DE10312240B4

DE10312240B4 - Bestimmung der Abgastemperatur und Steuerung der Sauerstoffsensorheizung

Info

Publication number: DE10312240B4
Application number: DE10312240A
Authority: DE
Inventors: Yonas Wellesley Nebiyeloul-Kifle; Kenneth C. Commerce Township Swartz; Eric H. Grosse Pointe Park Gassenfeit
Original assignee: Motors Liquidation Co
Current assignee: Motors Liquidation Co
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2003-03-19
Publication date: 2005-05-25
Anticipated expiration: 2023-03-20
Also published as: US20030178016A1; DE10312240A1; US6679238B2

Abstract

System zum Schätzen der Abgastemperatur in einem Fahrzeug, das einen Motor, eine Abgasanlage und einen Abgassauerstoffsensor mit einer Sensorheizung (12) umfasst, mit:
einem ersten Sensor (10), der den Heizungsstrom durch die Heizung (12) misst,
einem zweiten Sensor (29), der einen ersten Motorbetriebsparameter misst, und
einem Steuergerät (16, 22), das mit dem ersten und dem zweiten Sensor (10, 29) in Verbindung steht und einen Abgastemperaturwert unter Verwendung eines Kalman-Filters berechnet.

Description

Diese Erfindung betrifft Steuersysteme für einen Verbrennungsmotor, und insbesondere die Messung der Abgastemperatur und die Steuerung einer Heizung eines Abgassauerstoffsensors für einen Verbrennungsmotor.
Es gibt viele Strategien, um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis (L/K-Verhältnis) eines Verbrennungsmotors zu steuern. Bei einem Ansatz wird die Konzentration von Sauerstoff in dem Abgas gemessen. Ein Steuergerät benutzt die Sauerstoffkonzentration, um das L/K-Verhältnis zu steuern. Ein Sauerstoffsensor wird dazu verwendet, die Konzentration von Sauerstoff in dem Abgas zu erfassen. Der Sauerstoffsensor muss in einem bestimmten Temperaturbereich betrieben werden, um die Konzentration von Sauerstoff in dem Abgas genau zu erfassen. Typischerweise muss der Sauerstoffsensor im Bereich zwischen 650°C und 850°C betrieben werden, um genaue Ergebnisse zu liefern. Bis der Sensor den Betriebstemperaturbereich erreicht, kann der Ausgang des Sauerstoffsensors nicht dazu verwendet werden, das L/K-Verhältnis zu steuern. Es wird eine Heizung dazu verwendet, die Temperatur des Sauerstoffsensors auf den Betriebstemperaturbereich zu erhöhen und in diesem zu halten. Wenn weiterhin Strom durch die Heizung fließt, nachdem der Sauerstoffsensor den Betriebstemperaturbereich erreicht hat und die Abgastemperatur hoch ist, überhitzt die Heizung und kann beschädigt werden.

Die Überwachung der Abgastemperatur ist auch zur Steuerung von Emissionen wichtig. Das Niveau an Emissionen, das von dem katalytischen Umformer verarbeitet wird, hängt von der Temperatur des Katalysators ab. Die Temperatur des Katalysators hängt wiederum von der Abgastemperatur ab. Die Abgastemperatur muss überwacht werden, um zu verhindern, dass der katalytische Umformer überhitzt. Üblicherweise wird die Abgastemperatur unter Verwendung eines Sensors gemessen oder aus den Betriebszuständen des Motors berechnet. Die Verwendung eines Temperatursensors ist genauer, kostet aber im Allgemeinen mehr als die Verwendung von Schätzungstechniken. Die US 5,291,673 beschreibt ein Steuersystem, das einen Abgassauerstoffsensor, eine Heizung zum Heizen des Sensors und einen Temperatursensor umfasst. Die DE 38 35 852 A1 betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Abgastemperatur, bei dem der Innenwiderstand einer im Abgas angeordneten Lambdasonde gemessen und aus dem Innenwiderstand die Abgastemperatur bestimmt wird. Die US 5,719,778 beschreibt eine Vorrichtung zur Steuerung des Aufheizens einer Heizung eines Sauerstoffsensors, wobei aus dem Heizungsstrom ein Heizungswiderstand berechnet wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Bestimmung der Abgastemperatur in einem Fahrzeug anzugeben, die genau und zugleich kostengünstig ist. Diese Aufgabe wird für eine Vorrichtung durch die Merkmale des Anspruchs 1 und für ein Verfahren durch die Merkmale des Anspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. In einem Fahrzeug, das einen Motor, eine Abgasanlage und einen Abgassauerstoffsensor mit einer Sensorheizung umfasst, schätzt ein System gemäß An spruch 1 der vorliegenden Erfindung die Abgastemperatur ab. Das System umfasst einen ersten Sensor, der den Heizungsstrom durch die Heizung misst. Ein zweiter Sensor misst einen ersten Motorbetriebsparameter. Ein Steuergerät steht mit dem ersten und dem zweiten Sensor in Verbindung und berechnet einen Abgastemperaturwert unter Verwendung eines Kalman-Filters.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung empfängt das Kalman-Filter den ersten Motorbetriebsparameter und den Heizungsstrom als Eingänge. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Sensor ein Massenstromsensor, und der erste Motorbetriebsparameter ein Massenstrom des Abgases.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hält das Steuergerät die Temperatur der Heizung in einem Betriebstemperaturbereich. Ein Spannungssensor erzeugt ein Sensorspannungssignal auf der Grundlage einer Spannung über den Abgassauerstoffsensor hinweg. Das Steuergerät berechnet einen Strom durch die Heizung auf der Grundlage des Sensorspannungssignals und eines Sensorwiderstandes. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung berechnet das Steuergerät den Gesamtwiderstand auf der Grundlage des Stromes durch die Heizung und eines Spannungsabfalls über die Heizung hinweg. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung berechnet das Steuergerät einen Widerstand der Heizung auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem Gesamtwiderstand und dem Sensorwiderstand. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung berechnet das Steuergerät eine Temperatur der Heizung auf der Grundlage des Heizungswiderstandes. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung berechnet das Steuergerät ein Fehlersignal auf der Grundlage einer Differenz zwischen der Heizungstemperatur und dem Betriebstemperaturbereich und verändert eine Temperatur der Heizung auf der Grundlage des Fehlersignals. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung erzeugt das Steuergerät eine Schätzung einer Sauerstoffkonzentration in den Emissionen.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Abgastemperatur zur Beeinflussung der Motordiagnose und/oder zur Motorsteuerung verwendet.

Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehend angegebenen detaillierten Beschreibung deutlich werden. Es ist einzusehen, dass die detaillierte Beschreibung und die besonderen Beispiele, obgleich sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angeben, lediglich zu Zwecken der Veranschaulichung dienen und nicht dafür vorgesehen sind, den Schutzumfang der Erfindung einzuschränken.
Die Erfindung wird im Folgenden beispielhaft anhand der Zeichnungen beschrieben, in denen:
1 und 2 den Wärmeübergang in einem beheizten Abgas-Sauerstoffsensor veranschaulichen;
3 ein Funktionsblockdiagramm des Steuersystems gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
4 ein Flussdiagramm eines von der vorliegenden Erfindung ausgeführten Algorithmus ist;
5 ein Flussdiagramm ist, das dazu verwendet wird, die Sauerstoffsensorheizung zu steuern; und
6 ein Flussdiagramm ist, das dazu verwendet wird, die Abgastemperatur zu bestimmen.
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen) ist lediglich beispielhafter Natur und soll keineswegs die Erfindung, deren Anwendung oder Nutzungen einschränken.
Der erste Hauptsatz der Thermodynamik für ein geschlossenes System, das eine feste Masse eines Festkörpers über eine Zeitdauer Δt(s) enthält, stellt fest, dass die Änderung der inneren Energie in dem System gleich ist der Wärme, die in das System übertragen wird, plus der Wärme, die in dem System erzeugt wird.
Q . = Wärme, die in das System übertragen wird Q ._V = Wärme, die in dem System erzeugt wird.
Deshalb wird das Sauerstoffsensor-Untersystem unter Verwendung der folgenden drei Relationen für das System definiert:
Die Wärmemenge, die von dem Element zum Abgas übertragen wird, beträgt annähernd 0. Die Wärme, die von dem Element zu dem Abgas übertragen wird Q ._Eg= 0. Es wird keine Wärme in dem Element und dem Abgas erzeugt, deshalb sind sowohl Q ._Eg als auch Q ._Vg = 0. Daher liegen die folgenden Gleichungen zur Definition des Untersystems vor:
wobei
und
die Wärmekapazität ist.
und
die Wärmekapazität ist.
Q ._VH = Ri², wobei R_H = K₀ + K₁T_H – 273K₁

= h_c(T_g – T_E), wobei h_c der Konvektionswärmeübertragungskoeffizient ist.
Der Konvektionswärmeübertragungskoeffizient ist gegeben durch
Abgasmassenstrom wie folgt in Beziehung: m = e_gA_PgS_g. Deshalb gilt
. Substitution in h_c ergibt
. Schließlich sind die Systemgleichungen, die das Sauerstoffsensorheizungs-Untersystem definieren:
Es sei:
Nach Umordnen und Substituieren der Konvektionswärmekonstante ist das System definiert als:
P_H = Heizungsmaterialdichte [kg/m³]. P_E = Elementmaterialdichte (kg/m³]. P_G = Dichte der Abgase [kg/m³]. V_E = Elementvolumen [m³]. V_H = Heizungsvolumen [m³]. C_E = spezifische Wärme des Elements bei konstantem Volumen [J/kg°K]. C_H = spezifische Wärme der Heizung bei konstantem Volumen (J/kg°K]. C_PG = spezifische Wärme der Heizung bei konstantem Druck [J/kg°K]. T_H = Heizungstemperatur [°K]. T_E = Elementtemperatur [°K]. T_G = Abgastemperatur [°K]. K_o = Heizungswiderstand [Ω]. K₁ = Hei zungskoeffizient [Ω/°C]. h_c = Konvektionswärmeübertragungskoeffizient in [w/m²K]. S_g = Geschwindigkeit der Abgase [m/s]. K_g = Wärmeleitfähigkeit des Abgases [w/mK]. K_H = Wärmeleitfähigkeit der Heizung [w/mK]. K_E = Wärmeleitfähigkeit des Sensorelements [w/mK]. D_g = Auspuffrohrdurchmesser [m]. V_g = Abgasvolumen [m³]. vv_g = kinematische Viskosität des Abgases [m²/s].ṁ = Abgasmassenstrom [g/2]. A_pg = Querschnittsfläche des Auspuffrohrs [m²]. A_E = Oberfläche des Sensorelements [m²]. A_H = Oberfläche der Heizung [m²]. L_E = Dicke des Sensorelements [m]. L_H = Dicke der Heizung [m].
Es sei ein nichtlineares Modell geben:
Es sei:
und bei Linearisierung bei Arbeitspunkten T_H0, T_E0, T_G0, i₀, ṁ₀ ist ein lineares Zustandsraummodell für das Sauerstoffsensorheizungs-Untersystem gegeben durch:
Es sei:
Eine linearisierte Systemgleichung für einen Steuerungs- und Schätzfunktionsentwurf ist durch die folgenden Gleichungen definiert:
In 3 ist eine Abgassauerstoffsensorheizung, die den Sauerstoffsensor beheizt, durch einen Widerstand R_H 12 dargestellt, der ein temperaturabhängiger Widerstand ist. Ein Stromesensorwiderstand ist durch einen Widerstand R_S 10 dargestellt. Ein Operationsverstärker 14 führt eine Ausgangsspannung V_amp, die proportional zur Spannung über den Widerstand 10 ist, einem Steuermodul 16 zu.
Ein Ende des Widerstandes 10 ist auf Masse 18 geschlossen, und das andere Ende des Widerstandes 10 ist mit einer Drain eines MOSFET 20 verbunden. Eine Source des MOSFET 20, durch V_source dargestellt, ist durch den Heizungswiderstand 12 mit einer Zündungsspannung V_ign verbunden. Vorzugsweise ist V_ign die Betriebsspannung des Steuermoduls 16.
Das Steuermodul 16 ist mit einem Motorsteuergerät 22 verbunden, das als Software, die von einem Mikroprozessor und einem Speicher ausgeführt wird, als ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis (ASIC) oder auf irgendeine andere geeignete Art und Weise imple mentiert sein kann. Das Steuermodul 16 umfasst einen Prozessor 24 und Analog/Digital-(A/D)-Wandler 26 und 28. Ein Abgasmassenstromesensor 29 ist mit dem Motorsteuergerät 22 verbunden. Das Steuermodul 16 umfasst auch einen Nur-Lese-Speicher (ROM), einen Direktzugriffsspeicher (RAM) und eine Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle (nicht gezeigt). Die Wandler 26 und 28 sind vorzugsweise 8-Bit-Wandler, obwohl andere Wandler verwendet werden können. Das Steuermodul 16 wird durch V_ign aktiviert, wenn der Motor gestartet wird. Wenn es aktiviert ist, führt das Steuermodul 16 Motorsteuerungs-, Diagnose- und Wartungsoperationen aus, wie es nachstehend beschrieben wird. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Steuermodul 16 ein Motorola Modell Nr. MC68332.
In 4 sind Schritte gezeigt, die von dem Prozessor 24 des Steuermoduls 16 durchgeführt werden. Die Steuerung beginnt bei Schritt 40. Bei Schritt 42 wird die umgewandelte Ausgangsspannung V_amp des Operationsverstärkers 14 von dem Steuermodul empfangen. Bei Schritt 44 wird die Ausgangsspannung V_amp dazu verwendet, den Ist-Strom zu bestimmen, der durch den Heizungswiderstand 12 fließt. Der Ist-Strom I_H = V_amp/R_S, wobei V_amp die umgewandelte Ausgangsspannung des Operationsverstärkers 14 ist; R_S der Widerstand des Sensorwiderstandes 10 ist; und I_H der Ist-Strom durch die Heizung 12 ist.
Der Prozessor 24 bestimmt, ob die Heizung außerhalb der Spezifikationen des Herstellers arbeitet. Bei Schritt 46 wird I_H mit einem vorbestimmten Stromwert verglichen. Beispielsweise ist ein typischer Wert, der ein Problem mit der Heizung anzeigen würde, 10^–8 A. Bei Schritt 48 wird, wenn I_H kleiner oder gleich einem vorbestimmten Stromwert ist, ein Diagnosecode FLAG gleich Eins gesetzt. Wenn jedoch I_H größer als der vorbestimmte Wert ist, wird dann FLAG bei Schritt 50 gleich Null gesetzt.
Nach 3 werden der Strom I_H durch die Heizung 12 und der Diagnosecode FLAG von dem Prozessor 24 an das Motorsteuergerät 22 ausgegeben, das zusätzliche Schritte durchführt, die nachstehend in Verbindung mit den 3 und 4 beschrieben sind. Das Steuergerät 22 wendet die Eingänge I_H und FLAG an, um die Abgastemperatur 30 und ein Steuersignal 32 zu erzeugen. Das Steuersignal 32 wird von dem D/A-Wandler 28 umgewandelt und an eine spannungsgesteuerte, pulsweitenmodulierte (PWM) Ansteuerung 34 ausgegeben. Das Gate des MOSFET 20 empfängt ein gepulstes Signal 36 von der PWM-Ansteuerung 34. Die Dauer der Impulse bestimmt den Strombetrag, der der Heizung 12 zugeführt wird, und die Temperatur der Heizung 12.
In 5 sind Schritte zum Steuern der Sauerstoffsensorheizung gezeigt. Die Steuerung beginnt bei Schritt 54. Bei Schritt 56 wird der Strom I_H durch die Heizung 12 von dem Steuermodul 16 empfangen. Bei Schritt 58 wird der Gesamtwiderstand des Sensorwiderstandes 10 und des Heizwiderstandes 12 gemäß folgender Formel bestimmt: (Vign – Vdrain)/IH = Rtotal , wobei V_ign die Zündungsspannung (in Volt) ist; V_drain die Spannung (in Volt) an dem Drain-Anschluss des MOSFETs 20 ist; I_H der Ist-Strom durch die Heizung 12 ist, wie dieser bei Schritt 44 von 2 bestimmt wird; und R_total der Gesamtwiderstand des Stromesensorwiderstandes 10 und der Heizung 12 ist.
Bei Schritt 60 wird der Widerstand der Heizung 12 gemäß der folgenden Formel bestimmt: Rtotal – RS = RH , R_total ist der Gesamtwiderstand des Messwiderstandes 10 und des Heizungswiderstandes 12, wie er bei Schritt 58 berechnet wird, R_S ist der Widerstand des Messwiderstandes 10, R_S ist ein vorbestimmter Wert auf der Grundlage der Spezifikation der Heizungs- & MOSFET-Ansteuerung. R_H ist der Widerstand der Heizung 12 in Ohm.
Da der Widerstand der Heizung 12 wie durch den Hersteller definiert R_H = K₀ + (K₁·Temperatur) ist, wird die gemessene Temperatur der Heizung 12 bei Schritt 62 gemäß der folgenden Formel berechnet: (RH – K0)/K1 – T1(t), R_H ist der Widerstand der Heizung 12 in Ohm, K₀ ist der Heizungswiderstandsparameter in Ohm. K₁ ist der Heizungswiderstandskoeffizient in Ohm pro °C, T₁(t) ist die Ist-Temperatur in Grad Celsius (°C) der Heizung 12 zum Zeitpunkt t. K₀ und K₁ sind Konstanten, die von der Wattleistung der ausgewählten Heizung abhängen und werden vom Hersteller des beheizten Abgassensors bereitgestellt.
Bei Schritt 64 wird die Ist-Temperatur in eine Temperatur in Grad Kelvin (°K) gemäß der folgenden Formel umgewandelt: T(t) = T1(t) + 273.15
Bei Schritt 66 wird ein Fehler (ERROR) zwischen der abgeleiteten Temperatur und einer Soll-Temperatur berechnet. Die Soll-Temperatur ist eine experimentell abgeleitete, konstante Temperatur. Beispielsweise kann die Soll-Temperatur 750°C (1023,15°K) betragen. Das Ergebnis ERROR wird bei Schritt 70 in einen state feedback controller eingegeben. Die Verstärkungen des state feedback controller werden als eine Funktion des Ziel-Stromes abgeleitet und steuern auch die Heizungstemperatur der Sauerstoffsensorheizung.
Das Steuersignal 32 von dem state feedback controller wird von dem Motorsteuergerät 22 an das Steuermodul 16 bei Schritt 72 ausgegeben. Der D/A-Wandler 28 gibt bei Schritt 74 ein Signal an die PWM-Ansteuerung 34 aus, um das Tastverhältnis der PWM-Ansteuerung 26 zu regeln. Das dem Gate des MOSFET 20 bei Schritt 76 zugeführte gepulste Signal 36 steuert den MOSFET 20 an. Im Allgemeinen arbeitet der MOSFET 20 als ein Schalter, der zulässt, dass Strom durch die Heizung 12 fließt, wenn der MOSFET 20 durchgängig ist. Die Zeitdauer, die der MOSFET 20 durchgängig ist, verändert den Strombetrag, der durch die Heizung 12 fließt. Im Besonderen ist der der Heizung 12 zugeführte Strom durch die folgende Formel dargestellt: Beta·Duty_Cycle = Isupplied , wobei Beta die Proportionalitätskonstante ist und Duty_Cycle das Tastverhältnis des gepulsten Signals 36 ist, das von der PWM-Ansteuerung 34 erzeugt wird. Die Steuerungsfolge endet bei Schritt 78. Die Steuerungsfolge wird vorzugsweise synchron mit dem Abtastvorgang durchgeführt.
In 6 sind Schritte zum Bestimmen der Abgastemperatur gezeigt. Die Steuerung beginnt bei Schritt 80. Bei Schritt 82 werden der Diagnosecode FLAG, der entweder bei Schritt 48 oder bei Schritt 50 in 2 gesetzt wurde, und die Heizungstemperatur von Schritt 64 in 3 abgefragt. Bei Schritt 84 wird der Wert von FLAG geprüft. Wenn FLAG gleich Eins ist, wird bei Schritt 86 ein Sperrcode gesetzt, um zu kennzeichnen, dass die Abgastemperatur nicht verwendet werden kann. Die Steuerung endet bei Schritt 88. Zu Schritt 84 zurückgekehrt, berechnet die Steuerung die Abgastemperatur, wenn FLAG nicht gleich Eins ist.
Die Abgastemperatur wird vorzugsweise unter Verwendung einer Kalman-Schätzfunktion geschätzt. Der gemessene Heizungsstrom und das Luftmassenstrommaß werden in die Kalman-Schätzfunktion eingegeben, die die Sauerstoffsensorheizungstemperatur, die Sauerstoffsensorelementtemperatur und die Abgastemperatur berechnet. Die Kalman-Schätzfunktion bringt jede der Eingangsvariablen, die den gemessenen Strom und den Ausgang des Luftmassenstromesensors umfassen, mit den Ausgängen in Beziehung, die die Abgastemperatur, die Sauerstoffsensorelementtemperatur und die Sauerstoffsensorheizungstemperatur umfassen. Die Kalman-Schätzfunktion ist vorzugsweise als Software unter Verwendung der folgenden Gleichungen implementiert. Die Kalman-Schätzfunktion berechnet die Abgastemperatur, die Sauerstoffsensorelementtemperatur und die Sauerstoffsensorheizungstemperatur zum Zeitpunkt k:
Die Verwendung eines Haltegliedes nullter Ordnung und das Diskretisieren der Matrix der Schätzfunktion führt zu einer diskreten Zustandsraumdarstellung der Schätzfunktionsmatrizen. Das heißt:
A_e, B_e und C_e sind die erweiterten Matrizen der Zustandsschätzfunktion, und das diskrete Schätzfunktionssystemmodell ist definiert als: x -(k + 1) = Φe x ^(k) + ΓeU(k) ȳ(k) = He x -(k)
Die Verstärkungen und Zustandsschätzungen der Schätzfunktion werden unter Verwendung der Kalman-Schätzfunktion wie folgt bestimmt: P(k) = M(k) – M(k) He T[He T M(k)He T + Rv]–1 HeM(k); und x(k) = x(k) – P(k)HeT Rv –1[y(k) – Hex(k)].
Die zeitlich aktualisierten Gleichungen sind: M(k + 1) = ΦeP(k)Φe T + Γ1RwΓ1 T ; und x(k + 1) = Φex(k) + Γeu(k).
P(k) ist die Schätzgenauigkeit unmittelbar nach einer Messung zum Zeitpunkt k. M(k) ist der fortgepflanzte Wert von P(k) und ist nur vor einer Messung gültig. M(k+1) ist der zeitlich aktualisierte Wert von P(k) und ist nach der Messung gültig. Φe, Γe und H_e werden unter Verwendung von Gleichung 5 berechnet. R_v ist der Rauschpegel von der Erfassungsaktivität und Elektronik (vorbestimmt). x(k) sind Zustandsschätzungen zum Zeitpunkt k, umfässend: x₁(k), welche die Zustandsschätzung der Abgastemperatur zum Zeitpunkt k ist; und x₁(k + 1) zum Zeitpunkt k + 1. x₂(k), welche die Zustandsschätzung der Sensorelementtemperatur zum Zeitpunkt k ist; x₃(k), welche die Zustandsschätzung der Heizungstemperatur zum Zeitpunkt k ist; und x₄(k), welche die Zustandsschätzung des Luftmassenstromes zum Zeitpunkt k ist. Γ₁ ist die Rauschstörgrößenverteilungsmatrix. R_w ist der vorbestimmte Verarbeitungsrauschpegel.
Der Ausgang der Kalman-Schätzfunktion, der bei Schritt 96 erhalten wird, ist die Abgastemperatur 30, die zur Motorsteuerung und -diagnose verwendet werden kann. Die Steuerung endet bei Schritt 88 und wird dann wiederholt, während der Motor arbeitet.
Somit stellt die vorliegende Erfindung eine einzigartige Vorrichtung und ein einzigartiges Verfahren bereit, die in der Lage sind, sowohl die Abgastemperatur zu berechnen als auch die Heizung eines Sauerstoffsensors zu steuern. Sie beseitigen die Notwendigkeit für einen separaten Temperatursensor und halten dabei die Genauigkeit eines derartigen Sensors aufrecht. Durch Steuern des Strombetrages durch die Heizung ist der elektrische Stromverbrauch verringert und die Möglichkeit einer Beschädigung des beheizten Abgassauerstoffsensors wegen übermäßiger Temperaturen ist verringern.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Bestimmen der Abgastemperatur und zur Steuerung der Heizung eines beheizten Abgassauerstoffsensors. Heizungsausfälle werden auf der Grundlage des Pegels des durch die Heizung fließenden Stromes diagnostiziert. Die Abgastemperatur wird unter Verwendung eines Kalman-Filters bestimmt. Der Abgastemperatursensor wird beseitigt, während ein hoher Grad an Genauigkeit aufrechterhalten wird. Der Strom, der durch die Heizung fließt, wird dazu verwendet, die Temperatur der Heizung zu berechnen. Die Temperatur der Heizung wird mit einem Soll-Temperaturbereich verglichen, und der Strom zur Heizung wird so eingestellt, dass der Soll-Temperaturbereich aufrechterhalten wird.

Claims

System zum Schätzen der Abgastemperatur in einem Fahrzeug, das einen Motor, eine Abgasanlage und einen Abgassauerstoffsensor mit einer Sensorheizung (12) umfasst, mit: einem ersten Sensor (10), der den Heizungsstrom durch die Heizung (12) misst, einem zweiten Sensor (29), der einen ersten Motorbetriebsparameter misst, und einem Steuergerät (16, 22), das mit dem ersten und dem zweiten Sensor (10, 29) in Verbindung steht und einen Abgastemperaturwert unter Verwendung eines Kalman-Filters berechnet.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalman-Filter den ersten Motorbetriebsparameter und den Heizungsstrom als Eingänge empfängt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sensor (29) ein Massenstromesensor ist und der erste Motorbetriebsparameter ein Massenstrom des Abgases des Fahrzeugs ist.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (16, 22) eine Temperatur der Heizung (12) in einem Betriebstemperaturbereich hält und ferner einen Spannungssensor umfasst, der ein Sensorspannungssignal auf der Grundlage einer Spannung über den Abgassauerstoffsensor hinweg erzeugt, und dass das Steuergerät (16, 22) einen Strom durch die Heizung (12) auf der Grundlage des Sensorspannungssignals und eines Sensorwiderstandes berechnet.
System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (16, 22) den Gesamtwiderstand auf der Grundlage des Stromes durch die Heizung (12) und eines Spannungsabfalls über die Heizung (12) hinweg berechnet.
System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (16, 22) einen Widerstand der Heizung (12) auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem Gesamtwiderstand und dem Sensorwiderstand berechnet.
System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (16, 22) eine Temperatur der Heizung (12) auf der Grundlage des Heizungswiderstandes berechnet.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (16, 22) ein Fehlersignal auf der Grundlage einer Differenz zwischen der Heizungstemperatur und dem Betriebstemperaturbereich berechnet und eine Temperatur der Heizung (12) auf der Grundlage des Fehlersignals verändert.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (16, 22) eine Schätzung der Sauerstoffkonzentration in den Emissionen erzeugt.
System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (16, 22) Emissionsniveaus des Fahrzeugs zumindest zum Teil auf der Grundlage der Abgastemperatur steuert.
Verfahren zum Schätzen der Abgastemperatur in einem Fahrzeug, das einen Motor, eine Abgasanlage und einen Abgassauerstoffsensor mit einer Sensorheizung (12) umfasst, mit den folgenden Schritten: Messen des Heizungsstromes durch die Heizung (12) hindurch, Messen eines ersten Motorbetriebsparameters, und Berechnen eines Abgastemperaturwertes unter Verwendung eines Kalman-Filters.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kalman-Filter den ersten Motorbetriebsparameter und den Heizungsstrom als Eingänge empfängt.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Sensor (29) ein Massenstromesensor ist und der erste Motorbetriebsparameter ein Massenstrom von Abgas des Fahrzeugs ist.
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: Halten einer Temperatur der Heizung (12) in einem Betriebstemperaturbereich, Erzeugen eines Sensorspannungssignals auf der Grundlage einer Spannung über den Abgassauerstoffsensor hinweg, und Berechnen eines Stromes durch die Heizung (12) auf der Grundlage des Sensorspannungssignals und eines Sensorwiderstandes.
Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch den Schritt: Berechnen des Gesamtwiderstandes auf der Grundlage des Stromes durch die Heizung (12) und eines Spannungsabfalls über die Heizung (12) hinweg.
Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch den Schritt: Berechnen eines Widerstandes der Heizung (12) auf der Grundlage einer Differenz zwischen dem Gesamtwiderstand und dem Sensorwiderstand.
Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch den Schritt: Berechnen einer Temperatur der Heizung (12) auf der Grundlage des Heizungswiderstandes.
Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch die Schritte: Berechnen eines Fehlersignals auf der Grundlage einer Differenz zwischen der Heizungstemperatur und dem Betriebstemperaturbereich; und Verändern einer Temperatur der Heizung (12) auf der Grundlage des Fehlersignals.
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch den Schritt: Erzeugen einer Schätzung der Sauerstoffkonzentration in den Emissionen.
Verfahren nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch den Schritt: Steuern der Emissionsniveaus des Fahrzeugs zum Teil auf der Grundlage der Abgastemperatur.