DE102011121060B4

DE102011121060B4 - Gasinformationsschätzvorrichtung

Info

Publication number: DE102011121060B4
Application number: DE102011121060.5A
Authority: DE
Inventors: Seiji Maeda
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2010-12-16
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2022-05-12
Anticipated expiration: 2031-12-15
Also published as: JP5204206B2; DE102011121060A1; US9267912B2; US20120160008A1; JP2012127858A

Abstract

Gasinformationsschätzvorrichtung (100), welche mit einem Gassensorelement zum Detektieren der Konzentration einer spezifischen Gaskomponente eines durch eine Verbrennungskraftmaschine (11) strömenden Strömungsgases verbunden ist und welche Gasinformationen bezüglich des Strömungsgases schätzt, die von der Konzentration verschieden sind, wobei die Gasinformationen wenigstens eines von der Temperatur, der Strömungsgeschwindigkeit und dem Druck des Strömungsgases ist, wobei die Gasinformationsschätzvorrichtung umfasst:Berechnungsmittel (51) für die vorläufige Gassensorelement-Temperatur zum Berechnen einer vorläufigen Temperatur des Gassensorelements unter Verwendung eines vorbestimmten Simulationsmodells, welches eine geschätzte Temperatur des Gassensorelements auf der Basis mindestens eines die zu schätzenden Gasinformationen betreffenden Parameterwertes liefern kann, und Eingeben eines Referenzwertes in das Modell als den Parameterwert;Messmittel (53, 54) für die tatsächliche Gassensorelement-Temperatur zum Messen der tatsächlichen Temperatur des Gassensorelements;Gasinformations-Berechnungsmittel (55) zum Berechnen eines wahren Wertes des Parameterwertes, welcher anstelle des Referenzwertes in das Modell eingegeben werden kann, so dass die vorläufige Temperatur, die von den Berechnungsmitteln für die vorläufige Gassensorelement-Temperatur berechnet wird, in einen vorbestimmten Bereich fällt, der um die von den Messmitteln für die tatsächliche Gassensorelement-Temperatur gemessene tatsächliche Temperatur zentriert ist; undGasinformations-Gewinnungsmittel (57) zum Gewinnen eines Schätzwertes der Gasinformationen auf der Basis des von den Gasinformations-Berechnungsmitteln berechneten wahren Wertes.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Gasinformationsschätzvorrichtung, welche Gasinformationen bezüglich eines Strömungsgases schätzt, das durch eine Verbrennungskraftmaschine strömt (Ansauggas, das durch deren Ansaugrohr strömt, oder Abgas, das durch deren Abgasrohr strömt).
Stand der Technik
Die Druckschrift US 2007 / 0 010 932 A1 betrifft eine Vorrichtung zum Detektieren der Verschlechterung eines Abgassensors. Die Vorrichtung bestimmt einen ersten und einen zweiten Sensoreigenschaftparameter, welche jeweils die Temperatur des Abgassensors repräsentieren. Der erste Sensoreigenschaftparameter wird basierend auf einer Schätzung eines Austauschs von Wärmeenergie zwischen Abgas und seiner Umgebung bestimmt. Der zweite Sensoreigenschaftparameter wird basierend auf einer Messung der Impedanz des Abgassensors bestimmt. Durch Vergleich der beiden Sensoreigenschaftparameter wird der Verschlechterungszustand bestimmt.
Im Stand der Technik wurde eine Vorrichtung zur Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine entwickelt, wobei diese Vorrichtung die Temperatur eines Detektionselements eines Luft-Kraftstoff-Verhältnis-Sensors schätzt, der im Abgassystem des Motors vorgesehen ist, und die Steuerung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses korrigiert, wenn das Detektionselement seine Aktivierungstemperatur noch nicht erreicht hat, um dadurch die Schwankung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu verringern (Japanische Patent-Auslegeschrift (kokai) Nr. H07-269401 (Patentdokument 1)). Außerdem wurde eine Technik zur Schätzung der Temperatur eines Gassensorelements, das im Abgassystem einer Verbrennungskraftmaschine vorgesehen ist, durch Verwendung eines vorbestimmten Modells und zum Vergleichen derselben mit einer aus der Impedanz des Gassensorelements berechneten Elementtemperatur entwickelt, um den Verschlechterungsgrad des Sensors zu bestimmen (Japanische Patent-Auslegeschrift (kokai) Nr. 2007-17154 (Patentdokument 2)).
Die oben beschriebene Schätzung der Temperatur des Gassensorelements wird zum Beispiel wie folgt durchgeführt. Zuerst wird ein relationaler Ausdruck erstellt, welcher die Beziehung zwischen der Wärmeaufnahmemenge und der Strahlungsmenge des Gassensorelements und Abgastemperatur usw. darstellt. Außerdem wird ein Modell erstellt, welches die Beziehung zwischen der Wärmeaufnahmemenge und der Strahlungsmenge und der Temperatur des Gassensorelements darstellt. Die Wärmeaufnahmemenge und die Strahlungsmenge des Gassensorelements werden auf der Basis eines Messwertes berechnet, der von einem Messsensor (einem Temperatursensor oder einem Strömungsgeschwindigkeitssensor) geliefert wird, der am Abgassystem der Verbrennungskraftmaschine angebracht ist, und die Temperatur des Gassensorelements wird durch das oben beschriebene Modell (ein Elementtemperatur-Schätzmodell) geschätzt.
Kurzdarstellung der Erfindung
Der oben beschriebene Messsensor (ein Temperatursensor oder ein Strömungsgeschwindigkeitssensor) wird außerdem benötigt, um den Aktivierungszustand einer Abgasreinigungskatalysator-Einheit zu überwachen, die an einer Verbrennungskraftmaschine angebracht ist, und/oder um eine Abgasturbine zu schützen. Da jedoch ein Messsensor relativ teuer ist, führt die Verwendung eines solchen Messsensors zu dem Problem, dass sich die Gesamtkosten des Steuerungssystems der Verbrennungskraftmaschine erhöhen. Außerdem erhöht sich, wenn sich die Anzahl der Messsensoren erhöht, dementsprechend auch die Anzahl der Sensoren, welche ausfallen oder sich verschlechtern, wodurch sich die Stabilität des Steuerungssystems verringern kann.
In Anbetracht der oben beschriebenen Probleme ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Gasinformationsschätzvorrichtung bereitzustellen, welche andere Gasinformationen (z. B. Temperatur), die von der Konzentration eines durch eine Verbrennungskraftmaschine strömenden Strömungsgases verschieden ist, durch Verwendung eines Gassensorelements zum Detektieren der Konzentration einer spezifischen Gaskomponente des Strömungsgases schätzen kann, um dadurch die Notwendigkeit eines Messsensors zum Messen der zu schätzenden Gasinformationen zu beseitigen.
Um die oben beschriebenen Probleme zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung eine Gasinformationsschätzvorrichtung bereit, welche mit einem Gassensorelement zum Detektieren der Konzentration einer spezifischen Gaskomponente eines durch eine Verbrennungskraftmaschine strömenden Strömungsgases verbunden ist und welche andere Gasinformationen bezüglich des Strömungsgases schätzt als die Konzentration. Die Gasinformationsschätzvorrichtung umfasst: Berechnungsmittel für die vorläufige Gassensorelement-Temperatur zum Berechnen einer vorläufigen Temperatur des Gassensorelements unter Verwendung eines vorbestimmten Simulationsmodells, welches eine geschätzte Temperatur des Gassensorelements auf der Basis mindestens eines die zu schätzenden Gasinformationen betreffenden Parameterwertes liefern kann, und Eingeben eines Referenzwertes in das Modell als den Parameterwert; Messmittel für die tatsächliche Gassensorelement-Temperatur zum Messen der tatsächlichen Temperatur des Gassensorelements; Gasinformations-Berechnungsmittel zum Berechnen eines wahren Wertes des Parameterwertes, welcher anstelle des Referenzwertes in das Modell eingegeben werden kann, so dass die vorläufige Temperatur, die von den Berechnungsmitteln für die vorläufige Gassensorelement-Temperatur berechnet wird, in einen vorbestimmten Bereich fällt, der um die von den Messmitteln für die tatsächliche Gassensorelement-Temperatur gemessene tatsächliche Temperatur zentriert ist; und Gasinformations-Gewinnungsmittel zum Gewinnen eines Schätzwertes der Gasinformationen auf der Basis des von den Gasinformations-Berechnungsmitteln berechneten wahren Wertes.
Gemäß einer solchen Gasinformationsschätzvorrichtung wird der wahre Wert des die Gasinformationen betreffenden Parameterwertes, welcher von den Gasinformations-Berechnungsmitteln berechnet wird, so dass die vorläufige Temperatur, die von den Berechnungsmitteln für die vorläufige Gassensorelement-Temperatur berechnet wird, in einen vorbestimmten Bereich fällt, der um die tatsächliche Temperatur des Gassensorelements (tatsächlich gemessene Temperatur) zentriert ist, und welcher anstelle des Referenzwertes in das Modell eingegeben werden kann, als Näherung für den wahren Wert der Gasinformationen betrachtet. Das heißt, durch Verwendung eines Simulationsmodells, welches die geschätzte Temperatur des Gassensorelements auf der Basis des die Gasinformationen betreffenden Parameterwertes und durch Messung der tatsächlichen Temperatur des Gassensorelements liefern kann, wird eine Rückwärtsrechnung des Modells möglich, und der in das Modell eingegebene Parameterwert der Gasinformationen kann berechnet werden. Infolgedessen wird eine Schätzung der Gasinformationen möglich. Da eine genaue Schätzung der Gasinformationen vorgenommen werden kann, wird ein Messsensor zum tatsächlichen Messen der Gasinformationen unnötig, und die Gesamtkosten des Steuerungssystems der Verbrennungskraftmaschine können verringert werden. Außerdem wird, da sich die Anzahl der Messsensoren verkleinert, die Stabilität des Systems verbessert. Insbesondere ist es wünschenswert, im Hinblick auf eine Verbesserung der Schätzgenauigkeit der Gasinformationen, den „vorbestimmten Bereich“ der vorliegenden Erfindung so klein wie möglich zu wählen; zum Beispiel wird ein Bereich von ±10 °C gewählt (vorzugsweise ein Bereich von ±5 °C).
Da die Gasinformationen wenigstens eines von der Temperatur, der Strömungsgeschwindigkeit und dem Druck des Strömungsgases der Verbrennungskraftmaschine sind, können, da Messsensoren zum Messen dieser Parameter relativ teuer sind, die Gesamtkosten des Steuerungssystems der Verbrennungskraftmaschine noch weiter reduziert werden.
Bei der Gasinformationsschätzvorrichtung der vorliegenden Erfindung können die Messmittel für die tatsächliche Gassensorelement-Temperatur die Impedanz des Gassensorelements detektieren und die tatsächliche Temperatur anhand der Impedanz messen.
Da sich die Impedanz des Gassensorelements mit der Temperatur desselben ändert, kann die tatsächliche Temperatur des Gassensorelements durch Detektion der Impedanz genau gemessen werden, wodurch die Gasinformationen genau geschätzt werden können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, andere Gasinformationen als die Konzentration eines Strömungsgases, welches durch eine Verbrennungskraftmaschine strömt, genau zu schätzen, indem ein Gassensorelement zum Detektieren der Konzentration einer spezifischen Gaskomponente des Strömungsgases verwendet wird, um dadurch die Notwendigkeit eines Messsensors zum Messen der Gasinformationen zu beseitigen.
Figurenliste

1 ist ein Blockschaltbild einer Gasinformationsschätzvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Flussdiagramm, welches die Verarbeitung zeigt, die durch die Gasinformationsschätzvorrichtung vorgenommen wird.

Ausführungsformen der Erfindung
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 ist ein Blockschaltbild einer Gasinformationsschätzvorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Ein Dreiwegekatalysator 13 zur Reduzierung von CO, HC, NOx usw., die in Abgas (welches dem „Strömungsgas“ in den Ansprüchen entspricht) enthalten sind, ist in einem Abgasrohr 12 einer Verbrennungskraftmaschine 11 vorgesehen, und ein Gassensor 14 zum Detektieren der Sauerstoffkonzentration des Abgases ist aus der stromaufwärtigen Seite des Katalysators 13 vorgesehen. Ein Gassensorelement (nicht dargestellt) des Gassensors 14 enthält zum Beispiel mindestens eine Zelle, die aus einem Sauerstoffionen leitenden Zirkondioxid-Festelektrolytelement und einem Paar von auf der Oberfläche des Elements ausgebildeten Elektroden zusammengesetzt ist, und die Sauerstoffkonzentration kann aus der Leistungsabgabe der Zelle berechnet werden. Außerdem ist eine Heizeinrichtung an dem Gassensorelement vorgesehen, um das Gassensorelement schnell zu aktivieren.
Ferner ist ein Strömungsgeschwindigkeitssensor 16 zum Messen der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases an dem Abgasrohr 12 angebracht. Der Ausgang des Strömungsgeschwindigkeitssensors 16 (ein Wert, der die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases repräsentiert) wird zur Berechnung einer vorläufigen Temperatur des Sensorelements, die durch Verwendung eines Modells vorgenommen wird, welches später beschrieben wird, und zur Steuerung des Motors 11 verwendet.
Die Gasinformationsschätzvorrichtung 100 liest den Ausgang des Gassensors 14, während der Motor läuft, und führt eine Rückführungsregelung der Kraftstoffeinspritzmenge durch, derart, dass das Luft-Kraftstoff-Verhältnis des Abgases mit einem Ziel-Luft-Kraftstoff-Verhältnis übereinstimmt, und steuert den Motor 11 auf der Basis des Ausgangs des Strömungsgeschwindigkeitssensors 16 und der geschätzten Temperatur des Abgases, die später beschrieben wird.
Außerdem enthält die Gasinformationsschätzvorrichtung 100 Berechnungsmittel für die vorläufige Gassensorelement-Temperatur 51 zum Berechnen einer vorläufigen Temperatur des Gassensorelements unter Verwendung eines vorbestimmten Simulationsmodells (einer Berechnungsformel oder einer Karte), welches eine geschätzte Temperatur des Gassensorelements liefern kann, und auf der Basis des Ausgangs des Strömungsgeschwindigkeitssensors 16 und eines als Parameterwert dienenden Referenzwertes bezüglich der zu schätzenden Temperatur des Abgases (die den „Gasinformationen“ in den Ansprüchen entspricht); Impedanzdetektionsmittel 53 zum Detektieren der Impedanz des Gassensorelements; Berechnungsmittel für die tatsächliche Gassensorelement-Temperatur 54 (Isttemperatur) zum Berechnen der tatsächlichen Temperatur des Gassensorelements aus der Impedanz, die von den Impedanzdetektionsmitteln 53 detektiert wurde; Gasinformations-Berechnungsmittel 55 zum Berechnen des wahren Wertes des Parameterwertes, welcher anstelle des Referenzwertes in das Modell eingegeben werden kann, so dass die vorläufige Temperatur, die von den Berechnungsmitteln für die vorläufige Gassensorelement-Temperatur 51 berechnet wird, in einen vorbestimmten Bereich (bei der vorliegenden Ausführungsform in einen Bereich von ±5 °C) fällt, der um die von den Berechnungsmitteln für die tatsächliche Gassensorelement-Temperatur 54 berechnete tatsächliche Temperatur (tatsächlich gemessene Temperatur) zentriert ist; Gasinformations-Gewinnungsmittel 57 zum Gewinnen eines Schätzwertes der Gasinformationen aus dem von den Gasinformations-Berechnungsmitteln berechneten wahren Wert; und Referenzwert-Einstellmittel 59 zum Speichern des wahren Wertes des Parameterwertes, der von den Gasinformations-Berechnungsmitteln 55 berechnet wurde, als einen aktualisierten Referenzwert. Insbesondere entsprechen die Impedanzdetektionsmittel 53 und die Berechnungsmittel für die tatsächliche Gassensorelement-Temperatur 54 den „Messmitteln für die tatsächliche Gassensorelement-Temperatur“ in den Ansprüchen.
Insbesondere ist die Gasinformationsschätzvorrichtung 100 eine elektronische Steuereinheit (Electronic Control Unit, ECU), die aus einem Mikrocomputer, der eine Zentraleinheit (Central Processing Unit, CPU), RAM, ROM usw. enthält, und einer bestimmten analogen Schaltung zusammengesetzt ist. Verschiedene Typen der Verarbeitung, die weiter unten beschrieben werden, werden von der CPU durch Ausführung von im ROM gespeicherten Computerprogrammen ausgeführt.
Insbesondere sind die Impedanzdetektionsmittel 53 durch eine analoge Schaltung realisiert; und die Berechnungsmittel für die vorläufige Gassensorelement-Temperatur 51, die Berechnungsmittel für die tatsächliche Gassensorelement-Temperatur 54, die Gasinformations-Berechnungsmittel 55 und die Gasinformations-Gewinnungsmittel 57 werden durch die CPU realisiert, welche die im ROM gespeicherten Computerprogramme ausführt. Die Referenzwert-Einstellmittel 59 werden durch ein Speichermedium realisiert, das getrennt von dem Mikrocomputer vorgesehen ist.
Die Berechnungsmittel für die vorläufige Gassensorelement-Temperatur 51 schätzen die Temperatur des Gassensorelements durch Verwendung des vorbestimmten Modells und auf der Basis der Temperatur des Abgases und der Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, welche der Ausgang des Strömungsgeschwindigkeitssensors 16 ist. Dieses Berechnungsmodell kann von einer Berechnungsformel, einer Karte oder Ähnlichem gebildet werden. Zum Beispiel kann das Modell wie folgt erzeugt werden. Es wird ein relationaler Ausdruck erstellt, welcher die Beziehung zwischen der Wärmeaufnahme- und der Strahlungsmenge des Gassensorelements und der Temperatur und Strömungsgeschwindigkeit des Abgases darstellt. Außerdem wird ein relationaler Ausdruck erstellt, welcher die Beziehung zwischen der Wärmeaufnahme- und der Strahlungsmenge und der Temperatur des Gassensorelements darstellt. Auf diese Weise wird das oben erwähnte Modell erstellt.
Wie in dem oben genannten Patentdokument 2 beschrieben, kann das oben erwähnte Modell durch die folgende Berechnungsformel dargestellt werden.

cM.dTu/dt = [aus dem Abgas aufgenommene Wärme]

- [an die Außenluft abgestrahlte Wärme]

+ [von der Heizeinrichtung erzeugte Wärme]

= A·Re^m·(Te - Tu) - B(Tu - Ta) + I²·R
In der Berechnungsformel ist cM die Wärmekapazität des Gassensorelements, und dTu/dt ist der nach der Zeit abgeleitete Wert der Elementtemperatur Tu.
Außerdem werden die aus dem Abgas aufgenommene Wärme, die an die Außenluft abgestrahlte Wärme und die von der Heizeinrichtung erzeugte Wärme durch die folgenden Ausdrücke dargestellt.
Aus dem Abgas aufgenommene Wärme = A·Re^m·(Te - Tu)

A:: Wärmeübergangskoeffizient des Abgases;
Te:: Temperatur des Abgases;
Tu:: Temperatur des Gassensorelements (das heißt die vorläufige Temperatur des Gassensorelements);
Re:: Reynoldssche Zahl;
m:: Potenz (Index).

An die Außenluft abgestrahlte Wärme = -B(Tu - Ta)

B:: Wärmeübergangskoeffizient der Außenluft;
Tu:: Temperatur des Gassensorelements (das heißt die vorläufige Temperatur des Gassensorelements);
Ta:: Temperatur der Außenluft.

Von der Heizeinrichtung erzeugte Wärme = I²·R

I:: Strom der Heizeinrichtung;

R:: Widerstand der Heizeinrichtung.

Insbesondere wird die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, welche der Ausgang des Strömungsgeschwindigkeitssensors 16 ist, zum Einstellen des Wertes von Re (Reynoldssche Zahl) verwendet. Außerdem wird Ta (die Temperatur der Außenluft) durch einen nicht dargestellten Temperatursensor gemessen. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist von den verschiedenen Werten, die in das Modell eingegeben werden, die Temperatur des Abgases unbekannt. Daher wird bei der vorliegenden Ausführungsform die vorläufige Temperatur des Gassensorelements (Tu) durch Verwendung des oben beschriebenen Modells und eines Referenzwertes der Abgastemperatur, der in den Referenzwert-Einstellmitteln 59 gespeichert ist, berechnet.
Insbesondere sind die Berechnungsmittel für die vorläufige Gassensorelement-Temperatur 51 dafür ausgebildet, dass jedes Mal, wenn die vorläufige Temperatur berechnet wird, der letzte Referenzwert, der in den Referenzwert-Einstellmitteln 59 gespeichert wurde, in das Modell eingegeben wird. In den Referenzwert-Einstellmitteln 59 wird ein Anfangswert eingestellt. Wenn die Gasinformationsschätzvorrichtung 100 gestartet wird, wird der Anfangswert als der erste Referenzwert verwendet. Danach wird jedes Mal, wenn die Gasinformations-Berechnungsmittel 55 einen neuen wahren Wert des Parameterwertes berechnen, der wahre Wert als der aktualisierte oder letzte Referenzwert in den Referenzwert-Einstellmitteln 59 gespeichert.
Die Impedanzdetektionsmittel 53 und die Berechnungsmittel für die tatsächliche Gassensorelement-Temperatur 54 haben die Aufgabe, die Impedanz des Gassensorelements zu detektieren. Da die Impedanz des Gassensorelements von der Temperatur des Gassensorelements abhängt, kann die tatsächliche Temperatur des Gassensorelements gemessen werden.
Insbesondere weisen die Impedanzdetektionsmittel 53 eine bekannte Konfiguration auf, um dem Gassensorelement (Zelle) eine vorbestimmte Impulsspannung oder einen vorbestimmten Impulsstrom zuzuführen und während dieser Zeit eine Änderung des Ausgangs des Gassensorelements zu detektieren. Die Berechnungsmittel für die tatsächliche Gassensorelement-Temperatur 54 sind dafür ausgebildet, die Impedanz des Gassensorelements auf der Basis der Änderung des Ausgangs des Gassensorelements und der vorbestimmten Impulsspannung oder des vorbestimmten Impulsstroms, die bzw. der dem Gassensorelement zugeführt wird, zu berechnen, und die tatsächliche Temperatur (tatsächlich gemessene Temperatur) des Gassensorelements auf der Basis der Beziehung (z. B. einer Karte) zwischen der Impedanz und der Temperatur des Gassensorelements zu berechnen.
Die Gasinformations-Berechnungsmittel 55 berechnen durch Verwendung einer Berechnungsformel für eine PI-Regelung oder PID-Regelung den wahren Wert des Parameterwertes der Abgastemperatur, welcher anstelle des Referenzwertes von den Referenzwert-Einstellmitteln 59 in das Modell eingegeben werden kann, so dass die vorläufige Temperatur des Gassensorelements, die von den Berechnungsmitteln für die vorläufige Gassensorelement-Temperatur 51 berechnet wird, in einen vorbestimmten Bereich (bei der vorliegenden Ausführungsform in einen Bereich von ±5 °C) fällt, der um die von den Berechnungsmitteln für die tatsächliche Gassensorelement-Temperatur 54 berechnete tatsächliche Temperatur (tatsächlich gemessene Temperatur) des Gassensorelements zentriert ist.
Anschließend gewinnen die Gasinformations-Gewinnungsmittel 57 schließlich einen Schätzwert der zu schätzenden Abgastemperatur aus dem von den Gasinformations-Berechnungsmitteln 55 berechneten wahren Wert des Parameterwertes der Abgastemperatur. Die Abgastemperatur, die von den Gasinformations-Berechnungsmitteln 55 so berechnet wird, dass die vorläufige Temperatur, die von den Berechnungsmitteln für die vorläufige Gassensorelement-Temperatur 51 berechnet wird, in den vorbestimmten Bereich fällt, der um die tatsächlich gemessene Temperatur zentriert ist, wird als Näherung für den wahren Wert der Abgastemperatur betrachtet. Das heißt, durch das Schätzen eines Teils der Gasinformationen, die in die Berechnungsmittel für die vorläufige Gassensorelement-Temperatur 51 eingegeben werden, wird ein Messsensor zum tatsächlichen Messen dieser Gasinformationen unnötig. Somit können die Gesamtkosten des Steuerungssystems der Verbrennungskraftmaschine verringert werden. Weiterhin wird, da sich die Anzahl der Messsensoren verkleinert, die Stabilität des Systems verbessert. Das heißt, der wahre Wert des Parameterwertes - welcher von den Gasinformations-Berechnungsmitteln 55 so berechnet wird, dass die vorläufige Temperatur, die von den Berechnungsmitteln für die vorläufige Gassensorelement-Temperatur 51 berechnet wird, in einen vorbestimmten Bereich fällt, der um die tatsächlich gemessene Temperatur des Gassensorelements zentriert ist, und welcher anstelle des Referenzwertes in das Modell eingegeben wird - wird als Näherung für den wahren Wert der Abgastemperatur betrachtet. Das heißt, durch Verwendung eines Simulationsmodells, welches die geschätzte Temperatur des Gassensorelements auf der Basis mindestens der Abgastemperatur und durch Messung der tatsächlichen Temperatur des Gassensorelements liefern kann, wird eine Rückwärtsrechnung des Modells möglich, und der in das Modell eingegebene Parameterwert der Abgastemperatur (Te) kann berechnet werden. Infolgedessen wird eine Schätzung der Gasinformationen möglich.
Insbesondere sind bei der vorliegenden Ausführungsform die Gasinformationen, welche in das Modell in den Berechnungsmitteln für die vorläufige Gassensorelement-Temperatur 51 eingegeben werden und welche zu schätzen sind, die Abgastemperatur. Die zu schätzenden Gasinformationen sind jedoch nicht auf die Abgastemperatur beschränkt. Falls ausgewählte Gasinformationen des Abgases der Verbrennungskraftmaschine ein für das Simulationsmodell verwendeter Parameterwert sind, welcher die geschätzte Temperatur des Gassensorelements liefern kann, so können entsprechend dem Konzept der vorliegenden Erfindung die Gasinformationen geschätzt werden, ohne einen Messsensor zum Messen der zu schätzenden Gasinformationen vorzusehen. Zu spezifischen Beispielen von Gasinformationen, welche anstelle der bei der vorliegenden Ausführungsform verwendeten Abgastemperatur treten können, gehören insbesondere die Strömungsgeschwindigkeit und der Druck des Abgases der Verbrennungskraftmaschine.
2 ist ein Flussdiagramm, welches die Verarbeitung zeigt, die durch die Gasinformationsschätzvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform vorgenommen wird. Zuerst wartet die Gasinformationsschätzvorrichtung 100, bis ein vorbestimmter Zeitabschnitt (z. B. 1 ms) abgelaufen ist (bis der Zeitpunkt des Startens der Verarbeitung gekommen ist) (Schritt S10). Falls der vorbestimmte Zeitabschnitt abgelaufen ist („Ja“ in Schritt S10), fährt die Gasinformationsschätzvorrichtung 100 mit Schritt S12 fort und führt den Verarbeitungsschritt der Gewinnung (des Lesens) des letzten Referenzwertes von den Referenzwert-Einstellmitteln 59 durch (Schritt S12). Insbesondere wird, wie oben beschrieben, der in den Referenzwert-Einstellmitteln 59 eingestellte Referenzwert periodisch aktualisiert. Beim ersten Lesevorgang nach dem Start liest jedoch die Gasinformationsschätzvorrichtung 100 den zuvor eingestellten Anfangswert als den Referenzwert ab. Falls dagegen der vorbestimmte Zeitabschnitt noch nicht abgelaufen ist („Nein“ in Schritt S10), wiederholt die Gasinformationsschätzvorrichtung 100 den Verarbeitungsvorgang von Schritt S10, bis der vorbestimmte Zeitabschnitt abgelaufen ist.
Nach Beendigung der Verarbeitung von Schritt S12 berechnen die Berechnungsmittel für die tatsächliche Gassensorelement-Temperatur 54 die Impedanz des Gassensorelements auf der Basis des Ausgangs von den Impedanzdetektionsmitteln 53 und messen die tatsächliche Temperatur des Gassensorelements (Schritt S14). Im Anschluss an Schritt S14 berechnen die Berechnungsmittel für die vorläufige Gassensorelement-Temperatur 51 die vorläufige Temperatur (Tu) des Gassensorelements entsprechend dem oben beschriebenen Modell (Berechnungsformel) durch Eingeben des in Schritt S12 gewonnenen Referenzwertes der Abgastemperatur und des Ausgangs des Strömungsgeschwindigkeitssensors 16 in das Modell (Schritt S16). Die Berechnung entsprechend dem Modell wird auf der Basis von Informationen bezüglich der Außenlufttemperatur und von Informationen bezüglich des Heizvorgangs der Heizeinrichtung (Strom der Heizeinrichtung, Widerstand der Heizeinrichtung) durchgeführt.
Im Anschluss an Schritt S16 berechnen die Gasinformations-Berechnungsmittel 55 die Differenz ΔT₁ zwischen der in Schritt S16 berechneten vorläufigen Temperatur des Gassensorelements und der in Schritt S12 gemessenen tatsächliche Temperatur des Gassensorelements (Schritt S18) und führen eine auf Parameterkonvergenz gerichtete Verarbeitung (Berechnung durch Verwendung einer Berechnungsformel für PI-Reglung oder PID-Regelung) durch, zur Berechnung des wahren Wertes des die Abgastemperatur repräsentierenden Parameters, welcher anstelle des Referenzwertes in das Modell eingegeben werden kann, so dass ΔT₁ in den vorbestimmten Bereich fällt (Schritt S20).
Als Nächstes fährt die Gasinformationsschätzvorrichtung 100 mit Schritt S22 fort und gewinnt einen Schätzwert für die zu schätzende Abgastemperatur aus dem in Schritt S20 berechneten wahren Wert des die die Abgastemperatur repräsentierenden Parameters. Der in Schritt S22 gewonnene Schätzwert für die Abgastemperatur wird, zusammen mit dem von dem Gassensor 14 erhaltenen Ausgangswert bezüglich der Sauerstoffkonzentration, für verschiedene Arten der Steuerung des Motors verwendet. Nach Beendigung der Verarbeitung von Schritt S22 führt die Gasinformationsschätzvorrichtung 100 eine Verarbeitung zur Aktualisierung des in den Referenzwert-Einstellmitteln 59 gespeicherten Referenzwerts durch, so dass der in Schritt S20 berechnete wahre Wert des Parameters (der die Abgastemperatur repräsentiert) als der letzte Referenzwert gespeichert wird (Schritt S24), und kehrt anschließend zu Schritt S10 zurück. Auf diese Weise kann die Gasinformationsschätzvorrichtung 100 den Schätzwert der Abgastemperatur ohne Verwendung eines Messsensors zum Schätzen der Abgastemperatur schätzen.
Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform beschränkt ist und verschiedene Modifikationen und Äquivalente einschließt, welche in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung fallen.
Zum Beispiel berechnen bei der oben beschriebenen Ausführungsform die Berechnungsmittel für die vorläufige Gassensorelement-Temperatur 51 die vorläufige Temperatur des Gassensorelements auf der Basis von zwei Parametern, nämlich des Referenzwertes der Abgastemperatur und des Ausgangs des Strömungsgeschwindigkeitssensors 16. Die Anzahl und die Typen der Parameter können jedoch entsprechend dem angewendeten Modell (einer Berechnungsformel oder einer Karte) geändert werden. Zum Beispiel kann zusätzlich zu den oben erwähnten beiden Parametern die Fahrzeuggeschwindigkeit verwendet werden.
Bei der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Gasinformationsschätzvorrichtung 100 der vorliegenden Ausführungsform in die ECU eingebaut. Die Gasinformationsschätzvorrichtung kann jedoch auch getrennt von der ECU vorgesehen sein. Eine Gasinformationsschätzvorrichtung, in welcher eine analoge Schaltung und ein Mikrocomputer, der zur Ausführung der oben beschriebenen verschiedenen Typen der Verarbeitung in der Lage ist, auf einer Leiterplatte montiert sind, kann zwischen dem Gassensor 14 und der ECU vorgesehen sein. Bei der oben beschriebenen Ausführungsform sind die Informationen (insbesondere die Temperatur) des Abgases des Motors 11 die zu schätzenden Gasinformationen. Die Ausführungsform kann jedoch dahingehend modifiziert werden, dass ein Gassensor an einem Ansaugrohr angebracht ist, durch welches in den Motor 11 angesaugtes Ansauggas strömt, und ein Schätzwert von Informationen bezüglich des durch das Ansaugrohr strömenden Ansauggases (z. B. eines von Temperatur, Strömungsgeschwindigkeit und Druck des Ansauggases) berechnet wird.
Bezugszeichenliste

11: Verbrennungskraftmaschine (Motor)
14: Gassensor
51: Berechnungsmittel für die vorläufige Gassensorelement-Temperatur
53: Impedanzdetektionsmittel (Messmittel für die tatsächliche Gassensorelement-Temperatur)
54: Berechnungsmittel für die tatsächliche Gassensorelement-Temperatur (Messmittel für die tatsächliche Gassensorelement-Temperatur)
55: Gasinformations-Berechnungsmittel
57: Gasinformations-Gewinnungsmittel
100: Gasinformationsschätzvorrichtung

Claims

Gasinformationsschätzvorrichtung (100), welche mit einem Gassensorelement zum Detektieren der Konzentration einer spezifischen Gaskomponente eines durch eine Verbrennungskraftmaschine (11) strömenden Strömungsgases verbunden ist und welche Gasinformationen bezüglich des Strömungsgases schätzt, die von der Konzentration verschieden sind, wobei die Gasinformationen wenigstens eines von der Temperatur, der Strömungsgeschwindigkeit und dem Druck des Strömungsgases ist, wobei die Gasinformationsschätzvorrichtung umfasst: Berechnungsmittel (51) für die vorläufige Gassensorelement-Temperatur zum Berechnen einer vorläufigen Temperatur des Gassensorelements unter Verwendung eines vorbestimmten Simulationsmodells, welches eine geschätzte Temperatur des Gassensorelements auf der Basis mindestens eines die zu schätzenden Gasinformationen betreffenden Parameterwertes liefern kann, und Eingeben eines Referenzwertes in das Modell als den Parameterwert; Messmittel (53, 54) für die tatsächliche Gassensorelement-Temperatur zum Messen der tatsächlichen Temperatur des Gassensorelements; Gasinformations-Berechnungsmittel (55) zum Berechnen eines wahren Wertes des Parameterwertes, welcher anstelle des Referenzwertes in das Modell eingegeben werden kann, so dass die vorläufige Temperatur, die von den Berechnungsmitteln für die vorläufige Gassensorelement-Temperatur berechnet wird, in einen vorbestimmten Bereich fällt, der um die von den Messmitteln für die tatsächliche Gassensorelement-Temperatur gemessene tatsächliche Temperatur zentriert ist; und Gasinformations-Gewinnungsmittel (57) zum Gewinnen eines Schätzwertes der Gasinformationen auf der Basis des von den Gasinformations-Berechnungsmitteln berechneten wahren Wertes.
Gasinformationsschätzvorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei die Messmittel für die tatsächliche Gassensorelement-Temperatur die Impedanz des Gassensorelements detektieren und die tatsächliche Temperatur anhand der Impedanz messen.