoments der Maschine anhand der zweiten Öltemperatur.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Offenbarung wird vollständiger verstanden anhand der genauen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen. In den Zeichnungen zeigt:
1 eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Zylinders einer Brennkraftmaschine;
2 einen funktionalen Blockschaltplan einer beispielhaften Brennkraftmaschine;
3 Wärmequellen sowie Wärmeübertragungsbereiche im beispielhaften Zylinder;
4 beispielhafte Temperaturschätzpunkte, die beim Modellieren der Wärmeenergie einer Maschine gemäß der vorliegenden Offenbarung verwendet werden;
5 einen funktionalen Blockschaltplan eines beispielhaften Maschinensteuermoduls, der ein physikalisch basiertes Modell gemäß der vorliegenden Offenbarung in Kraft setzt;
6 einen funktionalen Blockschaltplan eines im Maschinensteuermodul von 5 verwendeten Öltemperaturbestimmungsmoduls;
7 einen funktionalen Blockschaltplan eines im Öltemperaturbestimmungsmodul von 6 verwendeten Parameterberechnungsmoduls;
8 einen funktionalen Blockschaltplan eines im Öltemperaturbestimmungsmodul von 6 verwendeten Wärmeberechnungsmoduls;
9 einen logischen Ablaufplan eines beispielhaften Verfahrens zum Schätzen einer anfänglichen Öltemperatur beim Fahrzeugstarten gemäß der vorliegenden Offenbarung;
10 einen funktionalen Blockschaltplan eines im Öltemperaturbestimmungsmodul von 6 verwendeten Ölkühlermoduls;
11 einen funktionalen Blockschaltplan eines im Ölkühlermodul von 10 verwendeten beispielhaften Kühlerwirkungsgradmoduls;
12 einen funktionalen Blockschaltplan eines im Ölkühlermodul von 10 verwendeten beispielhaften Kühlermoduls;
13 einen funktionalen Blockschaltplan eines im Ölkühlermodul von 10 verwendeten beispielhaften Öldurchsatzmoduls;
14 einen funktionalen Blockschaltplan eines im Kühlerwirkungsgradmodul von 11 verwendeten beispielhaften C_min-Moduls;
15 einen funktionalen Blockschaltplan eines im Kühlerwirkungsgradmodul von 11 verwendeten beispielhaften Ölfaktormoduls;
16 einen funktionalen Blockschaltplan eines im Kühlerwirkungsgradmodul von 11 verwendeten beispielhaften Kühlmittelfaktormoduls;
17 einen funktionalen Blockschaltplan eines im Kühlermodul von 12 verwendeten beispielhaften Kühlmitteldurchsatzmoduls; und
18 einen funktionalen Blockschaltplan eines im Kühlermodul von 12 verwendeten beispielhaften Kühlertemperaturmoduls.
GENAUE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach rein beispielhaft, wobei keineswegs beabsichtigt ist, die Offenbarung, ihre Anwendung oder ihre Verwendungen zu beschränken. Der Klarheit halber werden in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen zum Kennzeichnen ähnlicher Elemente verwendet. Der Ausdruck "wenigstens eines von A, B und C" soll als logisches "A oder B oder C" unter Verwendung eines nicht-exklusiven logischen ODER interpretiert werden. Wohlgemerkt können Schritte in einem Verfahren in unterschiedlicher Reihenfolge ausgeführt werden, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu verändern.
Der Begriff "Modul", wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, eigens zugewiesen oder für eine Gruppe) mit Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität verschaffen.
Das Modellieren der Öltemperatur kann die Kosten der Verwendung von Öltemperatursensoren vermeiden. Außerdem kann das Modellieren der Öltemperatur, wie es hier offenbart wird, die Genauigkeit des Öltemperaturmodells erhöhen. Herkömmliche Öltemperaturmodelle können eine umfangreiche Kalibrierung erfordern, können in bestimmten Betriebsbereichen ungenau sein und würden zur Anpassung an Veränderungen von Maschinenparametern (wie etwa der Zylindergröße oder der Ölwannenfläche) eine Neuentwicklung erfordern. Beispielsweise kann ein Regressionsmodell empirisch während der Kalibrierung erzeugt werden. Das Verän dern einer Maschinenabmessung oder das Hinzufügen eines Ölkühlers würde eine Neukalibrierung des Regressionsmodells erfordern.
Im Gegensatz dazu kann ein physikalisch basiertes Öltemperaturmodell, wie es hier offenbart wird, Maschinenentwurfsparameter und physikalische Konstanten zum Schätzen der Öltemperatur verwenden. Das physikalisch basierte Modell kann auf eine veränderte Maschine angewandt werden, indem ohne vollständige Neukalibrierung die geeigneten Parameter im physikalisch basierten Modell verändert werden. Dies kann den Kalibrierungsaufwand wesentlich verringern. Außerdem können Maschinenparameter zur Entwurfszeit ermittelt werden, womit das physikalisch basierte Modell vor Beginn der Kalibrierung bereit oder nahezu bereit stehen kann. Außerdem kann das physikalisch basierte Modell die Genauigkeit des Öltemperaturmodells erhöhen.
Vor einer ausführlichen Besprechung wird eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen gegeben. 2 zeigt einen funktionalen Blockschaltplan einer Maschine, bei der das physikalisch basierte Modell verwendet werden kann. 3 zeigt graphisch Quellen von Wärme und Wärmeübertragungsflächen in einem repräsentativen Zylinder. 4 zeigt graphisch beispielhafte Temperaturschätzpunkte, die beim Modellieren der Wärmeenergie der Maschine verwendet werden. 5 zeigt ein Beispiel des physikalisch basierten Modells, das in einem Maschinensteuermodul implementiert ist. Die 6, 7 und 8 zeigen beispielhafte Module, die beim Schätzen der Öltemperatur verwendet werden. 6 ist eine Übersicht. 7 berechnet Parameter für das physikalisch basierte Modell. 8 verwendet die Parameter, um Temperaturen in verschiedenen Maschinenbetriebsarten zu bestimmen. 9 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zum Schätzen der Öltemperatur beim Fahrzeugstarten. Die 10 bis 18 zeigen eine beispielhafte Implementierung des physikalisch basierten Modells für einen Ölkühler, das in das physikalisch basierte Öltemperaturmodell integriert sein kann.
In 2 ist ein funktionaler Blockschaltplan eines Maschinensystems 100 dargestellt. Das Maschinensystem 100 umfasst eine Maschine 102, die ein Luft/Kraftstoff-Gemisch verbrennt, um auf einem Fahrereingabemodul 104 basierend ein Antriebsmoment für ein Fahrzeug zu erzeugen. Durch eine Drosselklappe 112 wird Luft in einen Ansaugkrümmer 110 angesaugt. Ein Maschinensteuermodul (engine control module, ECM) 114 befielt einem Drosselklappenaktormodul 116, die Öffnung der Drosselklappe 112 zu regulieren, um die in den Ansaugkrümmer 110 angesaugte Luftmenge zu steuern.
Luft vom Ansaugkrümmer 110 wird in Zylinder der Maschine 102 angesaugt. Obwohl die Maschine 102 mehrere Zylinder umfassen kann, ist zwecks Veranschaulichung ein einziger repräsentativer Zylinder 118 gezeigt. Lediglich beispielhaft kann die Maschine 102 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12 und/oder 16 Zylinder umfassen. Das ECM 114 kann ein Zylinderaktormodul 120 anweisen, manche der Zylinder wahlweise zu deaktivieren, um die Kraftstoffwirtschaftlichkeit zu verbessern.
Durch ein Einlassventil 122 wird Luft vom Ansaugkrümmer 110 in den repräsentativen Zylinder 118 angesaugt. Das ECM 114 steuert die von einem Kraftstoffeinspritzsystem 124 eingespritzte Kraftstoffmenge. Das Kraftstoffeinspritzsystem 124 kann Kraftstoff an einem zentralen Ort einspritzen oder Kraftstoff an mehreren Orten wie etwa in der Nähe des Einlassventils eines jeden Zylinders in den Ansaugkrümmer 110 einspritzen. Alternativ kann das Kraftstoffeinspritzsystem 124 Kraftstoff direkt in die Zylinder einspritzen.
Der eingespritzte Kraftstoff vermischt sich mit der Luft und erzeugt das Luft/Kraftstoff-Gemisch im Zylinder 118. Ein Kolben (nicht gezeigt) im Zylinder 118 komprimiert das Luft/Kraftstoff-Gemisch. Auf Grundlage eines vom ECM 114 empfangenen Signals speist ein Zündfunkenaktormodul 126 eine Zündkerze 128 im Zylinder 118, die das Luft/Kraftstoff-Gemisch zündet. Die Steuerzeit des Zündfunkens kann bezüglich des Zeitpunkts, zu dem die Position des Kolbens einer als oberer Totpunkt (OT) bezeichneten obersten Position entspricht spezifiziert sein. Der OT ist ein Punkt, an dem das Luft/Kraftstoff-Gemisch am stärksten komprimiert ist.
Die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs treibt den Kolben nach unten, wodurch eine sich drehende Kurbelwelle (nicht gezeigt) angetrieben wird. Der Kolben beginnt dann, sich nach oben zu bewegen, und treibt Verbrennungsnebenprodukte durch ein Auslassventil 130 heraus. Die Verbrennungsnebenprodukte werden durch ein Abgassystem 134 vom Fahrzeug ausgestoßen.
Das Einlassventil 122 kann durch eine Einlassnockenwelle 140 gesteuert sein, während das Auslassventil 130 durch eine Auslassnockenwelle 142 gesteuert sein kann. Bei manchen Implementierungen können mehrere Einlassnockenwellen mehrere Einlassventile pro Zylinder steuern und/oder die Einlassventile mehrerer Zylinderreihen steuern. Ähnlich können mehrere Auslassnockenwellen mehrere Auslassventile pro Zylinder steuern und/oder Auslassventile für mehrere Zylinderreihen steuern. Das Zylinderaktormodul 120 kann Zylinder durch Stoppen der Beschaffung von Kraftstoff und Zündfunken deaktivieren. Alternativ oder zusätzlich kann das Zylinderaktormodul 120 Zylinder durch Abschaltung von Auslass- und/oder Einlassventilen der Zylinder deaktivieren.
Der Zeitpunkt, zu dem das Einlassventil 122 geöffnet wird, kann durch einen Eilassnockenwellensteller 148 bezüglich des Kolben-OT variiert werden. Der Zeitpunkt, zu dem das Auslassventil 130 geöffnet wird, kann durch einen Auslassnockenwellensteller 150 bezüglich des Kolben-OT variiert werden. Ein Phasenstelleraktormodul 158 steuert den Einlassnockenwellensteller 148 und den Auslassnockenwellensteller 150 anhand von Signalen, die vom ECM 114 empfangen werden.
Das Maschinensystem 100 kann eine Aufladevorrichtung umfassen, die dem Ansaugkrümmer 110 mit Druck beaufschlagte Luft zuführt. 1 zeigt beispielsweise einen Turbolader 160. Der Turbolader 160 wird durch Abgase angetrieben, die durch das Abgassystem 134 strömen, und führt dem Ansaugkrümmer 110 eine Druckluftladung zu. Die zum Erzeugen der Druckluftladung kann dem Ansaugkrümmer 110 entnommen werden.
Ein Ladedruckregelventil 164 kann den Abgasen das Umgehen des Turboladers 160 ermöglichen, wodurch die Leistung (oder Aufladung) des Turboladers 160 reduziert wird. Das ECM 114 steuert den Turbolader 160 über ein Aufladungsaktormodul 162. Das Aufladungsaktormodul 162 kann durch Steuerung der Stellung des Ladedruckregelventils 164 die Aufladung des Turboladers 160 modulieren. Die Druckluftladung wird dem Ansaugkrümmer 110 durch den Turbolader 160 zugeführt. Ein Zwischen- bzw. Ladeluftkühler (nicht gezeigt) kann einen Teil der Wärme der Druckluftladung abführen. Durch Kompression von Luft kann Wärme erzeugt werden, die durch die Nähe zum Abgassystem 134 zunehmen kann. Alternative Maschinensysteme können ein Aufladegerät umfassen, das dem Ansaugkrümmer 110 Druckluft zuführt und durch die Kurbelwelle angetrieben wird.
Das Maschinensystem 100 kann zahlreiche Ventile und Sensoren umfassen. Beispielsweise kann das Maschinensystem 100 ein Abgasrückführungs-(AGR)-Ventil 170 umfassen, das wahlweise Abgas zurück zum Ansaugkrümmer 110 umleitet. Das Maschinensystem 100 kann mittels eines Drehzahlsensors (RPM-Sensors) 180 die Drehzahl der Kurbelwelle in Umdrehungen pro Minute (RPM bzw. min^–1) messen. Die Temperatur des Kühlmittels kann mittels eines Kühlmitteltemperatur-(coolant temperature, ECT)-Sensors 182 gemessen werden. Der ECT-Sensor 182 kann in der Maschine 102 oder an anderen Orten, an denen das Kühlmittel umgewälzt wird, wie etwa einem Kühler (nicht gezeigt) angeordnet sein.
Der Druck im Ansaugkrümmer 110 kann mittels eines Krümmerabsolutdruck-(manifold absolute Pressure, MAP)- bzw. Absolutladedrucksensors 184 gemessen werden. Bei manchen Implementierungen kann der Maschinenunterdruck gemessen werden, wobei der Maschinenunterdruck die Differenz zwischen dem Umgebungsluftdruck und dem Druck im Ansaugkrümmer 110 ist. Die Masse der in den Ansaugkrümmer 110 strömenden Luft kann mittels eines Massenluftdurchfluss-(mass airflow, MAF)-Sensors 186 gemessen werden.
Das Drosselklappenaktormodul 116 kann die Stellung der Drosselklappe 112 mittels eines oder mehrerer Drosselklappenstellungssensoren (throttle Position sensors, TPS) 190 überwacht werden. Die Umgebungstemperatur von Luft, die in das Maschinensystem 100 angesaugt wird, kann mittels eines Ansauglufttemperatur-(intake air temperature, IAT)-Sensors 192 gemessen werden. Das ECM 114 kann zum Steuern des Maschinensystems 100 Signale verwenden, die von den Sensoren empfangen werden.
Das ECM 114 kann mit einem Getriebesteuermodul 194 kommunizieren, um das Schalten von Gängen in einem Getriebe (nicht gezeigt) zu koordi nieren. Beispielsweise kann das ECM 114 das Drehmoment während eines Schaltens reduzieren. Das ECM 114 kann mit einem Hybridsteuermodul 196 kommunizieren, um den Betrieb der Maschine 102 und eines Elektromotors 198 zu koordinieren. Der Elektromotor 198 kann auch als Generator dienen und dazu verwendet werden, elektrische Energie zur Verwendung von fahrzeugelektrischen Systemen zu erzeugen. Die elektrische Energie kann in einer Batterie (nicht gezeigt) gespeichert werden. Bei manchen Implementierungen können das Getriebesteuermodul 194 und das Hybridsteuermodul 196 in ein oder mehrere Module integriert sein.
Allgemein kann jedes System, das einen Maschinenparameter verändert, als Aktor bezeichnet werden. Beispielsweise kann das Drosselklappenaktormodul 116 die Klappenstellung und demgemäß den Durchlassquerschnitt der Drosselklappe 112 verändern. Das Drosselklappenaktormodul 116 kann daher als Drosselklappenaktor bezeichnet werden, wobei der Drosselklappendurchlassquerschnitt als Drosselklappenaktorstellung bezeichnet werden kann.
Ähnlich kann das Zündfunkenaktormodul 126 als Zündfunkenaktor bezeichnet werden, wobei die Zündfunkenaktorpositionen Werte der Frühverstellung und/oder der Spätverstellung umfassen können. Weitere Aktoren umfassen das Aufladungsaktormodul 162, das AGR-Ventil 170, die Phasenstelleraktormodule 158, das Kraftstoffeinspritzsystem 124 und das Zylinderaktormodul 120. Der Begriff "Aktorposition" bezüglich dieser Aktoren kann dem Ladedruck, der AGR-Ventilöffnung, den Einlass- und Auslassnockenwellenstellerwinkeln, dem Luft/Kraftstoff-Verhältnis bzw. der Anzahl aktivierter Zylinder entsprechen.
In 3 sind die Wärmeerzeugung und die Wärmeübertragung in einem repräsentativen Zylinder gezeigt. Wärme wird auf viele Arten erzeugt. Bei spielsweise wird Wärme durch die Verbrennung eines inneren Kraftstoffgemischs in der Verbrennungskammer erzeugt. Eine Verbrennungstemperatur kann eine Funktion des Luft/Kraftstoff-Verhältnisses, des Zündzeitpunkts, des Absolutladedrucks und/oder der Maschinendrehzahl sein. Die Wärme von der Verbrennung wird an umgebende innere Komponenten übertragen.
Wärme wird auch durch Reibung erzeugt (sogenannte Reibungswärme). Beispielsweise wird Reibungswärme durch die Reibung zwischen dem Kolben und der Kolbenlaufbuchse erzeugt. Weitere Quellen der Reibungswärme umfassen die Ölpumpe, das Hauptlager und die Nockenwellen.
Die Wärmeerzeugung kann auf Grundlage der Maschinendrehzahl und der Anzahl von Ventilen geschätzt werden. Wärme, die durch den Kolben erzeugt wird, kann mit der Bohrung und dem Hub der Maschine zusammenhängen. Wärme wird zwischen Maschinenkomponenten und dem Öl übertragen. Wärme wird auch zwischen Maschinenkomponenten einschließlich zwischen dem Block und dem zirkulierenden Kühlmittel übertragen. Ferner kann Wärme über einen optionalen Ölkühler vom Öl abgeführt werden. Wärme kann mit einer Rate, die mit der Fahrzeuggeschwindigkeit zusammenhängt, von der Ölwanne 52 abgestrahlt werden. Wärme kann im Ölbad 50 in der Ölwanne 52 mit einer Rate, die mit der Viskosität des Öls zusammenhängt, zirkulieren.
In 4 sind beispielhafte Knoten gezeigt, an denen Temperaturen im physikalisch basierten Ölmodell berechnet werden können. Der Knoten 1 repräsentiert die Temperatur infolge von durch Verbrennung erzeugter Wärme. Die gestrichelten Linien, die vom Knoten 1 zu den Knoten 2 und 8 gehen, repräsentieren die Übertragung von Wärme vom Verbrennungsgas auf den Kolbenboden bzw. die Kolbenlaufbuchse. Die Wärmeübertragung kann durch einen Wärmeübertragungskoeffizienten für Gas (HTCGas) beschrieben werden.
Der Knoten 3 repräsentiert die Temperatur an den Kolbenringen. Der Knoten 4 repräsentiert die Temperatur am Kolbenmantel. Die Knoten 8, 9 und 15 repräsentieren die Temperatur an verschiedenen Punkten im Maschinenblock. Der Knoten 15 ist in einem Quadrat anstatt einem Kreis gezeigt, um anzugeben, dass er einer Wärmekapazität zugeordnet ist. Ähnlich sind die Knoten U und L einer Wärmekapazität zugeordnet. Die Knoten U und L repräsentieren den oberen bzw. den unteren Abschnitt der Ölwanne.
Die Knoten 10 und 11 repräsentieren Temperaturen an verschiedenen Punkten in den Kühldurchgängen der Maschine. Die Wärmeübertragung zwischen dem Knoten U und den Knoten 2, 4, 9 und 15 können durch einen Wärmeübertragungskoeffizienten für Öl (HTC_ÖL) beschrieben werden. Außerdem ist die Wärmeübertragung zwischen dem Knoten 11 und dem Motorraum, die die Luft unter der Haube der Maschine sowie die Luft, die sich längs eines Unterbodens des Fahrzeugs bewegt, umfasst, gezeigt. Außerdem ist die zwischen dem optionalen Ölkühler und dem Öl in der Ölwanne übertragene Wärme gezeigt.
Der Wärmeübertragungskoeffizient zwischen dem Verbrennungsgas und den Maschinenkomponenten kann von der Einlassluftdurchflussmenge abgeleitet werden. Die an der Wärmeübertragung beteiligten Knoten sind der Kolbenboden (Knoten 2) und die Kolbenlaufbuchse (Knoten 8). Die Gleichung, die zum Bewerten des Wärmeübertragungskoeffizienten verwendet werden kann, lautet: htcGAS = C1·Ladung3 + C2·Ladung2 + C3·Ladung + C4 Ladung = (Luftdurchsatz + Kraftstoffdurchsatz)/Anzahl von Zylindern (in kg/s)
Die Leitwerte zwischen dem Knoten q1 und den Knoten 2 und 8 können erhalten werden, indem der Wärmeübertragungskoeffizient mit der entsprechenden Fläche für Wärmeübertragung multipliziert wird. Die Flächen können wie folgt berechnet werden, wobei L₁ die Strecke von der Oberseite des Kolbens bis zum ersten Kolbenring ist: A1 = π4 ·Bohrung2 + π·Bohrung·L1 A4 = π·Bohrung·Hub2
Der Wärmeübertragungskoeffizient zwischen Spritzöl (Knoten U) und der Maschine (Knoten 2, 4, 9 und 15) kann wie folgt anhand der Maschinendrehzahl geschätzt werden: htcÖL = 220(Drehzahl/5000)2·ÖlMFwobei die Größe "ÖlMF" eine Kalibrierungsvariable ist, die zunächst auf 1,0 gesetzt werden kann. Die Größe "ÖlMF" kann vergrößert werden, wenn das Modell durchweg niedrige Öltemperaturen vorhersagt.
Die Fläche für die Wärmeübertragung zwischen Spritzöl und jeweiligen Maschinenteilen kann wie folgt bestimmt werden: A007 = π4 (Bohrung – 2·Kolbendicke)2 A012 = π(Bohrung – 2·Kolbendicke)(Kolbenhöhe – Kolbenbodendicke) A013 = π·Bohrung·(T2 – T1) A021 = (Blockhöhe – Laufbuchsenlänge)(2·Blocklänge + 2·Blockweite)/Anz.von Zylindern,wobei

T2: = Laufbuchsenlänge – Hub – TRPos – Kopfzwischenraum
T1: = Kolbenhöhe – Kolbendicke – Hub/2
TRPos: = Strecke vom Kolbenboden bis zur Oberseite des ersten Rings

Die Wärmeübertragung zwischen den Maschinenkomponenten (z. B. durch Leitung) kann mittels der auf Grundlage der Geometrie der Maschine geschätzten modelliert werden. Der Konduktanz- bzw. Leitwert kann anhand der Wärmeleitfähigkeiten des Metalls und der Fläche für Wärmeübertragung berechnet werden. Die Fläche für Wärmeübertragung kann wie folgt bestimmt werden:
wobei der Ausdruck "TRPos" die Strecke vom Kolbenboden bis zur Oberseite des ersten Kolbenrings ist.
Um die Reibung am Kolbenmantel, am Hauptlager, an der Ölpumpe und an den Nockenwellen zu bewerten, können vom Modell vier Reibungswärmeerzeugungsausdrücke verwenden werden. Die an diesen Orten erzeugte Reibungswärme kann wie folgt berechnet werden QHAUPTLAGER = (0,0000217·Drehzahl2 – 0,00674·Drehzahl)·VCF QNOCKEN = (0,109·Drehzahl – 63)·VCF·(niv + nev)/4 QÖLPUMPE = (0,0694·Drehzahl – 57,5)·VCF QKOLBENHEMD = (0,0000263·Drehzahl2 + 0,0366·RPM)·VCF·Bohrung·Hub1,5/0,00228 VCF = –0,000000917·T3 + 0,000314·T2 – 0,0416·T + 2,88wobei der Ausdruck "VCF" ein Viskositätskorrekturfaktor ist, der der Veränderung der Reibungswärmeerzeugung mit der Ölviskosität Rechnung trägt. Die obigen Schätzwerte sind für einen einzelnen Zylinder und kön nen mit der Anzahl von Zylindern multipliziert werden, um die Gesamtreibungswärme zu erhalten.
Der Luftdurchsatz unterhalb der Ölwanne 52 beseitigt einen Teil der Wärme vom Öl. Die durch die Ölwanne 52 abgeleitete Wärmemenge kann auf der Unterbodenlufttemperatur und dem Unterbodenwärmeübertragungskoeffizienten basieren. Die über die Ölwanne 52 hinweg strömende Luft kann ein Gemisch aus Unterbodenluft, die unter dem Stoßfänger hindurch geht, und Luft, die durch den Kühler strömt, sein. Die vom Kühler kommende Luft ist durch vom Kühlmittel abgegebene Wärme erwärmt worden.
Beim Warmlaufen des Fahrzeugs und bei geschlossenem Thermostat ist die Kühlerwärmeübertragung nahezu null und somit die Kühleraustrittsluft nahe bei Umgebungstemperatur. Wenn sich der Thermostat öffnet und der Kühler beginnt, Maschinenwärme abzugeben, ist die aus dem Kühler austretende Luft wesentlich warmer. Bis eine Temperatur bei geöffnetem Thermostat erreicht ist, kann daher die Unterbodenlufttemperatur annähernd gleich der Umgebungstemperatur sein.
Sobald die Temperatur bei geöffnetem Thermostat erreicht ist, wird die Unterbodenlufttemperatur mittels der folgenden Gleichung geschätzt:
Als Startpunkte können ein Wert von 0,275 für die Konstante C₁ und ein Wert von 0,0 für die Konstante C₂ verwendet werden, obwohl C₂ nicht notwendigerweise 0 ist.
Die Wärmeübertragungskonduktanz für den Unterboden kann mittels der folgenden Gleichung modelliert werden: GUH – C3·AWANNE – Fahrzeuggeschwindigkeit + C4·AWANNE
Die Konstanten C₃ und C₄ können mit der Ölwannenmantelfläche ansteigen. Lediglich als Beispiel können C₃·A_WANNE gleich 0,098 und C₄·A_WANNE gleich 14,91 sein. Die Wahl von C₃ und C₄ kann das Verhalten des Öltemperaturmodells stark beeinflussen.
Die in 4 durch Kreise gezeigten Knoten sind nicht mit einer Wärmeleitfähigkeit verbunden, wobei ihre Temperatur mittels einer einfachen Gleichung bestimmt werden kann. Beispiele der Gleichungen umfassen:
Die Konduktanz- bzw. Leitwerte können erlangt werden, indem die Wärmeleitfähigkeit mit der entsprechenden Fläche multipliziert wird. Beispielsweise kann G₅, die Konduktanz des Knotens 5, erlangt werden, indem die Wärmeleitfähigkeit des Kolbens mit der Fläche A₅ multipliziert wird. Die Leitfähigkeit für Wärmeübertragung vom Gas und vom Öl kann gegeben sein durch die folgende Gleichung: G1 = htcGAS·A1 G4 = htcGAS – A4 G007 = 1,5·htcÖL·A7 G012 = 1,5·htcÖL·A12 G013 = 1,5·htcÖL·A13 G021 = 4,0·htcÖL·A21 wobei htc_GAS der Wärmeübertragungskoeffizient der Wärmeübertragung vom Verbrennungsgas zur Kolbenlaufbuchse ist und htc_ÖL der Wärmeübertragungskoeffizient der Wärmeübertragung vom Spritzöl ist.
Die drei mit Quadraten gezeigten Knoten, die Knoten U und L, sowie der Maschinenblockknoten 15 sind mit einer wesentlichen Wärmekapazität verbunden. Das Energiegleichgewicht für diese Knoten kann durch die folgenden Differentialgleichungen dargestellt werden. Die Differentialgleichungen werden für den oberen Abschnitt der Ölwanne, den unteren Abschnitt der Ölwanne bzw. den Maschinenblock verwendet.
wobei die Größen (mC_p)_OU und (mC_P)_OL die Wärmekapazität des oberen bzw. des unteren Abschnitts der Ölwanne repräsentieren und jeweils gleich der halben Wärmekapazität des Öls in der Maschine sein sollten. Die Größe (mCP)_Block ist die Wärmekapazität des Blocks. Die Größe ṁ_C ist ein Schätzwert des Grads der Vermischung von Öl zwischen dem unteren und dem oberen Abschnitt der Wanne und ist ein in kg/s gemessener Durchsatz.
Die zum Berechnen dieses Durchsatzes verwendete Gleichung lautet wie folgt: ṁCCPO = MFOF (0,00000191·T4OU + 0,000311·T3OU + 0,0202·T3OU + 0,633·TOU + 8,23)wobei der Faktor MF_OF ein Öldurchsatzmultiplikationsfaktor ist. Der Faktor MF_OF kann 1,0 sein, wenn die Umgebungstemperatur kalt ist. Der Faktor MF_OF kann verkleinert werden, bis ein zufrieden stellendes Ergebnis erreicht ist. Der Faktor MF_OF kann verkleinert werden, sobald sich die Maschine erwärmt und wenn die Temperaturdifferenz zwischen dem oberen und dem unteren Abschnitt der Ölpumpe vernachlässigbar ist. Die Wahl des Faktors MF_OF kann sich gleichfalls stark auf das Verhalten des physikalisch basierten Modells auswirken.
Die Konstanten C₁ und C₂ können anhand von Testdaten für Bedingungen unter Wannenumgebungstemperatur abgestimmt werden. Die Konstante MF_OF kann anhand der Differenz zwischen den Temperaturen des oberen und des unteren Abschnitts der Ölwanne abgestimmt werden. Die Konstante MF_OF kann verkleinert werden, wenn di Temperaturdifferenz größer ist. Die Konstante MF_OF kann im Bereich zwischen 0,01 bis 1,0 liegen. Die Konstanten C₃ und C₄ können nach Wahl des Faktors und der Konstanten C₁ und C₂ so abgestimmt werden, dass sie der gemessenen Öltemperatur entsprechen.
Um das Fahrzeug zu kalibrieren, kann es kalt gestartet und bei –7°C auf 65 mph (Meilen pro Stunde) beschleunigt werden. Während dieser Beschleunigung können Daten aufgezeichnet werden. Daten können für Temperaturen bei stetigen Geschwindigkeiten von 25 mph, 45 mph bzw. 85 mph aufgezeichnet werden. Die Tests können dann bei 43°C wiederholt werden. Wenn die Maschine in Mehrfachanwendungen verwendet wird, muss der Test bei –7°C nur für eine Anwendung ausgeführt werden. Tests bei 43°C können für jede Anwendung ausgeführt werden. Mehrfachanwendungen können durch Variieren der Konstanten C₁ und C₂ in Einklang gebracht werden.
In 5 ist ein funktionaler Blockschaltplan einer beispielhaften Implementierung des Maschinensteuermoduls 114 dargestellt. Das Maschinensteuermodul 114 umfasst ein Öltemperaturmodul 202. Das Öltemperaturmodul 202 umfasst ein Öltemperaturbestimmungsmodul 204 und ein Schätzungsgültigkeitsbestimmungsmodul 206. Das Öltemperaturbestimmungsmodul 204 gibt auf Grundlage zahlreicher Parameter eine Öltemperatur aus. Die Parameter umfassen die Anzahl von Zylindern in der Maschine, ein Äquivalenzverhältnis (ein Verhältnis von Luft/Kraftstoff zu stöchiometrisch), eine Ansaugtemperatur, eine Fahrzeuggeschwindigkeit, eine Maschinendrehzahl, ein Maschinenluftdurchsatz, eine Kühlmitteltemperatur, die Anzahl mit Kraftstoff versorgter Zylinder, die Kühlmitteltemperatur bei Abschaltung, die Öltemperatur bei Abschaltung und die Umgebungstemperatur. Außerdem gibt das Öltemperaturbestimmungsmodul 204 eine Öltemperatur auf Grundlage dessen, dass die Öltemperatur bei Abschaltung gültig ist und dass die Umgebungstemperatur gültig ist, aus.
Die Öltemperatur wird von einem Abhilfsmaßnahmemodul 220 und einem Drehmomentsteuer- und -schätzmodul 230 empfangen. Das Schätzungsgültigkeitsbestimmungsmodul 206 gibt auf Grundlage zahlreicher Faktoren ein Signal aus, das angibt, ob die Öltemperatur gültig ist. Die Faktoren umfassen eine Angabe, ob die Umgebungstemperatur gültig ist, die Fahrzeuggeschwindigkeitszuverlässigkeit, den Massenluftdurchfluss, die Sensorzuverlässigkeit, den Absolutladedruck (MAP), die Maschinenkühlmitteltemperatur-(ECT)-Sensorzuverlässigkeit, die Ansauglufttemperatur(IAT)-Sensorzuverlässigkeit und die IAT-Sensorschaltungszuverlässigkeit.
Auf Grundlage der Öltemperatur und dessen, dass die Öltemperatur gültig ist, ermittelt das Abhilfsmaßnahmemodul 220, ob die Öltemperatur in einem annehmbaren Bereich liegt. Wenn die Öltemperatur einen Schwellenwert übersteigt, kann das Abhilfsmaßnahmemodul 220 das Maschinendrehmoment verkleinern, einen Warnanzeiger zum Leuchten bringen, Fehlercodes setzen und/oder irgendeine andere geeignete Abhilfsmaßnahme treffen. Das Drehmomentsteuer- und -schätzmodul 230 kann die Öltemperatur dazu verwenden, den momentanen Betrag des von der Maschine erzeugten Drehmoments zu schätzen und die gewünschten Aktorpositionen zum Erzielen des gewünschten Drehmoments zu bestimmen. Aktorpositionen wie etwa die Drosselklappenfläche bzw. der Drosselklappendurchlassquerschnitt können sich verändern, wenn sich die Öltemperatur verändert. Außerdem kann die in der Maschine eingerichtete Drehmomentreserve, bei der der Zündfunken gegenüber einem kalibrierten Wert verzögert wird, um eine schnelle Zunahme des Drehmoments zu ermöglichen, von der Öltemperatur abhängig sein.
In 6 ist ein funktionaler Blockschaltplan einer beispielhaften Implementierung des Öltemperaturbestimmungsmoduls 204 dargestellt. Das Öltemperaturbestimmungsmodul 204 umfasst ein Eingabeumsetzungs modul 250, ein Parameterberechnungsmodul 252, ein Ölkühlermodul 254, ein Wärmeberechnungsmodul 256 und ein Ausgabemodul 258.
Das Eingabeumsetzungsmodul 250 setzt die Einheiten ankommender Werte in geeignete Einheiten für das physikalisch basierte Öltemperaturmodell um. Das Eingabeumsetzungsmodul 250 kann außerdem verschiedene Eingaben Puffern und/oder filtern. Das Eingabeumsetzungsmodul 250 gibt die Anzahl von Zylindern, das Äquivalenzverhältnis, die Fahrzeuggeschwindigkeit, die Umgebungstemperatur, die Maschinendrehzahl und den Maschinenluftdurchsatz an das Parameterberechnungsmodul 252 aus. Das Eingabeumsetzungsmodul 250 gibt außerdem die Kühlmitteltemperatur, die Anzahl mit Kraftstoff versorgter Zylinder, die Kühlmitteltemperatur bei Abschaltung und eine Angabe darüber, ob die Öltemperatur bei Abschaltung gültig war, an das Wärmeberechnungsmodul 256 aus.
Das Parameterberechnungsmodul 252 bestimmt Wärmeübertragungskoeffizienten und Reibungsleitwerte. Die Wärmeübertragungskoeffizienten umfassen Wärmeübertragungskoeffizienten zwischen dem Verbrennungsgas und dem Kolben, zwischen dem Verbrennungsgas und der Kolbenlaufbuchse, zwischen dem Öl und dem Block, zwischen dem Öl und dem Kolbenboden, zwischen dem Öl und der Kolbenwand, zwischen dem Öl und der Kolbenlaufbuchse und zwischen der Ölwanne und der Motorraumluft. Die Reibungsleitwerte umfassen an das Wärmeberechnungsmodul 256 geschickte Reibungsleitwerte für das Hauptlager, der Kolbenmantel, den Nocken und die Ölpumpe. Das Parameterberechnungsmodul 252 gibt die Wärmeübertragungskoeffizienten und die Reibungsleitwerte an das Wärmeberechnungsmodul 256 aus. Außerdem gibt das Parameterberechnungsmodul 252 eine Motorraumtemperatur, eine Gastempera tur und einen Wannen-Öldurchsatzwert an das Wärmeberechnungsmodul 256 aus.
Das Wärmeberechnungsmodul 256 empfangt vom Eingabeumsetzungsmodul 250 eine Anzahl von Zylindern. Wenn ein Ölkühler vorhanden ist, empfangt das Wärmeberechnungsmodul 256 vom Ölkühlermodul 254 einen Ölkühlerleitwert. Das Wärmeberechnungsmodul 256 gibt eine Temperatur der oberen Ölwanne und eine Temperatur der unteren Ölwanne an das Ausgabemodul 258 aus. Das Wärmeberechnungsmodul 256 gibt die Temperatur der oberen Ölwanne auch an das Parameterberechnungsmodul 252 aus. Das Ausgabemodul 258 gibt auf Grundlage der Temperaturen in dem oberen und dem unteren Abschnitt der Ölwanne eine einzige Öltemperatur aus. Das Ausgabemodul 258 bildet diese Kombination auf Grundlage einer Ausgabekalibrierung.
Bei manchen Implementierungen kann die Ausgabekalibrierung das Ausgabemodul 258 anweisen, als Gesamt-Öltemperatur an die Ausgabe die Temperatur der oberen Ölwanne zu wählen. Dies kann einen konservativeren (höheren) Schätzwert der Öltemperatur verschaffen, um Maschinenkomponenten wie etwa die Nockenwellen zu schützen. Bei manchen Implementierungen kann die Ausgabekalibrierung zwischen 0 und 1 gesetzt werden, wobei die Öltemperaturausgabe eine Mischung aus der Temperatur der unteren Ölwanne und der Temperatur der oberen Ölwanne ist.
In 7 ist ein funktionaler Blockschaltplan einer beispielhaften Implementierung des Parameterberechnungsmoduls 252 dargestellt. Das Parameterberechnungsmodul 252 umfasst ein Wärmeübertragungs- und Ölviskositätsberechnungsmodul 302. Das Wärmeübertragungs- und Ölviskositätsberechnungsmodul 302 bestimmt den Wärmeübertragungskoeffizienten für Verbrennungsgas und für Öl. Außerdem gibt das Wärmeüber tragungs- und Ölviskositätsberechnungsmodul 302 einen Ölviskositätsfaktor und einen Wannen-Öldurchsatz aus. Das Wärmeübertragungs- und Ölviskositätsberechnungsmodul 302 bestimmt diese Werte auf Grundlage der Anzahl von Zylindern, des Äquivalenzverhältnisses, der Temperatur der oberen Wanne, des Maschinenluftdurchsatzes und der Maschinendrehzahl.
Der Ölviskositätsfaktor wird von einem Spritzöl/Maschinenblock-Wärmeübertragungsmodul 304 und einem Reibungsberechnungsmodul 306 empfangen. Ein Flächenberechnungsmodul 308 empfängt die Anzahl von Zylindern und gibt entsprechende Leitungsflächen zwischen dem Verbrennungsgas und dem Kolben, dem Gas und der Kolbenlaufbuchse, dem Öl und dem Block, dem Öl und dem Kolbenboden, dem Öl und der Kolbenwand und dem Öl und der Laufbuchse aus. Das Spritzöl/Maschinenblock-Wärmeübertragungsmodul 304 empfängt diese Flächen und gibt Wärmeübertragungskoeffizienten aus.
Das Reibungsberechnungsmodul 306 empfängt die Maschinendrehzahl und den Ölviskositätsfaktor. Das Reibungsberechnungsmodul 306 gibt Reibungsleitwerte für das Hauptlager, der Kolbenmantel, den Durchgangsnocken und die Ölpumpe aus. Ein Motorraumbestimmungsmodul 310 empfangt die Maschinendrehzahl, die Fahrzeuggeschwindigkeit und die Umgebungstemperatur. Das Motorraumbestimmungsmodul 310 erzeugt eine Motorraumtemperatur und einen Wärmeübertragungskoeffizienten zwischen der Ölwanne und der Motorraumluft. Ein Verbrennungstemperaturmodul 312 erzeugt eine Verbrennungsgastemperatur. Bei manchen Implementierungen kann eine Konstante eine hinreichende Genauigkeit verschaffen. Die Konstante kann 1100°C sein.
In 8 ist ein funktionaler Blockschaltplan einer beispielhaften Implementierung des Wärmeberechnungsmoduls 256 dargestellt. Das Wärmeberechnungsmodul 256 umfasst ein Initialisierungsmodul 404. Das Initialisierungsmodul 404 empfängt die Kühlmitteltemperatur, die Kühlmitteltemperatur bei Abschaltung, eine Angabe, ob die Öltemperatur bei Abschaltung gültig war, und die Umgebungstemperatur.
Wie mit Bezug auf 9 ausführlicher beschrieben wird, bestimmt das Initialisierungsmodul 404 anfängliche Temperaturen für den Maschinenblock, die obere Ölwanne und die untere Ölwanne sowie die anfängliche Öltemperatur. Nachdem die Maschine abgeschaltet worden ist, nähert sich die Temperatur des Maschinenblocks der Temperatur des Kühlmittels an. Außerdem nähern sich die Temperatur des Kühlmittels und die Temperatur des Öls der Umgebungstemperatur an.
Die Initialisierungswerte für den Maschinenblock, die obere Ölwanne und die untere Ölwanne werden von Auswahlmodulen 410, 412 bzw. 414 empfangen. Die Auswahlmodule 410, 412 und 414 wählen diejenige Eingabe aus, die zuletzt empfangen wurde. Mit anderen Worten, auf das Starten hin wählen die Auswahlmodule 410, 412 und 414 einen vom Initialisierungsmodul 404 empfangenen Wert aus. Sobald die Auswahlmodule 410, 412 und 414 berechnete oder geschätzte Werte empfangen, werden diese neu empfangenen Werte ausgegeben. Die Auswahlmodule 410, 412 und 414 können auch 0 in Initialisierungseingaben empfangen, was die Temperaturen auf einen Rücksetzwert wie etwa 0°C zurücksetzt.
Die in 4 mit Quadraten markierten Knoten besitzen jeweils ihr eigenes Berechnungsmodul. Jedes Modul, das einem Knoten mit Wärmekapazität zugeordnet ist, kann einen Integrator umfassen, der die Differentialgleichung für jenen Knoten löst.
Die Temperatur des Maschinenblocks wird durch ein Maschinenblockmodul 420 bestimmt. Die Temperatur der unteren Ölwanne wird durch ein Modul für untere Ölwanne 422 bestimmt. Die Temperatur der oberen Ölwanne wird durch ein Modul für obere Ölwanne 424 bestimmt.
Die in 4 durch Kreise angegebenen Knoten werden durch ein Modul für einfache Knoten 430 bestimmt. Das Modul für einfache Knoten 430 kann in zwei Sätze unterteilt werden, einen für aktivierte Zylinder und einen für deaktivierte Zylinder. Diese Unterteilung kann bei einer Maschine geschehen, die ein aktives Kraftstoffmanagement (active fuel management, AFM) anbietet. Bei AFM werden manche oder sämtliche der Zylinder deaktiviert, um die Kraftstoffeinsparung zu erhöhen, wenn nicht von allen Zylindern ein Drehmoment gefordert wird. Deaktivierte Zylinder empfangen keinen Kraftstoff und enthalten daher kein Verbrennungsgas zum Erzeugen von Wärme. Für die durch AFM deaktivierten Zylinder kann die Verbrennungsgastemperatur auf die Kühlmitteltemperatur gesetzt werden.
Das Modul für einfache Knoten 430 empfängt Wärmeübertragungskoeffizienten für Öl und Kolbenboden, Öl und Kolbenwand, Öl und Laufbuchse sowie Gas und Laufbuchse. Das Modul für einfache Knoten 430 empfängt außerdem die Kühlmitteltemperatur, die Verbrennungsgastemperatur und den Leitwert für den Kolbenmantel. Außerdem empfangt das Modul für einfache Knoten 430 die Temperatur der oberen Ölwanne vom Auswahlmodul 412 und die anfängliche Öltemperatur vom Initialisierungsmodul 404. Das Modul für einfache Knoten 430 gibt dann sechs Knotentemperaturwerte an das Modul für obere Ölwanne 424 aus.
Das Modul für untere Ölwanne 422 empfängt den Wannen-Öldurchsatzwert, die Motorraumtemperatur, den Wärmeübertragungskoeffizienten für die Motorraumluft, die Temperatur der oberen Ölwanne und die anfängliche Öltemperatur. Auf Grundlage dieser Werte und eines vorherigen Werts der Temperatur der unteren Ölwanne gibt das Modul für untere Ölwanne 422 eine Temperatur für untere Ölwanne an das Auswahlmodul 414 aus.
Das Modul für obere Ölwanne gibt auf Grundlage zahlreicher empfangener Eingaben eine Temperatur für obere Ölwanne an das Auswahlmodul 412 aus. Die Eingaben umfassen den vorherigen Wert der Temperatur der unteren Ölwanne, die Maschinenblocktemperatur, den vorherigen Wert der Temperatur der oberen Ölwanne, die anfängliche Öltemperatur, die Anzahl mit Kraftstoff versorgter Zylinder, die Anzahl von Zylindern, die Einfachknotentemperaturen vom Modul für einfache Knoten 430, den Wannen-Öldurchsatzwert und vom Parameterberechnungsmodul 252 empfangene Werte.
Die vom Parameterberechnungsmodul 252 empfangenen Werte umfassen die Leitwerte für den Ölkühler, das Hauptlager, den Nocken und die Ölpumpe sowie die Wärmeübertragungskoeffizienten von Öl auf Kolbenboden, Öl auf Kolbenwand, Öl auf Laufbuchse und Öl auf Block. Ein Register 440 speichert den Wert der Temperatur für obere Ölwanne und gibt die Temperatur für obere Ölwanne vom Wärmeberechnungsmodul 256 aus.
In 9 ist ein Ablaufplan dargestellt, der beispielhafte Schritte zeigt, die beim Bestimmen der anfänglichen Öltemperatur ausgeführt werden. Diese Schritte können vom Initialisierungsmodul 404 von 8 ausgeführt werden. Bevor der Ablaufplan beschrieben wird, wird ein zum Schätzen der anfänglichen Temperatur verwendetes mathematisches Modell besprochen.
Wenn sich die Maschine abkühlt, verringert Konvektion vom Maschinenblock die Temperatur des Kühlmittels. Konvektion von der Ölwanne senkt die Temperatur des Öls. Die Konvektion von der Ölwanne und die Konvektion vom Maschinenblock können wie folgt bestimmt werden: Konvektion von der Ölwanne = htc·Awannenoberfläche·(TWanne – TUmgebung) Konvektion vom Block = htc·ABlockoberfläche·(TBlock – TUmgebung)
Die Konvektionsflächen der Maschinenblockoberfläche und der Wannenoberfläche können wie folgt bestimmt werden, obwohl wirklich gemessene Werte verwendet werden können: ABlockoberfläche = 2·Blockhöhe·(Blocklänge + Blockweite) AWannenoberfläche ≈ 1,5·(Blocklänge·Blockweite)
Beim Berechnen von Zeitkonstanten der Temperaturänderung können die Masse und die spezifischen Wärmekapazität der Maschine verwendet werden. Ein Produkt aus Masse und spezifischer Wärmekapazität kann als MC_P definiert werden. Beispielsweise kann die Masse mal spezifische Wärmekapazität des Maschinenblocks wie folgt definiert sein: MCP Block = MCP Block Metall + MCP Block Kühlmittel MCP Block Kühlmittel ≈ 1,4·Maschinenhubraum·3660
Die Temperaturänderung sowohl des Maschinenblocks als auch des Öls können als exponentielle Abnahmen auf die Umgebungstemperatur modelliert werden. Nachstehend sind beispielhafte Temperaturgleichungen und Zeitkonstanten gezeigt:
wobei htc der Motorraum-Wärmeübertragungskoeffizient ist.
Die Kühlmitteltemperatur kann mittels eines Kühlmittelsensors gemessen werden. Es darf als hinreichend genau angenommen werden, dass die Temperatur des Maschinenblocks annähernd gleich der Temperatur des Kühlmittels ist. Die Temperatur des Maschinenblocks kann beim letzten Schlüsselabziehen, bei dem die Maschine abgeschaltet wurde, gespeichert worden sein.
Bei Kenntnis der Umgebungslufttemperatur kann die obige Gleichung für T_Block nach τ_Block, der einzigen Unbekannten, aufgelöst werden. Der Wärmeübertragungskoeffizient htc kann daher anhand von τ_Block, MC_{P Block} und A_Block bestimmt werden. Der für htc erhaltene Wert kann dann zum Bestimmen von τ_Öl verwendet werden. Der Ausdruck für T_Öl kann dann bewertet werden, wobei er eine Näherung für die momentane Öltemperatur ergibt.
Der Wert für das oben bestimmte htc kann begrenzt werden, um fehlerhafte Berechnungen zu vermeiden. Beispielsweise können ein maximales und ein minimales htc wie folgt identifiziert werden: Max htc ≈ 20 W /m2 – K Min htc = 6 W/m2 – K
Um auf 9 zurückzukommen, beginnt die Steuerung mit dem Schritt 502, wo die Umgebungstemperatur gemessen wird. Die Steuerung fährt mit dem Schritt 504 fort, wo die Kühlmitteltemperatur gemessen wird. Es darf angenommen werden, dass die Kühlmitteltemperatur und die Maschinenblocktemperatur annähernd gleich sind. Die Steuerung fährt mit dem Schritt 506 fort, wo die Steuerung die Differenz zwischen der gemessenen Kühlmitteltemperatur und jener Kühlmitteltemperatur, die gemessen wurde, als der Schlüssel das letzte Mal abgezogen wurde, bestimmt. Die Steuerung fährt mit dem Schritt 508 fort, wo der Wärmeübertragungskoeffizient htc ermittelt wird. Die Steuerung fährt mit dem Schritt 510 fort, wo ein unterer und ein oberer Grenzwert auf den Wärmeübertragungskoeffizienten angewandt werden kann. Die Steuerung fährt mit dem Schritt 512 fort, wo auf Grundlage des berechneten Wärmeübertragungskoeffizienten, der Umgebungstemperatur und der vorherigen Öltemperatur die momentane Öltemperatur bestimmt wird.
In 10 ist ein funktionaler Blockschaltplan einer beispielhaften Implementierung des Ölkühlermoduls 254 dargestellt. Das Ölkühlermodul 254 umfasst ein Öldurchsatzmodul 602, das die Maschinendrehzahl empfängt und das ein Öldurchsatzsignal an ein Kühlerwirkungsgradmodul 604 ausgibt. Das Ölkühlermodul 254 umfasst außerdem ein Kühlermodul 606, das die Maschinendrehzahl, die Kühlmitteltemperatur, den Maschinenluftdurchsatz und die Umgebungstemperatur empfängt. Das Kühlermodul 606 gibt ein Kühlmitteldurchsatzsignal und eine Temperatur des austretenden Kühlmittels an das Kühlerwirkungsgradmodul 604 aus. Ein Subtraktionsmodul 608 subtrahiert die Temperatur des austretenden Kühlmittels von der Öltemperatur. Ein Multiplikationsmodul 610 multipliziert ein Signal, das angibt, ob der Ölkühler vorhanden ist, mit dem Kühlerwirkungsgrad und C_min-Werten vom Kühlerwirkungsgradmodul 604. Das Multiplikationsmodul 610 multipliziert außerdem eine Ausgabe des Subtraktionsmoduls 608. Die Ausgabe des Multiplikationsmoduls 610 ist der Leitwert für den Ölkühler.
In 11 ist ein funktionaler Blockschaltplan einer beispielhaften Implementierung des Kühlerwirkungsgradmoduls 604 dargestellt. Das Kühlerwirkungsgradmodul 604 umfasst ein C_min-Modul 620, ein Ölfaktormodul 622 und ein Kühlmittelfaktormodul 624. Das C_min-Modul 620 gibt auf Grundlage des Kühlmitteldurchsatzsignals und des Öldurchsatzsignals einen C_min-Wert aus. Das Ölfaktormodul 622 erzeugt anhand des Öldurchsatzwerts eine Ausgabe. Das Kühlmittelfaktormodul 624 erzeugt auf Grundlage der Umgebungstemperatur und der Temperatur des aus dem Kühler austretenden Kühlmittels eine Ausgabe. Ein Multiplikationsmodul 626 multipliziert die Ausgaben des Ölfaktormoduls 622 und des Kühlmittelfaktormoduls 624.
In 12 ist ein funktionaler Blockschaltplan einer beispielhaften Implementierung des Kühlermoduls 606 dargestellt. Das Kühlermodul 606 umfasst ein Kühlmitteldurchsatzmodul 640 und ein Kühlertemperaturmodul 642. Das Kühlmitteldurchsatzmodul 640 erzeugt auf Grundlage der Maschinendrehzahl und der Kühlmitteltemperatur einen Kühlmitteldurchsatzwert. Beispielsweise kann das Kühlmitteldurchsatzmodul 640 den Kühlmitteldurchsatzwert wie folgt erzeugen:
Das Kühlertemperaturmodul 642 gibt auf Grundlage des Kühlmitteldurchsatzwerts, der Kühlmitteltemperatur, des Maschinenluftdurchsatzes und der Umgebungstemperatur eine Temperatur des austretenden Kühlmittels aus.
In 13 ist ein funktionaler Blockschaltplan einer beispielhaften Implementierung des Öldurchsatzmoduls 602 dargestellt. Das Öldurchsatzmodul 602 umfasst ein erstes und ein zweites Divisionsmodul 660 und 662 sowie ein erstes und ein zweites Multiplikationsmodul 664 und 666. Das Öldurchsatzmodul 602 umfasst außerdem ein Minimummodul 668 und ein Maximummodul 670. Das Öldurchsatzmodul 602 erzeugt den Öldurchsatz wie folgt:
Das erste Divisionsmodul 660 dividiert die Maschinendrehzahl durch C₁. Das zweite Divisionsmodul 662 dividiert C₃ durch C₄. Das erste Multiplikationsmodul 664 multipliziert die Ausgabe des ersten Divisionsmoduls 660 mit C₂. Das Minimummodul 668 gibt das Minimum von C₂ und die Ausgabe des Multiplikationsmoduls 664 aus. Das zweite Multiplikationsmodul 666 multipliziert die Ausgabe des Minimummoduls 668 mit der Ausgabe des Divisionsmoduls 662. Das Maximummodul 670 gibt das Maximum unter der Ausgabe des Multiplikationsmoduls 666 und einer Konstanten wie etwa 0,0000001 aus.
In 14 ist ein funktionaler Blockschaltplan einer beispielhaften Implementierung des C_min-Moduls 620 dargestellt. Das C_min-Modul 620 umfasst ein erstes und ein zweites Multiplikationsmodul 680 und 682. Von einem Minimummodul 684 wird das Minimum unter den Ausgaben der Multiplikationsmodule 680 und 682 ausgegeben. Das erste Minimummodul 680 multipliziert den Öldurchsatzwert mit einer Ölkonstanten. Das zweite Multiplikationsmodul 682 multipliziert den Kühlmitteldurchsatz mit einer Kühlmittelkonstanten.
In 15 ist ein funktionaler Blockschaltplan einer beispielhaften Implementierung des Ölfaktormoduls 622 dargestellt. Das Ölfaktormodul 622 umfasst ein erstes und ein zweites Multiplikationsmodul 700 und 702 sowie ein erstes und ein zweites Additionsmodul 704 und 706. Das erste Multiplikationsmodul 700 gibt das Produkt aus dem Öldurchsatzwert und C₁ aus. Das erste Additionsmodul 704 gibt die Summe aus C₂ und der Ausgabe des ersten Multiplikationsmoduls 700 aus. Das zweite Multiplikationsmodul 702 gibt das Produkt aus dem Öldurchsatzwert und der Ausgabe des ersten Additionsmoduls 704 aus. Das zweite Additionsmodul 706 gibt die Summe aus C₃ und der Ausgabe des zweiten Multiplikationsmoduls 702 aus.
In 16 ist ein funktionaler Blockschaltplan einer beispielhaften Implementierung des Kühlmittelfaktormoduls 624 dargestellt. Das Kühlmittelfaktormodul 624 umfasst ein erstes, ein zweites und ein drittes Subtraktionsmodul 720, 722 und 724. Das erste und das zweite Subtraktionsmodul 720 und 722 subtrahieren die Umgebungstemperatur bzw. die Temperatur des austretenden Kühlmittels von der Temperatur, bei der sich das Thermostat öffnet. Ein Divisionsmodul 726 dividiert die Ausgaben des ersten und des zweiten Subtraktionsmoduls 720 und 722. Ein drittes Subtraktionsmodul subtrahiert die Ausgabe des Divisionsmoduls 726 von 1. Ein Min/Max-Modul 728 wendet einen unteren Grenzwert von 0,0001 und einen oberen Grenzwert von 1 auf die Ausgabe des dritten Subtraktionsmoduls 724 an.
In 17 ist ein funktionaler Blockschaltplan einer beispielhaften Implementierung des Kühlmitteldurchsatzmoduls 640 dargestellt. Das Kühlmitteldurchsatzmodul 640 umfasst ein erstes und ein zweites Multiplikationsmodul 740 und 742. Das erste Multiplikationsmodul 740 multipliziert die Maschinendrehzahl mit C1. Ein erstes Subtraktionsmodul 744 subtrahiert C₂ von der Ausgabe des ersten Multiplikationsmoduls 740. Ein zweites und ein drittes Subtraktionsmodul 750 und 752 subtrahieren die Temperatur, bei der sich das Thermostat vollständig schließt, von der Kühlmitteltemperatur bzw. der Temperatur, bei der sich das Thermostat vollständig öffnet. Ein Divisionsmodul 748 dividiert die Ausgabe des zweiten Subtraktionsmoduls 750 durch die Ausgabe des dritten Subtraktionsmoduls 752. Das Min/Max-Modul 746 wendet den unteren Grenzwert von 0,000001 und einen oberen Grenzwert von 1 auf eine Ausgabe eines Divisionsmoduls 748 an. Das zweite Multiplikationsmodul 742 gibt das Produkt aus den Ausgaben des ersten Subtraktionsmoduls 744 und des Min/Max-Moduls 746 aus.
In 18 ist ein funktionaler Blockschaltplan einer beispielhaften Implementierung des Kühlertemperaturmoduls 642 dargestellt. Das Kühlertemperaturmodul 642 umfasst ein erstes und ein zweites Multiplikationsmodul 760 und 762. Das erste Multiplikationsmodul 760 gibt das Produkt aus dem Maschinenluftdurchsatz und C₁ aus. Das zweite Multiplikationsmodul 762 gibt das Produkt aus dem Kühlmitteldurchsatzwert und C₂ aus. Ein Additionsmodul 764 gibt die Summe aus der Ausgabe des ersten Multiplikationsmoduls 760 und C₃ aus. Ein Divisionsmodul 766 dividiert die Ausgabe des Additionsmoduls 764 durch die Ausgabe des zweiten Multiplikationsmoduls 762. Ein Subtraktionsmodul 768 subtrahiert die Ausgabe des Divisionsmoduls 766 von der Kühlmitteltemperatur. Ein Maximummodul 770 gibt das Maximum unter der Umgebungstemperatur und der Ausgabe des Subtraktionsmoduls 768 aus.
Fachleute können der vorangehenden Beschreibung entnehmen, dass die weit reichenden Lehren der Offenbarung in verschiedenen Formen implementiert sein können. Daher soll, obwohl diese Offenbarung spezielle Beispiele umfasst, der wahre Umfang der Offenbarung nicht darauf begrenzt sein, da dem erfahrenen Praktiker nach einem Studium der Zeichnungen, der Patentbeschreibung und der folgenden Ansprüche weitere Abänderungen offenbar werden.

2

194: Getriebesteuermodul
196: Hybridsteuermodul
198: Elektromotor
104: Fahrereingabemodul
114: Maschinensteuermodul
116: Drosselklappenaktormodul
126: Zündfunkenaktormodul
158: Phasenstelleraktormodul
162: Aufladungsaktormodul
120: Zylinderaktormodul
160: Turbo
Spark: Zündfunke
Fuel: Kraftstoff
RPM: Drehzahl
Air: Luft
Intake Phaser: Einlassphasensteller
Exhaust Phaser: Auslassphasensteller
Wastegate: Ladedruckregelventil
Exhaust: Abgas
EGR: AGR

5

114: Maschinensteuermodul
202: Öltemperaturmodul
204: Öltemperaturbestimmungsmodul
206: Schätzungsgültigkeitsbestimmungsmodul
220: Abhilfsmaßnahmemodul
230: Drehmomentsteuer- und -schätzmodul
Oil Temp: Öltemperatur
Oil Temp Valid?: Öltemperatur gültig?
NumCyls: Anzahl von Zylindern
Equiv. Ratio: Äquivalenzverhältnis
Induction Temp: Ansaugtemperatur
Vehicle Speed: Fahrzeuggeschwindigkeit
RPM: Drehzahl
Engine Airflow: Maschinenluftdurchsatz
Coolant Temp: Kühlmitteltemperatur
NumCylsFueled: Anzahl mit Kraftstoff versorgter Zylinder
Coolant Temp_Powerdown: Kühlmitteltemperatur_Abschaltung
Oil Temp_Powerdown: Öltemperatur_Abschaltung
Ambient Temp: Umgebungstemperatur
Oil Temp_Powerdown Valid?: Öltemperatur_Abschaltung gültig?
Ambient Temp Valid?: Umgebungstemperatur gültig?
Vehicle Speed Reliability: Fahrzeuggeschwindigkeitszuverlässigkeit
MAF Sensor Reliability: MAF-Sensorzuverlässigkeit
MAP Sensor Reliability: MAP-Sensorzuverlässigkeit
ECT Sensor Reliability: ECT-Sensorzuverlässigkeit
ECT Sensor Circuit Reliability: ECT-Sensorschaltungszuverlässigkeit
IAT Sensor Reliability: IAT-Sensorzuverlässigkeit
IAT Sensor Circuit Reliability: IAT-Sensorschaltungszuverlässigkeit

6

204: Öltemperaturbestimmungsmodul
250: Eingabeumsetzungsmodul
252: Parameterberechnungsmodul
254: Ölkühlermodul
256: Wärmeberechnungsmodul
258: Ausgabemodul
Oil Temp: Öltemperatur
NumCyls: Anzahl von Zylindern
Equiv. Ratio: Äquivalenzverhältnis
Induction Temp: Ansaugtemperatur
Vehicle Speed: Fahrzeuggeschwindigkeit
RPM: Drehzahl
Engine Airflow: Maschinenluftdurchsatz
Coolant Temp: Kühlmitteltemperatur
NumCylsFueled: Anzahl mit Kraftstoff versorgter Zy- linder
Coolant Temp_Powerdown: Kühlmitteltemperatur_Abschaltung
Oil Temp_Powerdown: Oltemperatur_Abschaltung
Ambient Temp: Umgebungstemperatur
Oil Temp_Powerdown Valid?: Öltemperaturabschaltung gültig?
Ambient Temp Valid?: Umgebungstemperatur gültig?
HTC_GasPiston: HTC_Gas-Kolben
HTC_GasLiner: HTC_{Gas-Laufbuchse}
HTC_OilBlock: HTC_Öl-Block
HTC_{OilPistonCrwn}: HTC_{Öl-Kolbenboden}
^HTCOilPistonWall: HTC_{Öl-Kolbenwand}
HTC_OilLiner: HTC_{Öl-Laufbuchse}
Q_MainBearing: Q_Hauptlager
Q_PistonSkrt: Q_Kolbenmantel
Q_Cam: Q_Nocken
Q_OilPump: Q_Ölpumpe
Underhood Temp: Motorraumtemperatur
Gas Temp: Gastemperatur
HTC_Underhood: HTC_Motorraum
Pan Oil Flow: Wannen-Öldurchsatz
Q_{Oil Cooler}: Q_Ölkühler
Upper Sump: Obere Ölwanne
Lower Sump: Untere Ölwanne
Output Calibration: Ausgabekalibrierung

7

252: Parameterberechnungsmodul
308: Flächenberechnungsmodul
302: Wärmeübertragungs- und Ölviskositätsberechnungsmodul
310: Motorraumbestimmungsmodul
304: Spritzöl/Maschinenblock-Wärmeübertragungsmodul
306: Reibungsberechnungsmodul
312: Verbrennungstemperaturmodul
Upper Sump Temp: Temperatur der oberen Ölwanne
A_GasPiston: A_Gas-Kolben
A_GasLiner: A_{Gas-Laufbuchse}
A_OilBlock: A_Öl-Block
A_{OilPistonCrwn}: A_{Öl-Kolbenboden}
A_{OilPistonWall}: A_{Öl-Kolbenwand}
A_OilLiner: A_{Öl-Laufbuchse}
Oil Visc. Factor: Ölviskositätsfaktor
NumCyls: Anzahl von Zylindern
Equiv. Ratio: Äquivalenzverhältnis
Vehicle Speed: Fahrzeuggeschwindigkeit
RPM: Drehzahl
Engine Airflow: Maschinenluftdurchsatz
Ambient Temp: Umgebungstemperatur
HTC_GasPiston: HTC_Gas-Kolben
HTC_GasLiner: HTC_{Gas-Laufbuchse}
HTC_OilBlock: HTC_Öl-BloCk
HTC_{OilPistonCrwn}: HTC_{Öl-Kolbenboden}
HTC_{OilPistonWall}: HTC_{Öl-Kolbenwand}
HTC_OilLiner: HTC_{Öl-Laufbuchse}
Q_MainBearing: Q_Hauptlager
Q_PistonSkrt: Q_Kolbenmantel
Q_Cam: Q_Nocken
Q_OilPump: Q_Ölpumpe
Underhood Temp: Motorraumtemperatur
Gas Temp: Gastemperatur
HTC_Underhood: HTC_Motorraum
Pan Oil Flow: Wannen-Öldurchsatz
HTC_Gas: HTC_Gas
HTC_Oil: HTC_Oil

8

256: Wärmeberechnungsmodul
422: Untere Ölwanne
424: Obere Ölwanne
420: Maschinenblock
430: Einfache Knoten
440: Register
404: Initialisierungsmodul
Upper Temp: Obere Temperatur
Init Oil Temp: Anfängliche Öltemperatur
Node2: Knoten 2
Node4: Knoten 4
Node9: Knoten 9
Node2D: Knoten 2D
Node4D: Knoten 4D
Node9D: Knoten 9D
Zero Block: Null bei Block
Init Upper Sump: Initialisiere obere Ölwanne
Zero Lower Sump: Null bei unterer Ölwanne
NumCyls: Anzahl von Zylindern
Coolant Temp: Kühlmitteltemperatur
NumCylsFueled: Anzahl mit Kraftstoff versorgter Zylinder
Coolant Temp_Powerdown: Kühlmitteltemperatur_Abschaltung
Oil Temp_Powerdown: Oltemperatur_Abschaltung
Ambient Temp: Umgebungstemperatur
Oil Temp_Powerdown Valid?: Öltemperatur_Abschaltung gültig?
HTC_GasPiston: HTC_Gas-Kolben
HTC_GasLiner: HTC_{Gas-Laufbuchse}
HTC_OilBlock: HTC_Öl-Block
HTC_{OilPistonCrwn}: HTC_{Öl-Kolbenboden}
HTC_{OilPistonWall}: HTC_{Öl-Kolbenwand}
HTC_OilLiner: HTC_{Öl-Laufbuchse}
Q_MainBearing: Q_Hauptlager
Q_PistonSkrt: Q_Kolbenmantel
Q_Cam: Q_Nocken
Q_OilPump: Q_Ölpumpe
Underhood Temp: Motorraumtemperatur
Gas Temp: Gastemperatur
^HTCUnderhood: ^HTCMotorraum
Pan Oil Flow: Wannen-Öldurchsatz
QOil Cooler: Q_Ölkühler
Upper Sump: Obere Ölwanne
Lower Sump: Untere Ölwanne

Claims

System, das umfasst: einen Eingang, der beim Einschalten einer Maschine eine erste Öltemperatur eines Maschinenöls empfängt; ein Wärmedatenverarbeitungsmodul, das eine erste Wärmeübertragung von einem Kolben der Maschine auf das Maschinenöl schätzt, das eine zweite Wärmeübertragung vom Maschinenöl auf einen Maschinenblock der Maschine schätzt und das auf Grundlage der ersten Öltemperatur und der ersten und der zweiten Wärmeübertragung eine zweite Öltemperatur des Maschinenöls bestimmt.
System nach Anspruch 1, wobei das Wärmedatenverarbeitungsmodul die erste und die zweite Wärmeübertragung auf Grundlage der Geometrie der Maschine schätzt.
System nach Anspruch 1, wobei das Wärmedatenverarbeitungsmodul die erste und die zweite Wärmeübertragung anhand von Leitwerten, die auf Grundlage von Wärmeleitfähigkeiten und Wärmeübertragungsflächen der Maschine erzeugt werden, schätzt.
System nach Anspruch 1, wobei das Wärmedatenverarbeitungsmodul Folgendes schätzt: eine Zirkulationsrate des Maschinenöls in einer Ölwanne der Maschine auf Grundlage einer Viskosität des Maschinenöls und/oder einer Differenz zwischen den Temperaturen des Maschinenöls in einem oberen und einem unteren Abschnitt der Ölwanne; und anhand der Rate die erste und die zweite Wärmeübertragung.
System nach Anspruch 1, wobei das Wärmedatenverarbeitungsmodul Folgendes schätzt: eine Wärmeübertragungsrate von Verbrennungsgasen auf den Kolben anhand der Wärmeübertragungskoeffizienten der Verbrennungsgase und des Kolbens; und anhand der Wärmeübertragungsrate die erste und die zweite Wärmeübertragung.
System nach Anspruch 1, wobei das Wärmedatenverarbeitungsmodul Folgendes schätzt: die infolge von Reibung zwischen einem Ring und einer Laufbuchse des Kolbens erzeugte Wärme auf Grundlage einer Maschinendrehzahl sowie einer Bohrung und eines Hubs der Maschine; die auf das Maschinenöl übertragene Wärme anhand der Wärmeübertragungskoeffizienten des Maschinenöls, des Kolbens und der Laufbuchse; und anhand der übertragenen Wärme die erste und die zweite Wärmeübertragung.
System nach Anspruch 1, wobei das Wärmedatenverarbeitungsmodul Folgendes schätzt: die Wärme, die infolge von Reibung an einer Ölpumpe, die das Maschinenöl pumpt, und an einem Hauptlager und Nocken einer Kurbelwelle der Maschine erzeugt wird, anhand einer Maschinendrehzahl und einer Anzahl von Ventilen der Maschine; und anhand der erzeugten Wärme die erste und die zweite Wärmeübertragung.
System nach Anspruch 1, wobei das Wärmedatenverarbeitungsmodul die erste und die zweite Wärmeübertragung auf Grundlage einer Maschinendrehzahl, einer Einlassluftdurchlassmenge, einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Kühlmitteltemperatur eines Kühlmittels der Maschine und eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses schätzt.
System nach Anspruch 1, wobei das Wärmedatenverarbeitungsmodul Folgendes schätzt: die vom Maschinenöl auf den Maschinenblock übertragene Wärme auf Grundlage einer Viskosität des Maschinenöls und/oder der Wärmeübertragungskoeffizienten des Maschinenöls und des Maschinenblocks; und anhand der übertragenen Wärme die erste und die zweite Wärmeübertragung.
System nach Anspruch 1, wobei das Wärmedatenverarbeitungsmodul Folgendes schätzt: die vom Maschinenöl auf die Luft um eine Ölwanne der Maschine übertragene Wärme auf Grundlage einer Viskosität des Maschinenöls und/oder der Wärmeübertragungskoeffizienten des Maschinenöls und der Luft; und anhand der übertragenen Wärme die erste und die zweite Wärmeübertragung.
Verfahren, das umfasst: Empfangen einer ersten Öltemperatur eines Maschinenöls beim Einschalten einer Maschine; Schätzen einer ersten Wärmeübertragung von einem Kolben der Maschine auf das Maschinenöl; Schätzen einer zweiten Wärmeübertragung vom Maschinenöl auf einen Maschinenblock der Maschine; und Bestimmen einer zweiten Öltemperatur des Maschinenöls auf Grundlage der ersten Öltemperatur und der ersten und der zweiten Wärmeübertragung.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner das Schätzen der ersten und der zweiten Wärmeübertragung auf Grundlage der Geometrie der Maschine umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst: Erzeugen von Leitwerten auf Grundlage der Wärmeleitfähigkeit und der Wärmeübertragungsfläche der Maschine; und Schätzen der ersten und der zweiten Wärmeübertragung mittels der Leitwerte.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst: Bestimmen einer Zirkulationsrate des Maschinenöls in einer Ölwanne der Maschine auf Grundlage einer Viskosität des Maschinenöls und/oder einer Differenz zwischen den Temperaturen des Maschinenöls in einem oberen und einem unteren Abschnitt der Ölwanne; und Schätzen der ersten und der zweiten Wärmeübertragung anhand der Rate.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst: Schätzen einer Wärmeübertragungsrate von Verbrennungsgasen auf den Kolben anhand der Wärmeübertragungskoeffizienten der Verbrennungsgase und des Kolbens; und Schätzen der ersten und der zweiten Wärmeübertragung durch Schätzen der Wärmeübertragungsrate.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst: Schätzen der infolge von Reibung zwischen einem Ring und einer Laufbuchse des Kolbens erzeugten Wärme auf Grundlage einer Maschinendrehzahl sowie einer Bohrung und eines Hubs der Maschine; Schätzen der durch Reibung auf das Maschinenöl übertragenen Wärme anhand der Wärmeübertragungskoeffizienten des Maschinenöls, des Kolbens und der Laufbuchse; und Schätzen der ersten und der zweiten Wärmeübertragung durch Schätzen der erzeugten Wärme und/oder der übertragenen Wärme.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst: Schätzen der Wärme, die infolge von Reibung an einer Ölpumpe, die das Maschinenöl pumpt, und an einem Hauptlager und Nocken einer Kurbelwelle der Maschine erzeugt wird, anhand einer Maschinendrehzahl sowie einer Bohrung und eines Hubs der Maschine; und Schätzen der ersten und der zweiten Wärmeübertragung durch Schätzen der erzeugten Wärme.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner das Schätzen der ersten und der zweiten Wärmeübertragung auf Grundlage einer Maschinendrehzahl, einer Einlassluftdurchlassmenge, einer Fahrzeuggeschwindigkeit, einer Kühlmitteltemperatur eines Kühlmittels der Maschine und eines Luft/Kraftstoff-Verhältnisses umfasst.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst: Schätzen der vom Maschinenöl auf den Maschinenblock übertragenen Wärme auf Grundlage einer Viskosität des Maschinenöls und/oder der Wärmeübertragungskoeffizienten des Maschinenöls und des Maschinenblocks; und Schätzen der ersten und der zweiten Wärmeübertragung auf Grundlage der übertragenen Wärme.
Verfahren nach Anspruch 11, das ferner umfasst: Schätzen der vom Maschinenöl auf die Luft um eine Ölwanne der Maschine übertragenen Wärme auf Grundlage einer Viskosität des Maschinenöls und/oder der Wärmeübertragungskoeffizienten des Maschinenöls und der Luft; und Schätzen der ersten und der zweiten Wärmeübertragung auf Grundlage der übertragenen Wärme.
System, das umfasst: ein Öltemperaturmodul, das beim Einschalten einer Maschine eine erste Öltemperatur eines Maschinenöls anhand einer Kühlmitteltemperatur eines Kühlmittels der Maschine bestimmt; und ein Wärmedatenverarbeitungsmodul, das eine erste Wärmeübertragung von einem Kolben der Maschine auf das Maschinenöl schätzt, das eine zweite Wärmeübertragung vom Maschinenöl auf einen Maschinenblock der Maschine schätzt und das auf Grundlage der ersten Öltemperatur und der ersten und der zweiten Wärmeübertragung eine zweite Öltemperatur des Maschinenöls bestimmt.
System nach Anspruch 21, wobei das Wärmedatenverarbeitungsmodul die erste und die zweite Wärmeübertragung auf Grundlage der Geometrie der Maschine schätzt.
System nach Anspruch 21, wobei das Öltemperaturmodul die erste Öltemperatur anhand eines anhand der Kühlmitteltemperatur erzeugten Wärmeübertragungskoeffizienten bestimmt.
System nach Anspruch 21, wobei das Öltemperaturmodul die erste Öltemperatur anhand eines auf Grundlage des Luftdurchsatzes um eine Ölwanne der Maschine erzeugten Wärmeübertragungskoeffizienten bestimmt.
System nach Anspruch 21, wobei das Öltemperaturmodul die erste Öltemperatur auf Grundlage von Konvektionsflächen des Maschinenblocks und einer Ölwanne der Maschine bestimmt.
System nach Anspruch 21, wobei das Öltemperaturmodul die erste Öltemperatur auf Grundlage einer Masse und einer spezifischen Wärmekapazität der Maschine bestimmt.
System nach Anspruch 21, wobei das Öltemperaturmodul die erste Öltemperatur auf Grundlage einer exponentiellen Abnahme der Kühlmitteltemperatur und/oder der Temperaturen des Maschinenblocks und des Maschinenöls auf eine Umgebungstemperatur bestimmt.
System nach Anspruch 27, wobei die exponentielle Abnahme zwischen einem ersten Zeitpunkt, zu dem die Maschine abgeschaltet wird, und einem zweiten Zeitpunkt, zu dem die Maschine angeschaltet wird, erfolgt.
System nach Anspruch 21, das ferner ein Ölkühlermodul umfasst, das die durch ein Ölkühlmittel eines Ölkühlers vom Maschinenöl absorbierte Wärme schätzt, wobei das Wärmedatenverarbeitungsmodul die zweite Öltemperatur anhand der durch das Ölkühlmittel vom Maschinenöl absorbierten Wärme bestimmt.
System nach Anspruch 21, das ferner ein Drehmomentschätzmodul umfasst, das anhand der zweiten Öltemperatur ein Maschinendrehmoment der Maschine schätzt.
Verfahren, das umfasst: Bestimmen einer ersten Öltemperatur eines Maschinenöls beim Einschalten einer Maschine anhand einer Kühlmitteltemperatur eines Kühlmittels der Maschine; Schätzen einer ersten Wärmeübertragung von einem Kolben der Maschine auf das Maschinenöl; Schätzen einer zweiten Wärmeübertragung vom Maschinenöl auf einen Maschinenblock der Maschine; und Bestimmen einer zweiten Öltemperatur der Maschine auf Grundlage der ersten Öltemperatur und der ersten und der zweiten Wärmeübertragung.
Verfahren nach Anspruch 31, das ferner das Schätzen der ersten und der zweiten Wärmeübertragung auf Grundlage der Geometrie der Maschine umfasst.
Verfahren nach Anspruch 31, das ferner umfasst: Erzeugen eines Wärmeübertragungskoeffizienten anhand der Kühlmitteltemperatur; und Bestimmen der ersten Öltemperatur anhand des Wärmeübertragungskoeffizienten.
Verfahren nach Anspruch 31, das ferner umfasst: Erzeugen eines Wärmeübertragungskoeffizienten anhand des Luftdurchsatzes um eine Ölwanne der Maschine; und Bestimmen der ersten Öltemperatur anhand des Wärmeübertragungskoeffizienten.
Verfahren nach Anspruch 31, das ferner das Bestimmen der ersten Öltemperatur auf Grundlage von Konvektionsflächen des Maschinenblocks und einer Ölwanne der Maschine umfasst.
Verfahren nach Anspruch 31, das ferner das Bestimmen der ersten Öltemperatur auf Grundlage einer Masse und einer spezifischen Wärmekapazität der Maschine umfasst.
Verfahren nach Anspruch 31, das ferner das Bestimmen der ersten Öltemperatur auf Grundlage einer exponentiellen Abnahme der Kühlmitteltemperatur und/oder der Temperaturen des Maschinenblocks und des Maschinenöls auf eine Umgebungstemperatur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 37, das ferner das Bestimmen der exponentiellen Abnahme zwischen einem ersten Zeitpunkt, zu dem die Maschine abgeschaltet wird, und einem zweiten Zeitpunkt, zu dem die Maschine angeschaltet wird, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 31, das ferner umfasst: Schätzen der durch ein Ölkühlmittel eines Ölkühlers vom Maschinenöl absorbierten Wärme; und Bestimmen der zweiten Öltemperatur anhand der durch das Ölkühlmittel vom Maschinenöl absorbierten Wärme.
Verfahren nach Anspruch 31, das ferner das Schätzen eines Maschinendrehmoments der Maschine anhand der zweiten Öltemperatur umfasst.