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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Innentemperatur
in einem Katalysator, der in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine
liegt.
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Bei Katalysatoren ist die genaue
Kenntnis der Innentemperatur wichtig, um beispielsweise eine Überhitzung
zu verhindern. Ferner ist beispielsweise bei NOx-Speicherkatalysatoren
die Kenntnis der Innentemperatur im Normalbetrieb wichtig und wesentlich,
um den Füllungsgrad
des NOx-Speicherkatalysators zu bestimmen und daraus die Notwendigkeit der
Durchführung
der Regenerationsphase zur Desulfatisierung ableiten zu können. Dadurch
kann dann die Funktionsfähigkeit
des Katalysators dauerhaft gewährleistet
werden.
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Zur Bestimmung der Innentemperatur
hat man bisher beispielsweise die Temperatur des Abgases, das in
den Katalysator einströmt,
einer Tiefpassfilterung unterzogen. Das Ergebnis der Tiefpassfilterung
sollte der tatsächlichen
Innentemperatur im Katalysator entsprechen. Es hat sich jedoch gezeigt, dass
bei schnellen Temperaturänderungen
des einströmenden
Abgases, die beispielsweise bei sprunghaften Änderungen des Massendurchsatzes
durch den Katalysator auftreten, das Ergebnis der Tiefpassfilterung
nur teilweise mit dem zeitlichen Verlauf der tatsächlichen
Innentemperatur des Katalysators übereinstimmt.
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Wenn man einen relativ schnellen
Tiefpassfilter einsetzt, stimmt die ermittelte Temperatur unmittelbar
nach der schnellen Temperaturänderung
des in den Katalysator einströmenden
Abgases relativ gut mit der tatsächlichen
Innentemperatur des Katalysators überein, wobei aber im weiteren
zeitlichen Ver lauf der Fehler zwischen ermittelter Temperatur und
tatsächlicher
Innentemperatur immer weiter zunimmt und durchaus mehr als 100°C betragen
kann. Wenn man einen relativ langsamen Tiefpassfilter einsetzt,
stimmt die ermittelte Temperatur unmittelbar nach der Temperaturänderung
des einströmenden Abgases überhaupt
nicht mit der tatsächlichen
Innentemperatur überein,
wobei aber im weiteren zeitlich Verlauf eine immer bessere Übereinstimmung
erzielt wird.
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Aus der
DE 44 26 020 A1 ist ein
Verfahren und eine Vorrichtung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit
eines Katalysators im Abgaskanal einer Brennkraftmaschine bekannt,
bei denen die Temperatur des in den Katalysator einströmenden und
die Temperatur des aus dem Katalysator ausströmenden Abgases mittels Tiefpassfilterung
einer ermittelten Abgastemperatur bestimmt wird, wobei die Zeitkonstante
des Tiefpassfilters entsprechend den Gasdurchsatz durch die Brennkraftmaschine
geändert wird.
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Ausgehend hiervon ist es Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Bestimmen einer Innentemperatur
in einem Katalysator, der in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine
liegt, bereitzustellen, mit dem die Genauigkeit bei der Bestimmung
der Innentemperatur erhöht
werden kann und mit dem insbesondere auch bei einer schnellen Änderung
der Temperatur des einströmenden
Abgases eine genaue Bestimmung der Innentemperatur des Katalysators
möglich
ist. Ferner soll noch eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Innentemperatur
in einem Katalysator, der in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine
liegt, vorgesehen werden, mit der eine genaue Bestimmung der Innentemperatur möglich ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein
Verfahren zum Bestimmen einer Innentemperatur in einem Katalysator,
der in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine liegt, gelöst, wobei
bei dem Verfahren fortlaufend ein Massenfluss eines in den Katalysator
einströmenden
Abgases ermittelt wird und fortlaufend die Temperatur des einströmenden Abgases
ermittelt, einer Tiefpassfilterung unterzogen und als bestimmte
Innentemperatur ausgegeben wird, wobei in Abhängigkeit des ermittelten Massenflusses eine
Verzögerungszeit
festgelegt und die ermittelten Temperaturwerte jeweils erst nach
Ablauf der Verzögerungszeit
nacheinander der Tiefpassfilterung unterzogen werden.
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Durch die Einstellung der Verzögerung in
Abhängigkeit
des Massenflusses wird erreicht, dass selbst bei einer schnellen, wie
z. B. sprunghaften, Änderung
der Temperatur des einströmenden
Abgases, die bestimmte Innentemperatur mit der tatsächlichen Innentemperatur über den
gesamten zeitlichen Verlauf übereinstimmt.
Es liegt daher sowohl eine Übereinstimmung
unmittelbar nach der Änderung
der Temperatur des einströmenden
Abgases als auch im weiteren zeitlichen Verlauf vor.
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Die Verzögerungszeit wird dabei bevorzugt so
festgelegt, dass sie umso geringer ist, desto höher der Massenfluss ist, und
dass sie umso höher
ist, desto geringer der Massenfluss ist. Dies liegt vor allem darin
begründet,
dass bei einem hohen Massenfluss und somit bei einem hohen Massendurchsatz durch
den Katalysator die Änderung
der Innentemperatur im Katalysator schneller der Änderung
der Temperatur des einströmenden
Abgases folgt als bei einem niedrigen Massenfluss.
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Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, dass die Innentemperatur im Katalysator, wie z.B.
in einem NOx-Speicherkatalysator oder einem Katalysatormonolith, äußerst exakt
auch bei schnellen Temperaturänderungen
des einströmenden
Abgases ermittelt werden kann.
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Insbesondere kann beim erfindungsgemäßen Verfahren
die Verzögerungszeit
laufend in Abhängigkeit
der ermittelten Massenflusswerte festgelegt werden. Dadurch wird
die laufende Anpassung der Verzögerungszeit
an den gerade vorhandenen Massenfluss gewährleistet, wodurch die Genauigkeit der
ermittelten Innentemperatur erhöht
werden kann.
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Ferner können beim erfindungsgemäßen Verfahren
der Massenfluss des Abgases und die Temperatur des einströmenden Abgases
jeweils in konstanten Zeitabständen
(konstante Abtastintervalle) ermittelt werden. Dadurch kann das
Verfahren leicht realisiert werden.
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In einer vorteilhaften Weiterbildung
werden sowohl der Massenfluss des einströmenden Abgases als auch die
Temperatur des einströmenden
Abgases gleichzeitig ermittelt. Dies führt zu einer weiteren Vereinfachung
der Implementierung des Verfahrens.
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Ferner können die ermittelten Temperaturwerte
des einströmenden
Abgases in einem Speicher laufend nacheinander abgespeichert werden, der
die abgespeicherten Temperaturwerte nach Ablauf der Verzögerungszeit
wieder nacheinander ausgibt. Durch einen solchen Speicher lässt sich
das erfindungsgemäße Verfahren
leicht umsetzen.
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Insbesondere kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
der Speicher als FIFO-Speicher mit variabler Länge ausgebildet sein, wobei
die Länge
des FIFO-Speichers in Abhängigkeit
der Verzögerungszeit
eingestellt wird. Bei einem FIFO-Speicher (First-In-First-Out-Speicher)
erscheinen die Daten in derselben Reihenfolge am Speicherausgang,
wie sie in den Speichereingang eingegeben wurden. Durch Verwendung
eines solchen FIFO-Speichers, der heute als fertiges Bauteil kommerziell
erhältlich
ist, lässt sich
sehr einfach die variable Verzögerung
realisieren, wodurch das erfindungsgemäße Verfahren einfach verwirklicht
werden kann.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, dass der FIFO-Speicher eine erste und eine zweite
Speicherstufe aufweist, wobei die ermittelten Temperaturwerte in
die erste Speicherstufe eingeschrieben werden, eine Ausgabe der
ersten Speicherstufe in die zweite Speicherstufe eingeschrieben
wird und ein Schiebetakt der zweiten Speicherstufe das n-fache eines Schiebetakts
der ersten Speicherstufe beträgt,
wobei n eine natürlich
Zahl größer als
1 ist. Durch diesen gestuften Aufbau können bei gleicher Speichergröße des FIFO-Speichers
im Vergleich zu einem FIFO-Speicher
mit nur einer Stufe größere Vergrößerungszeiten
rea lisiert werden. Somit kann das erfindungsgemäße Verfahren kostengünstiger
umgesetzt werden.
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Insbesondere umfasst die erste Speicherstufe
zumindest n Speicherzellen, wobei der größte Wert der in den letzten
n Speicherzellen enthaltenen Werte zur zweiten Speicherstufe hin
ausgegeben wird. Durch diesen Schritt erfolgt eine Priorisierung der
höheren
Temperaturwerte. Dies ist besonders vorteilhaft, da höhere Temperaturen
des einströmenden
Abgases einen größeren Einfluss
auf die Innentemperatur des Katalysators aufweisen. Dies führt zu einer
Verbesserung der Genauigkeit der ermittelten Innentemperatur des
Katalysators.
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Besonders vorteilhaft ist bei dem
erfindungsgemäßen Verfahren,
wenn der FIFO-Speicher noch eine dritte Speicherstufe umfasst, deren
Schiebetakt das m-fache des Schiebtakts der zweiten Speicherstufe
beträgt,
wobei m eine natürliche
Zahl größer als 1
ist und eine Ausgabe der zweiten Speicherstufe in die dritte Speicherstufe
eingeschrieben wird. Damit lässt
sich die einstellbare Verzögerungszeit
bei gleicher Speichergröße (bzw.
gleicher Speicherzellenanzahl) noch weiter erhöhen.
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Insbesondere kann die zweite Speicherstufe zumindest
m Speicherzellen umfassen, wobei der größte Wert der in den letzten
m Speicherzellen gespeicherten Werte zur dritten Speicherstufe hin
ausgegeben wird. Dadurch erfolgt wiederum eine Priorisierung der
höheren
Temperaturen des einströmenden
Abgases, deren Auswirkung auf die Innentemperatur im Katalysator
größer ist
als die von geringeren Temperaturen. Dies führt letztendlich zu einer genaueren
Bestimmung der Innentemperatur im Katalysator.
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Eine bevorzugte Weiterbildung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, dass eine kürzere
Verzögerungszeit
als die bisherige Verzögerungszeit
festgelegt wird und dabei von den Temperaturwerten, deren Verzögerung mindestens
der kürze ren
Verzögerungszeit
und höchstens
der bisherigen Verzögerung
entspricht, der größte Wert
der Tiefpassfilterung zugeführt
wird. Dadurch wird eine Priorisierung von hohen Temperaturwerten
bei einer Verkürzung
der Verzögerungszeit
erreicht, wodurch vorteilhaft die Genauigkeit der Bestimmung der
Innentemperatur des Katalysators erhöht werden kann.
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Ferner kann beim erfindungsgemäßen Verfahren
eine längere
Verzögerungszeit
als die bisherige Verzögerungszeit
festgelegt werden, wobei dabei als Temperaturwerte, deren Verzögerung größer als die
bisherige Verzögerungszeit
und kleiner gleich der längeren
Verzögerungszeit
ist, jeweils ein Wert festgelegt wird, der dem Temperaturwert mit
der bisherigen Verzögerungszeit
entspricht. Damit wird vorteilhaft sichergestellt, dass keine falschen
Temperaturwerte verzögert
und der Tiefpassfilterung zugeführt werden.
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Die Tiefpassfilterung beim erfindungsgemäßen Verfahren
ist bevorzugt eine Tiefpassfilterung 1. Ordnung.
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Ferner wird die Aufgabe durch eine
Vorrichtung zum Bestimmen einer Innentemperatur in einem Katalysator,
der in einem Abgastrakt einer Brennkraftmaschine enthalten ist,
gelöst,
wobei die Vorrichtung aufweist: ein Abgasmassenflussermittlungsmodul,
das fortlaufend einen Massenfluss eines in den Katalysator einströmenden Abgases
ermittelt, ein Abgastemperaturermittlungsmodul, das fortlaufend die
Temperatur des einströmenden
Abgases ermittelt, einen Speicher, in den die ermittelten Temperaturwerte
nacheinander eingespeichert und nach einer Verzögerungszeit wieder ausgegeben
werden, sowie einen Tiefpassfilter, dem die ausgegebenen Temperaturwerte
zugeführt
werden und der eine Tiefpassfilterung zur Bestimmung der Innentemperatur durchführt, wobei
die Verzögerungszeit
mittels eines Verzögerungsmoduls
in Abhängigkeit
der ermittelten Massenflusswerte festgelegt ist.
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Durch das Vorsehen des Speichers
wird es möglich,
die ermittelten Temperaturwerte des einströmenden Abgases zeitlich verzögert dem
Tiefpassfilter zuzuführen,
wodurch die bestimmte Innentemperatur sehr genau mit der tatsächlichen
Innentemperatur im Katalysator übereinstimmt.
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Das Verzögerungsmodul und das Abgasmassenflussermittlungsmodul
können
durch ein einziges Modul realisiert werden, wodurch die Vorrichtung
kompakter verwirklicht werden kann.
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In einer bevorzugten Weiterbildung
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist der Speicher als FIFO-Speicher mit variabler Länge ausgebildet.
Da die Länge
des FIFO-Speichers variabel ist, ist auch die Verzögerung variabel
ein- und verstellbar und kann damit an die Massenflusswerte und/oder
die Temperaturwerte des einströmenden
Abgases angepasst werden, wodurch eine äußerst exakte Bestimmung der
Innentemperatur ermöglicht
wird.
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Ferner kann der FIFO-Speicher bevorzugt zumindest
zwei Speicherstufen umfassen, wobei eine erste der Speicherstufen,
in die die ermittelten Temperaturwerte eingespeichert werden, einen
ersten Schiebetakt aufweist und eine Ausgabe in die zweite Speicherstufe
einschreibt, die einen zweiten Schiebetakt aufweist, der das n-fache
des ersten Schiebetakts beträgt,
wobei n eine natürlich
Zahl größer als
1 ist. Durch die gestufte Ausbildung des FIFO-Speichers und die
unterschiedlichen Schiebetakte können
größere Verzögerungszeiten
bei gleicher Speicherzellenanzahl realisiert werden. Dadurch ist
die erfindungsgemäße Vorrichtung
kostengünstiger
herzustellen.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der
erfindungsgemäßen Vorrichtung
besteht darin, dass die erste Speicherstufe zumindest n Speicherzellen
und ein Auswahlmodul enthält,
das von den in den letzten n Speicherzellen der ersten Speicherstufe
enthaltenen Werten den größten in
die zweite Speicherstufe ein schreibt. Damit wird eine Priorisierung
von hohen Temperaturwerten durchgeführt, die einen größeren Einfluss
auf die Genauigkeit der Bestimmung der Innentemperatur des Katalysators
haben, wodurch die Bestimmungsgenauigkeit erhöht werden kann.
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Der Tiefpassfilter ist bevorzugt
ein Tiefpassfilter 1. Ordnung und kann genau so wie die beschriebenen
Module durch Software, Hardware oder eine Kombination aus beiden
realisiert werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend beispielshalber
anhand der Zeichnungen noch näher
erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Schemadarstellung einer Brennkraftmaschine;
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2 ein
Blockschaltbild eines Teils des in 1 gezeigten
Steuergeräts 4;
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3 ein
Ablaufdiagramm zur Erläuterung des
erfindungsgemäßen Verfahrens;
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4 ein
Diagramm, das den zeitlichen Temperaturverlauf zeigt;
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5 eine
weitere Ausgestaltung des in 2 gezeigten
FIFO-Speichers;
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6 eine
schematische Darstellung zur Erläuterung
einer Erhöhung
der mittels des FIFO-Speichers erzeugten Verzögerung, und
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7 ein
Diagramm zur Erläuterung
einer Verringerung der mittels des FIFO-Speichers bedingten Verzögerung.
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In 1 ist
schematisch eine Brennkraftmaschine 1 dargestellt, wobei
nur diejenigen Bestandteile gezeigt sind, die für das Verständnis des erfindungsgemäßen Verfahrens
und der erfindungsgemäßen Vorrichtung
erforderlich sind.
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Die Brennkraftmaschine 1 umfasst
vier Zylinder 2, die über
einen Ansaugtrakt 3 mit einem gewünschten Kraftstoff/Luft-Gemisch beschickt
werden. Dazu ist im Ansaugtrakt 3 eine mittels eines Steuergeräts 4 ansteuerbare
Drosselklappe 5 vorge sehen, die zur Einstellung des Luftmassenstroms dient.
Stromabwärts
im Ansaugtrakt 3 ist ein Luftmassenmesser 6 vorgesehen,
der den Luftmassenstrom misst und über eine nicht näher bezeichnete
Leitung dem Steuergerät 4 mitteilt.
Ferner ist im Ansaugtrakt 3 noch eine Kraftstoffzuführeinrichtung
vorhanden, für
die stellvertretend schematisch ein Einspritzventil 7 eingezeichnet
ist. Das Einspritzventil spritzt gemäß der Ansteuerung mittels des
Steuergeräts 4 die
notwendige Kraftstoffmenge ein, um das gewünschte Kraftstoff/Luft-Gemisch
zu erzeugen. Alternativ zur Einspritzung in den Ansaugtrakt 3 kann
der Kraftstoff auch direkt in die Zylinder 2 der Brennkraftmaschine 1 in
Form einer Direkteinspritzung eingebracht werden.
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Ferner umfasst die Brennkraftmaschine 1 einen
Abgastrakt 8 mit einem Hauptstrang 9, in den die Abgase
aus den Zylindern 2 abgegeben werden. Im Hauptstrang 9 ist
ein Temperatursensor 10 zur Messung der Abgastemperatur
vorgesehen, wobei in Strömungsrichtung
des Abgases hinter dem Temperatursensor 10 eine vom Hauptstrang 9 abzweigende Kühlschleife 11 vorgesehen
ist, die mittels einer ansteuerbaren Kühlschleifenklappe 12 dem Hauptstrang 9 des
Abgastrakts 8 zugeschaltet werden kann. Das Ende der Kühlschleife 11 mündet in Strömungsrichtung
des Abgases hinter der Abzweigung im Hauptstrang 9, der
seinerseits mit einem NOx-Speicherkatalysator 13 verbunden
ist.
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In 2 ist
ein Teil des Steuergeräts 4,
der ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
ist und der zum Bestimmen der Innentemperatur T-IN des NOx-Speicherkatalysators 13 verwendet
wird, detaillierter dargestellt.
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Das Steuergerät 4 umfasst ein Abgastemperaturermittlungsmodul 14,
ein Abgasmassenflussermittlungsmodul 15, einen FIFO-Speicher 16 mit
variabler Länge
sowie einen Tiefpassfilter 17.
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Der FIFO-Speicher enthält 24 Speicherzellen
SZ0-SZ23, die jeweils ein Byte speichern können, wobei in die Speicherzelle
SZ0 eingeschrieben wird und als Ausgabewert der Wert einer der Speicherzellen
SZ0-SZ23 gewählt
werden kann. Wenn die Speicherzelle SZ1 gewählt ist, beträgt die Speicherlänge 2 Byte,
während
sie 24 Byte beträgt,
wenn die Speicherzelle SZ23 bestimmt ist. In dem FIFO-Speicher 16 werden
die Inhalte der Speicherzellen SZ0-SZ22 gemäß eines Schiebetaktes jeweils
um eine Speicherzelle nach rechts verschoben. Dadurch lässt sich über die
Länge des
FIFO-Speichers 16 eine gewünschte Verzögerungszeit einstellen. Anstatt
die Inhalte der Speicherzellen tatsächlich nach rechts zu verschieben
und somit in anderen Speicherzellen abzuspeichern, kann man natürlich auch
zwei Zeiger verschieben bzw. ändern,
die die Adresse der ersten und letzten Speicherzelle angeben. Diese
Variante eines FIFO-Speichers wird häufig auch Ringspeicher genannt.
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In dem beschriebenen Beispiel ist
zunächst eine
Länge von
8 Speicherzellen eingestellt, so dass die Speicherzelle SZ7 der
Ausgang des FIFO-Speichers 16 ist. Weiter wird hier ein
Temperaturwert zwischen 0 und 1000°C in den Speicherzellen gespeichert,
so dass bei einer Speicherzellengröße von 1 Byte 4°C-Schritte
aufgelöst
werden können.
Natürlich
kann z.B. die Speichergröße der einzelnen
Speicherzellen erhöht
werden, wenn eine feinere Auflösung
der Temperaturwerte gewünscht
ist.
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Zur Bestimmung der Innentemperatur
T-IN des NOx-Speicherkatalysators 13 wird
die Abgastemperatur T-ST des in den NOx-Speicherkatalysator 13 einströmenden Abgases
laufend erfasst, in Abhängigkeit
des gerade (also bei der Erfassung) vorliegenden Massenflusses des
Abgases um eine vorbestimmte Zeitdauer verzögert und danach einer Tiefpassfilterung
zugeführt.
Das Ergebnis der Tiefpassfilterung entspricht dann der Innentemperatur
des NOx-Speicherkatalysators 13.
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Die Verzögerung wird dabei um so größer gewählt, je
kleiner der Massenfluss ist, und um so kleiner eingestellt, je größer der
Massenfluss ist. Beim FIFO-Speicher 16 lässt sich
die Verzögerung über eine Änderung
seiner Speicherlänge
leicht einstellen.
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird in Verbindung
mit 3 detaillierter
beschrieben.
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In einem ersten Schritt S1 werden
die Temperatur T-ST des in den NOx-Speicherkatalysator 13 einströmenden Abgases
(also die Abgastemperatur an dem Hauptstrang 12 zugewandten
Eintrittsende des NOx-Speicherkatalysators 13) sowie der
Massenfluss AMF des in den NOx-Speicherkatalysator 13 einströmenden Abgases
ermittelt.
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Zur Ermittlung der Abgastemperatur
T-ST werden dem Abgastemperaturermittlungsmodul 14 die
mittels des Temperatursensors 10 gemessene Temperatur T-EG
des aus den Zylindern 2 austretenden Abgases sowie die
Stellung EFP der Kühlschleifenklappe 12 zugeführt. Aus
diesen Eingangsgrößen ermittelt
dann das Abgastemperaturermittlungsmodul 14 die Temperatur
T-ST des einströmenden
Abgases, wobei z. B. die Temperatur T-ST um so niedriger ist, desto
mehr Abgas durch die Kühlschleife 11 geleitet
wird.
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Dem Abgasmassenflussermittlungsmodul 15 wird
vom Luftmassenmesser 6 der den Zylindern 2 zugeführte Luftmassenstrom
LMF mitgeteilt, wobei das Modul 15 dann unter Berücksichtigung
der diesem Luftmassenfluss LMF beigefügten Kraftstoffmenge den Abgasmassenfluss
AMF ermittelt.
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Im Schritt S2 wird der FIFO-Speicher 16 ausgelesen.
In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel
wird somit der Inhalt der Speicherzelle SZ7 zum Tiefpassfilter 17 hin
als verzögerte
Temperatur T-V ausgegeben. Danach wird der Inhalt der Speicherzelle
SZ7 gelöscht
und werden die Inhalte der Spei cherzellen SZ0-SZ6 jeweils um eine
Speicherzelle SZ1-SZ7 nach rechts verschoben.
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Ferner führt der Tiefpassfilter 17 noch
eine Tiefpassfilterung der ihm zugeführten verzögerten Temperaturwerte T-V
durch und gibt einen gefilterten Wert T-MDL aus, der der Innentemperatur
T-IN im NOx-Speicherkatalysator 13 entspricht.
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In einem dritten Schritt S3 wird
die Länge
des FIFO-Speichers 16 in Abhängigkeit des einströmenden Abgasmassenflusses
AMF festgelegt, wie in 2 durch
den Doppelpfeil A schematisch dargestellt ist. Es wird also die
Speicherzelle bestimmt, deren Speicherwert als nächstes ausgegeben wird. Diese
Längeneinstellung
kann mittels des Abgasmassenflussermittlungsmoduls 15 oder
mittels eines separaten Verzögerungsmoduls
(nicht gezeigt), dem der Abgasmassenfluss zugeführt wird, durchgeführt werden.
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Danach wird der Wert der ermittelten
Temperatur T-ST des einströmenden
Abgases in den FIFO-Speicher 16 (also in seine erste Speicherzelle SZ0)
eingeschrieben.
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Nach Durchführung des Schritts S3 wird
das Verfahren mit dem Schritt S1 fortgeführt, so dass laufend die Innentemperatur
T-IN im NOx-Speicherkatalysator 13 in Abhängigkeit
des in den NOx-Speicherkatalysator 13 einströmenden Abgasmassenflusses und
der Abgastemperatur ermittelt bzw. moduliert wird.
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Bevorzugt werden pro Schiebetakt
des FIFO-Speichers 16 ein Temperaturwert T-ST des einströmenden Abgases
und ein Massenflusswert AFM des einströmenden Abgases ermittelt. Es
wird daher bevorzugt ein Abtasttakt gewählt, der dem Schiebetakt entspricht.
Die Größe des Abgas-
und Schiebetakts wird dabei insbesondere so bestimmt, dass schnelle Änderungen
der Temperatur T-ST und/oder des Massenflusses AFM mit der gewünschten
Genauigkeit erfasst werden, und kann beispielsweise 1 Sekunde betragen.
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Damit lässt sich sehr gut der zeitliche
Verlauf der Innentemperatur T-IN bei z. B. einer sprunghaften Abnahme
des Abgasmassenflusses AMF und der dadurch bedingten schnellen Abnahme
der Abgastemperatur T-ST des einströmenden Abgases ermitteln, wie
in dem Diagramm von 4 ersichtlich
ist.
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In dem Diagramm von 4 ist entlang der x-Achse die Zeit in
Sekunden aufgetragen und ist entlang der y-Achse die Temperatur
in °C angegeben.
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Zum Zeitpunkt T1 nimmt der Massenfluss AMF
des Abgases sprunghaft ab. Dies führt unmittelbar zu einer deutlichen
Abnahme der Abgastemperatur T-ST, wie in 4 mittels der Kurve K1 dargestellt ist.
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Die vom FIFO-Speicher 16 verzögert ausgegebenen
Temperaturwerte T-V zeigen dann das mittels der Kurve K2 dargestellte
Verhalten. Aufgrund der Tiefpassfilterung mittels des Tiefpassfilters 17 ergibt
sich für
den zeitlichen Verlauf der bestimmten Innentemperatur T-MDL die
Kurve K3. Die Kurve K3 stimmt nahezu perfekt mit dem Verlauf der
tatsächlichen
Innentemperatur T-IN im NOx-Speicherkatalysator 13 überein,
der als Kurve K4 dargestellt ist. Die Übereinstimmung liegt somit
sowohl unmittelbar nach der sprunghaften Abgasmassenflussänderung (unmittelbar
nach dem Zeitpunkt T1) als auch lange nach der sprunghaften Abgasmassenflussänderung vor.
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Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren
lässt sich
daher ausgezeichnet die Innentemperatur T-IN im NOx-Speicherkatalysator
bestimmen, was für
den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 und insbesondere des
NOx-Speicherkatalysators 13 ein sehr wichtiger Parameter
ist.
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In 5 ist
eine alternative Ausführungsform des
FIFO-Speichers 16 dargestellt.
In dieser Ausführungsform
umfasst der FIFO-Speicher 16 drei Speicherstufen 18, 19, 20 mit
je weils acht Speicherzellen SZ0-SZ7, SZ8-SZ15 und SZ16-SZ23, wobei
die erste Speicherzelle SZ0 der ersten Speicherstufe 18 den Speichereingang
darstellt.
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Die zweite Speicherstufe 19 umfasst
neben den Speicherzellen SZ8-SZ15 noch ein erstes Vergleichselement 21,
das die in den Speicherzellen SZ6 und SZ7 abgespeicherten Werte
vergleicht und den größeren der
beiden Werte in die erste Speicherzelle SZ8 der zweiten Speicherstufe 19 einschreibt.
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In gleicher Weise enthält die dritte
Speicherstufe 20 ein zweites Vergleichselement 22,
das die in den beiden letzten Speicherzellen SZ14 und SZ15 enthaltenen
Datenwerte vergleicht und den größeren der
beiden Werte in die erste Speicherzelle SZ16 der dritten Speicherstufe 20 einschreibt.
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Die Schiebtakte der drei Speicherstufen
sind so ausgewählt,
dass der Schiebtakt der zweiten Speicherstufe das n-fache des Schiebetakts
der ersten Speicherstufe ist und dass der Schiebetakt der dritten Speicherstufe
das m-fache des Schiebetakts der zweiten Speicherstufe ist. Dabei
sind n, m natürliche Zahlen
größer als
1. In dem hier beschriebenen Beispiel beträgt der Schiebetakt der ersten
Speicherstufe 18 eine Sekunde, der Schiebetakt der zweiten Speicherstufe 19 zwei
Sekunden und der Schiebetakt der dritten Speicherstufe vier Sekunden.
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Die Speicherstufen 18, 19, 20 sind
so aufeinander abgestimmt, dass, wenn alle Speicherstufen im Schritt
S2 nach Ausgabe des verzögerten
Temperaturwerts T-V zu aktualisieren sind (also alle 4 Sekunden)
zuerst die Aktualisierung der dritten Speicherstufe 20 erfolgt.
Dabei wird der Inhalt der letzten Speicherzelle SZ23 gelöscht und
die Inhalte der vorangehenden Speicherzellen SZ16 bis SZ22 werden um
eine Speicherzelle nach rechts verschoben. Dann wird mittels des
zweiten Vergleichselements 22 der größere der beiden in den Speicherzellen
SZ14 und SZ15 der zweiten Speicherstufe 19 gespeicherten Werte
ausgewählt
und in die erste Speicherzelle SZ16 der dritten Speicherstufe 20 eingeschrieben.
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Danach wird die Berechnung der zweiten Speicherstufe 19 durchgeführt, wobei
wiederum der Inhalt der letzten Speicherzelle SZ15 gelöscht wird und
danach die Daten der vorangehenden Speicherzellen SZ8 bis SZ13 um
eine Speicherzelle nach rechts verschoben werden. Darauf folgt die
Maximalauswahl mittels des ersten Vergleichselementes 21 zwischen
den in den Speicherzellen SZ6 und SZ7 der ersten Speicherstufe 18 abgespeicherten
Werte und der größere der
beiden Werte wird in die erste Speicherzelle SZ8 der zweiten Speicherstufe 19 eingeschrieben.
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Danach erfolgt die Aktualisierung
der ersten Speicherstufe, wobei der Wert der letzten Speicherzelle
SZ7 gelöscht
wird und die in den ersten sieben Speicherzellen SZ0 bis SZ6 gespeicherten
Daten um eine Speicherzelle nach rechts verschoben werden.
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Darauf folgt dann im Schritt S3 das
Einschreiben des neuen Speicherwerts in die erste Speicherzelle
SZ0 der ersten Speicherstufe 18.
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Alle zwei Sekunden wird zuerst die
beschriebene Aktualisierung der zweiten Speicherstufe 19 und
danach die Aktualisierung der ersten Speicherstufe 18 durchgeführt. In
den restlichen Sekundenschritten erfolgt nur die beschriebene Aktualisierung der
ersten Speicherstufe 18.
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Somit erfolgt in den Speicherzellen
SZ0 bis SZ7 der ersten Speicherstufe 18 jeweils eine Verzögerung um
eine Sekunde, während
in der zweiten Speicherstufe 19 eine Verzögerung alle
zwei Sekunden durchgeführt
wird und in der dritten Speicherstufe 20 eine Verzögerung von
vier Sekunden pro Speicherzelle erfolgt.
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Das bedeutet, dass in der ersten
Speicherzelle SZ8 der zweiten Speicherstufe 19 ein Datenwert
für eine
Verzögerung
von acht und für
eine Verzögerung
von neun Sekunden enthalten ist, während in der zweiten Speicherzelle
SZ9 ein Datenwert für eine
Verzögerung
von 10 und eine Verzögerung
von 11 Sekunden abgelegt ist. Damit ist zwar die zeitliche Auflösung in
der zweiten Speicherstufe 19 geringer als in der ersten,
aber aufgrund der Maximalauswahl mittels des ersten Vergleichselementes 21 wird
der höhere
Temperaturwert von den beiden in den Speicherzellen SZ6 und SZ7
abgespeicherten Werten in der zweiten Speicherstufe 19 weiter
verzögert.
Da der Einfluss der Temperatur T-ST des einströmenden Abgases umso größer ist,
je größer der
Temperaturwert ist, wird daher vorteilhaft der Temperaturwert, der
den größeren Einfluss
auf die Genauigkeit der ermittelten Innentemperatur T-MDL des NOx-Speicherkatalysators
hat, in der zweiten Speicherstufe 19 weiter verzögert. Dadurch
wird ein ausgezeichneter Kompromiss zwischen möglichst geringen Speicherkosten
und möglichst
hoher Genauigkeit bei der Bestimmung der Innentemperatur im NOx-Speicherkatalysator 13 erreicht.
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Der in der Speicherzelle SZ15 der
zweiten Speicherstufe 19 enthaltene Temperaturwert ist
dann der Temperaturwert für
eine Verzögerung
von 22 bzw. 23 Sekunden.
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In der dritten Speicherstufe 20 beträgt der Schiebetakt,
wie oben ausgeführt
wurde, vier Sekunden, so dass der entsprechende Wert in einer der Speicherzellen
SZ16 bis SZ23 jeweils für
einen Verzögerungsbereich
von vier Sekunden gilt. So ist der in der Speicherzelle SZ16 abgelegte
Datenwert der entsprechende Datenwert für eine Verzögerung von 24 bis 27 Sekunden
und der Datenwert in der letzten Speicherzelle SZ23 entspricht dann
einer Verzögerung
von 52 bis 55 Sekunden.
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In 5 sind
weiterhin beispielhafte drei Zeiger Z1, Z2, Z3 eingezeichnet, die
jeweils eine einstellbare Länge
des FIFO-Speichers 16 andeuten. Der in der entsprechenden
durch den Zeiger Z1 bis Z3 bezeichneten Speicherzelle gespeicherte
Wert wird als Temperaturwert T-V dem Tiefpassfilter 17 zugeführt.
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Der Zeiger Z1 zeigt auf die Speicherzelle SZ1
der ersten Speicherstufe 18. Dies entspricht einer Verzögerung von
einer Sekunde. Der Zeiger Z2 zeigt hingegen auf die dritte Speicherzelle
SZ10 der zweiten Speicherstufe 19, so dass der in dieser
Speicherzelle SZ10 abgespeicherte Datenwert der entsprechende Datenwert
ist, der um zwölf
bzw. dreizehn Sekunden verzögert
ist. Wenn der dem FIFO-Speicher 16 zugeführte Temperaturwert
T-ST um 51 Sekunden verzögert
werden soll, muss der in der Speicherzelle SZ22 abgelegte Datenwert
ausgegeben werden, wie dies mittels des Zeigers Z3 angedeutet ist.
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Das Vorsehen des ersten und zweiten
Vergleichselements 21, 22 ist nicht unbedingt
notwendig und stellt nur eine vorteilhafte Ausgestaltung des FIFO-Speichers 16 dar.
Der gestufte Aufbau des FIFO-Speichers 16 kann auch ohne
die beiden Vergleichselemente 21 und 22 realisiert
werden, wobei dann im Unterschied zu der in 5 gezeigten Struktur der in der letzten
Speicherzelle SZ7, SZ15 der ersten bzw. zweiten Speicherstufe 18, 19 abgespeicherte
Datenwert in die entsprechende erste Speicherzelle SZ8 bzw. SZ16
der zweiten bzw. dritten Speicherstufe 19, 20 eingeschrieben
wird.
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In Verbindung mit 6 wird ein vorteilhaftes Vorgehen beim
Erhöhen
der Speicherlänge
des FIFO-Speichers 16 und somit der Verzögerungszeit im
Rahmen des vorher unter Bezugnahme auf 3 beschriebenen Schritt S3 angegeben,
wobei zur Vereinfachung die drei Speicherstufen 18, 19 und 20 von 5 nebeneinander dargestellt
sind und das erste und zweite Vergleichselement 21 und 22 nicht
eingezeichnet sind.
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Es wird angenommen, dass aufgrund
des sich ändernden
Massenstroms des in den NOx-Speicherkatalysator 13 einströmenden Abgases
die Verzögerung
erhöht
werden soll, und zwar von der vierten Speicherzelle SZ3 (3 Sekunden)
der ersten Speicherstufe 18 hin zur siebten Speicherzelle
SZ14 (20 Sekunden) der zweiten Speicherstufe 19.
Dazu wird der Wert der bisher letzten Speicherzelle SZ3 in alle nachfolgenden
Speicherzellen bis einschließlich
der neuen Speicherzelle SZ14 kopiert und der Zeiger Z4, der ursprünglich auf
die Speicherzelle SZ3 deutete, wird hin zur Speicherzelle SZ14 verschoben,
wie in 6 angedeutet
ist. Der Wert in der Speicherzelle SZ14 ist dann der neue Ausgabewert
des FIFO-Speichers 16.
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Damit kann vorteilhaft verhindert
werden, dass in den vor der Verlängerung
der Verzögerung nicht
verwendeten Speicherzellen SZ4 bis SZ14 enthaltenen Daten verwendet
werden, die nicht aktualisiert sein und die Bestimmung der Innentemperatur nachteilig
beeinflussen können.
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In Verbindung mit 7 wird ein besonders vorteilhaftes Vorgehen
für den
Fall beschrieben, dass aufgrund des sich ändernden Massendurchsatzes durch
den NOx-Speicherkatalysator 13 bzw. des sich ändernden
Massenflusses des in den NOx-Speicherkatalysator 13 einströmenden Abgases
die Verzögerungszeit
von 20 Sekunden (Speicherzelle SZ14) wieder auf 3 Sekunden (Speicherzelle
SZ4) zu verringern ist. In 7 sind
in gleicher Weise wie in 6 die
drei Speicherstufen 18 bis 20 nebeneinander dargestellt,
wobei zur Vereinfachung der Darstellung die Vergleichselemente 21 und 22 nicht
eingezeichnet sind. Ferner enthält
der FIFO-Speicher 16 noch ein drittes Vergleichselement 23.
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Zur Verringerung wird der auf die
Speicherzelle SZ14 zeigende (Ausgabe-)Zeiger Z4 zur vierten Speicherzelle
SZ3 der ersten Speicherstufe 18 verschoben, wie in 6 angedeutet ist. Ferner
werden die in den zwischen der neuen und der alten Ausgabespeicherzelle
SZ3 und SZ14 liegenden Speicherzelle SZ4 bis SZ13 gespeicherten
Werte und auch die in der neuen und alten Ausgabespeicherzelle SZ3 und
SZ14 gespeicherten Werte alle miteinander verglichen und der höchste Wert
davon wird als verzögerter
Temperaturwert T-V in dem nachfolgenden Schritt S2 ausgegeben. Ansonsten
läuft das
Verfahren in der oben in Verbindung mit 3 beschriebenen Art und Weise weiter.
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Durch die Maximalauswahl mittels
des dritten Vergleichselements 23 wird die höhere Temperatur
stärker
gewichtet, da höhere
Temperaturwerte einen größeren Einfluss
auf die Genauigkeit bei der Bestimmung der Innentemperatur des NOx-Speicherkatalysators 13 haben.
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Die beschriebenen Vergleichselemente 21 bis 23 können als
Hardwareelement, als Software oder als Kombination aus beidem realisiert
sein. Das gleiche gilt für
die Module 14 und 15 und den Tiefpassfilter 17,
der bevorzugt ein Tiefpassfilter erster Ordnung ist.