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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Plausibilisierung eines Temperatursensors einer Brennkraftmaschine.
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Stand der Technik
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Die Temperatursensoren, vorzugsweise in einem Abgasstrang stellen bedeutende Komponenten dar, um den Betrieb der Abgas- und Motorkomponenten zu regeln und zu überwachen. Ein wichtiges Beispiel zur Anwendung und den Einfluss von Temperatursensoren ist die Ansteuerung des AdBlue-Dosierventils vor einem SCR-Katalysator zur Reduktion der Stickoxide im Abgas. Die Ansteuerung des Dosierventils und die Freigabe und Eindosierung des Reduktionsmittels in den SCR-Katalysator ist stark von der Temperatur des Abgases und der Komponenten abhängig. Um den bestmöglichen Umsatz des Reduktionsmittels zu erzielen und Kristallisation des Reduktionsmittels im Abgasstrang zu vermeiden, sollte unterhalb bestimmter Temperaturschwellen kein Reduktionsmittel mehr eindosiert werden.
Zur Steuerung und Regelung dieser und weiterer Abgasnachbehandlungsvorgänge sind einwandfrei funktionsfähige Temperatursensoren Voraussetzung. Defekte Temperatursensoren haben großen Einfluss auf die Funktion der Abgaskomponenten und somit auf die Fahrzeugemissionen und müssen daher rechtzeitig erkannt werden.
Eine missbräuchliche Nutzung oder Veränderung am Kraftfahrzeug kann auch die Temperatursensoren betreffen. Die Manipulation von Temperatursensoren im Abgasstrang ist oft ohne großen Aufwand umsetzbar, z.B. mechanisch durch Einbau von Abstandshülsen, um die Eintauchtiefe des Sensors so zu verringern, dass die Temperatursensoren eine niedrigere Temperatur messen. Auch Szenarien, in denen das Sensorsignal durch Anbringen eines zusätzlichen elektrischen Widerstands negativ beeinflusst wird oder durch Verfahren, die einen künstlichen Wert (z.B. Konstkantwert) auf das Sensorsignal aufprägen sind umsetzbar. Derartige Veränderungen der Temperatursensorwerte sollten ebenfalls schnellstmöglich erkannt und angezeigt werden.
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Die
DE 10 2013 221 598 A1 betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Partikelfilters im Abgaskanal einer mit Benzin betriebenen Brennkraftmaschine. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine erste Abgastemperatur vor dem Partikelfilter und eine zweite Abgastemperatur nach dem Partikelfilter bestimmt werden und dass aus einer Differenz zwischen der ersten und der zweiten Abgastemperatur oder aus einem unterschiedlichen zeitlichen Verlauf der ersten und der zweiten Abgastemperatur auf ein Vorhandensein und/oder eine korrekte Funktion des Partikelfilters geschlossen wird. Das Verfahren beruht auf einer Detektion der Auswirkungen der thermischen Masse des Partikelfilters oder dessen Einfluss auf die Temperatur des Abgases beim Abbrand von im Partikelfilter angelagerten Rußpartikeln. Hierdurch zeigen die Temperaturverläufe vor und nach dem Partikelfilter charakteristische Unterschiede. Treten diese nicht auf, wurde der Partikelfilter entfernt und beispielhaft durch ein Rohrstück ersetzt, dessen thermische Masse wesentlich geringer ist als die des Partikelfilters.
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Plausibilisierung eines Temperatursensors einer Brennkraftmaschine, insbesondere in einem Abgassystem, wobei in Abhängigkeit einer Freigabe die Plausibilisierung des Temperatursensors erteilt wird, wobei kontinuierlich eine aktuelle Temperatur mittels des Temperatursensors ermittelt wird, wobei mittels eines Temperaturmodells eine modellierte Temperatur am Ort des Temperatursensors (ermittelt wird, wobei in Abhängigkeit der modellierten Temperatur eine modellierte Wärmemenge ermittelt wird, wobei in Abhängigkeit der ermittelten Wärmemenge die Plausibilisierung des Temperatursensors gestartet wird, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit der ermittelten und der modellierten Temperaturen eine Wärmemengendifferenz ermittelt wird und in Abhängigkeit der Wärmemengendifferenz die Plausibilisierung des Temperatursensors durchgeführt wird.
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Das Verfahren hat den besonderen Vorteil, dass eine Plausibilisierung bzw. Überwachung des Temperatursensors kontinuierlich mit Freigabe des Temperaturmodells durchgeführt werden kann. Das Verfahren ist weiterhin sehr robust, da kontinuierlich Signalbereiche ausgewertet werden können, so dass selbst geringfügige Defekte oder Manipulationen eines zu plausibilisierenden Temperatursensors erkannt werden können.
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In einer Ausführung des Verfahrens ist vorgesehen, dass wenn die ermittelte Wärmemenge eine vorgebbare Wärmemenge überschreitet eine Plausibilisierung des Temperatursensors gestartet wird.
Die Verwendung der Wärmemenge als Kriterium zum Start der Plausibilisierung des Temperatursensors stellt eine robuste und zuverlässige Ausgestaltung für die Erfindung dar.
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Ferner kann die modellierte Wärmemenge über eine vorgebbare Zeit ermittelt werden, vorzugsweise über eine untere und obere Integralgrenze, wobei die untere Integralgrenze einem Zeitpunkt entspricht, an dem das Steuergerät die Freigabe zur Plausibilisierung des Temperatursensors erteilt.
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In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird, wenn ein Betrag der ermittelten Wärmemengendifferenz einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet, der Temperatursensor als defekt erkannt.
Die Auswertung des Betrags der ermittelten Wärmemengendifferenz gegen einen vorgebbaren Schwellenwert stellt eine besonders robuste Ausgestaltung der Erfindung dar.
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Alternativ kann die Plausibilisierung des Temperatursensors über mehrere Fahrzyklen und/oder über mehrere Freigaben zur Plausibilisierung des Temperatursensors, ermittelt werden.
Es ist besonders vorteilhaft, die Plausibilisierung über mehrere Fahrzyklen und/oder Freigaben der Plausibilisierung durchzuführen, da die Robustheit des Verfahrens weiter gesteigert werden kann.
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In einer weiteren Ausführung kann das Temperaturmodell zur Ermittlung der Temperatur am Ort des Temperatursensors in Abhängigkeit eines oder mehrerer stromaufwärts des Temperatursensors angeordneten Temperatursensoren ermittelt werden.
Eine Ermittlung des Temperaturmodells auf Basis von anderen im System stromaufwärts verbauten Temperatursensoren ist vorteilhaft, da die Genauigkeit des Temperaturmodells gesteigert werden kann. Weiterhin kann die Ermittlung des Temperaturmodells ressourcenschonend auf dem Steuergerät durchgeführt werden.
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Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn die Freigabe für das Verfahren zur Plausibilisierung des Temperatursensors erteilt wird, wenn die ermittelte Modelltemperatur für eine vorgebbare Zeit innerhalb eines Schwellenwertbandes liegt.
Dies ist von Vorteil, da es Temperaturbereiche gibt, in denen eine Plausibilisierung besonders robust durchgeführt werden kann.
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Ferner kann die Freigabe in Abhängigkeit eines Abgasmassenstroms erteilt werden, vorzugsweise wenn der Abgasmassenstrom für eine vorgebbare Zeit einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet.
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In einer besonderen Ausgestaltung wird mittels eines zweiten Temperaturmodells, welches einen defekten Temperatursensor modelliert, eine modellierte Defekttemperatur ermittelt, wobei eine Defektwärmemenge aus der modellierten Defekttemperatur ermittelt wird, wobei eine erwartete Wärmemengendifferenz aus der Differenz zwischen der modellierten Wärmemenge und der Defektwärmemenge ermittelt wird, wobei wenn die erwartete Wärmemengendifferenz einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet, die Plausibilisierung des Temperatursensors gestartet wird.
Es ist besonders vorteilhaft die Plausibilisierung des Temperatursensors zu starten, wenn die erwartete Wärmemengendifferenz einen vorgebbaren Schwellenwert überschreitet, da somit ein Betriebszustand vorliegt, in den Abweichungen zwischen der modellierten Temperaturwert und der ermittelten Temperatur, besonders robust auszuwerten sind.
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In weiteren Aspekten betrifft die Erfindung eine Vorrichtung, insbesondere ein Steuergerät und ein Computerprogramm, die zur Ausführung eines der Verfahren eingerichtet, insbesondere programmiert, sind. In einem noch weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
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Figurenliste
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- 1 schematische Darstellung einer beispielhaften Ausgestaltung eines SCR-Katalysatorsystems, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist, und
- 2 ein schematisches Ablaufdiagramm einer beispielhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Plausibilisierungsverfahrens.
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Die 1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen beispielhaften Aufbau eines SCR-Katalysatorsystems, das zur Durchführung des erfindungsgemäßen Plausibilisierungsverfahrens geeignet ist. Dargestellt ist der Abgasstrang einer nicht näher gezeigten Brennkraftmaschine, welche in Pfeilrichtung von Abgas durchströmt wird. Das Abgasnachbehandlungssystem umfasst einen Dieseloxidationskatalysator (DOC) 10. Daran schließt sich ein Diesel-Partikelfilter (DPF) 20 an. Weiter stromabwärts befindet sich ein SCR-Katalysator (SCR) 30 als SCR-Katalysatoreinrichtung. Stromaufwärts Dieseloxidationskatalysator (DOC) 10, insbesondere am Eingang des Dieseloxidationskatalysators (DOC) 10, ist ein Temperatursensor 60 angeordnet. Stromabwärts des DieselPartikelfilters (DPF) 20 und stromaufwärts der SCR-Katalysatoreinrichtung 30 befindet sich ein Temperatursensor 62, ein erster NOx-Sensor 49 und eine Dosierstelle 50 zur Eindosierung einer flüssigen oder gasförmigen Reduktionsmittellösung. Bei der Dosierstelle 50 kann es sich um übliche Dosiereinrichtungen, beispielsweise ein Dosierventil oder einen Injektor, handeln. Stromabwärts der SCR-Katalysatoreinrichtung 30 befindet sich ein zweiter NOx-Sensor 63.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Plausibilisierung des Temperatursensors 61, wobei das Verfahren ohne Beschränkung auf andere Temperatursensoren übertragbar ist.
Weiterhin kann, aus einem nicht weiter gezeigten Sensor, z.B. einem Heißfilmluftmassensensor in einem Ansaugtrakt, der Abgasmassenstrom dmexh ermittelt werden.
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Dem Steuergerät 100 stehen weiterhin bekannte motorische Größen, wie z. B. die Einspritzmenge qinj für die Verbrennung zur Verfügung.
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In der 2 ist ein erster beispielhafter Ablauf des Verfahrens zur Plausibilisierung eines Temperatursensors 61 einer Brennkraftmaschine gezeigt. Das vorgestellte Verfahren dient zur kontinuierlichen Überwachung des Temperatursensors 61, kann jedoch ohne großen Aufwand auf andere im System verbaute Temperatursensoren übertragen werden. Weiterhin ermöglicht das Verfahren eine kontinuierliche Überwachung des Temperatursensors 61 mit mehrfachen Überwachungsergebnissen innerhalb eines Fahrzyklus. Durch das erfindungsgemäße Verfahren erhöht sich ferner die Genauigkeit der Temperatursensorüberwachung, so dass bereits geringfügige Tampering-Angriffe auf den Temperatursensor detektiert werden können.
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Auf dem Steuergerät 100 ist ein Temperaturmodell M61 gespeichert, welches eine Temperatur Tsim am Ort des zu plausibilisierenden Temperatursensors 61 modelliert.
Als Eingangssignale für das Temperaturmodell M61 können z.B. Massenströme, Volumenströme, Temperaturen der Brennkraftmaschine bzw. Temperaturen der Ansaugluft und der Abgase der Brennkraftmaschine, vorzugsweise Temperaturen die stromaufwärts des zu plausibilisierenden Temperatursensors ermittelt werden, verwendet werden.
In einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiels wird als Eingangsgröße für das Temperaturmodell M61 eine sensorbasierte Temperatur T60 eines Temperatursensors 60 verwendet. Der Temperatursensor 60 ist dabei stromaufwärts des zu plausibilisierenden Temperatursensors 61 im System angeordnet.
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In einem ersten Schritt 200 wird eine Freigabebedingung für das Verfahren geprüft. Eine Freigabe für das Verfahren zur Plausibilisierung des Temperatursensors 61 wird erteilt, wenn für das verwendete Temperaturmodell M61 zur Ermittlung der modellierten Temperatur Tsim eine ausreichende Güte vorliegt.
Eine ausreichende Güte für das Temperaturmodell M61 liegt beispielsweise in dynamischen, quasi-stationären sowie stationären Zuständen für die Brennkraftmaschine vor.
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Eine Freigabe kann hingegen nicht erteilt werden, wenn außergewöhnliche Betriebszustände vorliegen, die beispielsweise einen besonders großen Temperatureintrag in das Abgassystem liefern. Beispielhaft sind dies Betriebszustände wie eine Regeneration des Dieselpartikelfilters oder Betriebszustände, in denen innermotorisch Aufheizvorgänge für Bauteile im Abgassystem durchgeführt werden.
Auch längere Abstellphasen der Brennkraftmaschine, in denen keine Temperatur bzw. Wärmeenergie ins System eingebracht wird, oder Start-Stopp-Phasen sind Betriebszustände, in denen aufgrund von Modellungenauigkeiten keine Freigabe für das Verfahren erteilt wird.
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Eine alternative oder ein zusätzliches Freigabekriterium kann vorliegen, wenn die durch das Steuergerät 100 ermittelte Modelltemperatur Tsim in einem vorgebbaren Temperaturband, vorzugsweise für eine vorgebbare Zeitdauer, ermittelt wird.
Die Freigabe soll vornehmlich für Betriebsbedingungen erfolgen, in denen ein Fehlerbild, wie z.B. ein defekter oder manipulierter Temperatursensor, besonders gut zu erkennen ist.
Vorteilhafterweise sind die Betriebsmodi, bei denen eine Unterscheidung einer modellierten Temperatur des zu plausibilisierenden Temperatursensors von den Temperatursensordaten des Temperatursensors 61 besonders gut unterscheidbar sind.
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In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Freigabe in Abhängigkeit eines Abgasmassenstroms dmexh der Brennkraftmaschine erteilt werden. Dabei wird vorzugsweise über einen vorgebbaren Zeitbereich der Abgasmassenstrom dmexh durch das Steuergerät 100 ermittelt und wenn ein vorgebbarer Schwellenwert für eine vorgebbare Zeitdauer überschritten wird, wird die Freigabe erteilt.
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In einem Schritt 210 wird nach der erteilten Freigabe kontinuierlich mittels eines Temperaturmodells M61 eine modellierte Temperatur Tsim ermittelt und im Steuergerät 100 gespeichert.
Zusätzlich zu der modellierten Temperaturen Tsim wird ebenfalls kontinuierlich die aktuelle Temperatur Tmon des Temperatursensors 61 vom Steuergerät 100 empfangen und gespeichert.
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Anschließend wird das Verfahren in einem Schritt 220 fortgesetzt.
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In einem Schritt 220 wird mittels der im Schritt 210 ermittelten modellierten Temperatur T
sim eine modellierte Wärmemenge w
Trg am Ort des zu plausibilisierenden Temperatursensors 61 durch das Steuergerät 100 ermittelt. Dies ist besonders vorteilhaft, da das Verfahren eine robuste Plausibilisierung des Temperatursensors 61 erst mit genügend eingebrachter thermischer Energie in das System ermöglicht.
Die modellierte Wärmemenge w
Trg kann dabei über folgendes Integral ermittelt werden:
mit w
Trg der Wärmemenge, T
sim der modellierten Temperatur über ein Temperaturmodell M
61, c
p,exh der spezifischen Wärmekapazität und dm
exh Abgasmassenstrom.
Die modellierte Wärmemenge w
Trg wird dabei kontinuierlich ermittelt und gegen eine vorgebbare Wärmemenge S
WTrg verglichen.
Überschreitet die aus der modellierten Temperatur T
sim ermittelte Wärmemenge w
Trg die vorgebbare Wärmemenge S
wTrg , wird das Verfahren im Schritt 230 fortgesetzt. Die Berechnung des Integrals erfolgt zu dem Zeitpunkt t
0 an dem die Freigabe aus dem Schritt 200 erteilt wird.
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In einer alternativen Ausgestaltung kann die modellierte Wärmemenge wTrg über eine vorgebbare Zeitdauer bzw. über eine vorgebbare untere und obere Integralgrenze ermittelt werden. Hierbei erfolgt die Auswertung des Integrals vorzugsweise über die untere Integralgrenze t0 bis zu einer vorgebbaren oberen Integralgrenze twTrg . Die untere Integralgrenze t0 entspricht dabei dem Zeitpunkt, an dem die Freigabe im Schritt 200 erteilt wurde. Anschließend wird das Verfahren im Schritt 230 fortgesetzt.
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In einer weiteren Alternative kann auch eine erwartete Wärmemengendifferenz wTrg,est durch das Steuergerät 100 ermittelt werden. Hierzu wird mittels eines zweites Temperaturmodell M2, welches einen defekten Temperatursensor modelliert, eine Defekttemperatur Tdef ermittelt. Zusätzlich zu der bereits modellierten Wärmemenge wTrg wird analog eine defekte Wärmemenge wdef ermittelt. Anschließend wird eine erwartete Wärmemengendifferenz wTrg,est als Differenz zwischen der modellierten Wärmemenge wTrg und der defekten Wärmemenge wdef ermittelt.
Überschreitet die erwartete Wärmemengendifferenz wTrg,est einen vorgebbaren Schwellenwert STrg,est wird das Verfahren im Schritt 230 fortgesetzt.
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In einer weiteren Ausgestaltung wird eine Differenz DTrg zwischen der modellierten Temperatur Tsim und der Defekttemperatur Tdef ermittelt. Diese Ermittlung wird vorzugsweise kontinuierlich durchgeführt.
Überschreitet die ermittelte Differenz DTrg einen vorgebbaren Temperaturschwellenwert TTrg wird das Verfahren im Schritt 230 fortgesetzt.
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In einem Schritt 230 wird anschließend kontinuierlich eine Wärmemengendifferenz w
diff über das folgende Integral aus den seit der Freigabe ermittelten Temperatur T
mon und der modellierten Temperatur T
sim wie folgt ermittelt:
mit w
diff der Wärmemengendifferenz, T
mon der gemessenen Temperatur mittels des Temperatursensors 61, T
sim der modellierten Temperatur über ein Temperaturmodell M
61, c
p,exh der spezifischen Wärmekapazität, dm
exh Abgasmassenstrom, t
0 der unteren Integralgrenze und t
n der oberen Integralgrenze.
Bei einem funktionsfähigem, nicht manipuliertem Temperatursensor 61 sind zum Auswertezeitpunkt Werte der Wärmemengendifferenz w
diff um den Wert Null zu erwarten. Geringe Abweichungen können sich aus Modellungenauigkeiten ergeben.
Handelt es sich um einen defekten oder missbräuchlich veränderten Temperatursensor 61, ergeben sich durch die Abweichungen des gemessenen Temperaturwerts und Modelltemperaturwerts Wärmemengendifferenzen deutlich vom Wert Null abweichend.
Überschreitet der Betrag der Wärmemengendifferenz w
diff einen vorgebbaren zweiten Schwellenwert S
2, wird der Temperatursensor 61 als defekt erkannt.
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Alternativ kann die Wärmemengendifferenz wdiff über einen vorgebbaren unteren und oberen Schwellenwert ausgewertet werden.
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In einer alternativen Ausgestaltung können Auswertungen der Wärmemengendifferenz wdiff über mehrere Fahrzyklen und/oder mehrere Freigaben der Plausibilisierung durchgeführt werden.
Hierzu werden die Auswertungen aus den einzelnen Fahrzyklen oder Freigaben als Zwischenwerte bzw. Zwischenergebnisse gespeichert und können anschließend ausgewertet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013221598 A1 [0003]
