DE3835852A1

DE3835852A1 - Verfahren und vorrichtung zur temperaturbestimmung mit hilfe des innenwiderstandes einer lambdasonde

Info

Publication number: DE3835852A1
Application number: DE3835852A
Authority: DE
Inventors: Manfred Dr Homeyer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1988-10-21
Filing date: 1988-10-21
Publication date: 1990-04-26
Also published as: AU4321389A; US5129258A; JPH03501776A; EP0408678A1; AU623183B2; JP2793869B2; WO1990004764A1; BR8907129A; KR900702345A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Tempe ratur einer Lambdasonde und/oder der Temperatur des sie um gebenden Abgases. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vor richtung zum Bestimmen der Abgastemperatur.

Stand der Technik

Es ist bekannt, daß der Innenwiderstand einer Lambdasonde mit zunehmender Temperatur stark fällt. Zwischen der Sondentempe ratur und dem Innenwiderstand besteht ein eineindeutiger Zu sammenhang. Dieser Zusammenhang wird dazu genutzt, aus einer Messung des Innenwiderstandes die Sondentemperatur zu bestim men, wie z. B. in DE 31 17 790 A1 (entsprechend US 44 19 190) beschrieben.

Die Temperatur der Lambdasonde wird im Fall einer unbeheizten Sonde ausschließlich und im Falle einer beheizten Sonde maß geblich durch die Temperatur des sie umgebenden Abgases be stimmt. Diese Temperatur wird gemäß dem Stand der Technik mit Hilfe eines gesonderten Meßfühlers bestimmt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren zum Be stimmen der Temperaturen einer Lambdasonde und/oder des sie umgebenden Abgases anzugeben, die einfach sind und dennoch genau arbeiten. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zu grunde, eine einfach aufgebaute Vorrichtung zum Bestimmen der Abgastemperatur anzugeben.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung ist für das Verfahren zum Bestimmen der Abgas temperatur durch die Merkmale von Anspruch 1 und für das Ver fahren zum Bestimmen der Sondentemperatur durch die Merkmale von Anspruch 6 gegeben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen der Abgastemperatur ist durch die Merkmale von An spruch 8 gegeben. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestal tungen des Verfahrens gemäß Anspruch 1 sind Gegenstand der Un teransprüche 2-4.

Beide Verfahren zeichnen sich dadurch aus, daß sie eine Tem peraturbestimmung mit Hilfe des Innenwiderstandes einer im Abgas angeordneten Lambdasonde vornehmen. Dem Verfahren gemäß Anspruch 1 zum Bestimmen der Abgastemperatur liegt dabei die Erkenntnis zugrunde, daß nicht nur der Zusammenhang zwischen Innenwiderstand und Sondentemperatur eineindeutig ist, son dern daß auch, stationäre Verhältnisse vorausgesetzt, der Zu sammenhang zwischen Sondentemperatur und Abgastemperatur für eine jeweils vorliegende Anordnung eineindeutig ist. Demgemäß besteht für den stationären Fall ein eineindeutiger Zusammen hang zwischen Innenwiderstand und Abgastemperatur. Dies er möglicht es, zunächst den Zusammenhang zwischen Abgastempera tur und Innenwiderstand auszumessen und dann mit Hilfe dieses bekannten Zusammenhangs aus dem in üblicher Weise gemessenen Innenwiderstand die Abgastemperatur für den stationären Fall zu bestimmen. Dabei ist es unerheblich, ob die Sonde beheizt oder unbeheizt ist. Dadurch hervorgerufene Unterschiede im Zusammenhang zwischen Innenwiderstand und Abgastemperatur finden automatisch Berücksichtigung, wenn der Zusammenhang zwischen Innenwiderstand und Abgastemperatur ausgemessen wird.

Um auch im instationären Fall die Abgastemperatur aus dem In nenwiderstand bestimmen zu können, wird die aus dem stationä ren Zusammenhang gewonnene Temperatur mit Hilfe der Steigung des zeitlichen Temperaturverlaufs im aktuellen Zeitpunkt kor rigiert.

Vorteilhaft ist es auch, eine Korrektur vorzunehmen, die be rücksichtigt, daß für magere und fette Gemische unterschied liche Zusammenhänge zwischen Innenwiderstand und Abgastempe ratur bestehen, und zwar dahingehend, daß bei jeweils glei cher Abgastemperatur in fetten Gemischen ein höherer Innenwi derstand gemessen wird als in mageren Gemischen.

Das nebengeordnete Verfahren gemäß Anspruch 6 zeichnet sich dadurch aus, daß es die soeben in Zusammenhang mit dem Be stimmen der Abgastemperatur beschriebenen Zusammenhänge für das Bestimmen der Sondentemperatur nutzt. Es wird nicht mehr, wie bisher, zu jedem Innenwiderstandswert für mageres und fettes Gemisch jeweils derselbe Sondentemperaturwert bestimmt, sondern für mageres Gemisch wird ein höherer Wert bestimmt als für fettes Gemisch. In besonders vorteilhafter Weise er folgt dies dadurch, daß der Zusammenhang zwischen Innenwider stand und Sondentemperatur für eine Gemischart, z. B. für ma geres Gemisch, bestimmt wird und dieser Zusammenhang bei Vor liegen der Gemischart, für die die Bestimmung erfolgte, unmit telbar verwendet wird, während dann, wenn die andere Gemisch art vorliegt, noch eine Korrektur vorgenommen wird.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Bestimmen der Abgastem peratur weist ein Mittel zum Messen des Innenwiderstandes einer Lambdasonde und ein Mittel zum Bestimmen der Abgastem peratur aus dem Innenwiderstand auf.

Zeichnung

Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren ver anschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zei gen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum Bestim men der Abgastemperatur mit Hilfe des Innenwider standes einer im Abgas angeordneten Lambdasonde;

Fig. 2a und b Diagramme zum Erläutern der Abhängigkeit des Sondeninnenwiderstandes (2 b) vom Lambdawert (2 a);

Fig. 3 ein Flußdiagramm zum Erläutern, wie Sondentempera tur und Abgastemperatur mit Hilfe des Innenwider standes einer Sonde bestimmt werden und unter Berücksichtigung der vorliegenden Gemischart kor rigiert werden; und

Fig. 4 ein Flußdiagramm eines Teilverfahrens zum Bestim men der Abgastemperatur im Instationärfall.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 ist eine im Abgas einer Brenn kraftmaschine befindliche Lambdasonde 10 mit einem Mittel 11 zum Bestimmen des Sondeninnenwiderstandes R _i verbunden. Dieses Mittel bestimmt den Innenwiderstand z. B. gemäß der in der be reits genannten DE 31 17 790 A1 genannten Methode oder nach einer Methode, wie sie in EP 02 58 543 A2 beschrieben ist. Mit dem für den aktuellen Zeitpunkt bestimmten Innenwiderstands wert wird ein Kennlinienspeicher 12 adressiert und dadurch die zum ermittelten Innenwiderstandswert gehörige Abgastempe ratur TA ausgelesen. Die Kennlinie wurde zuvor dadurch be stimmt, daß stationäre Abgastemperaturen eingestellt wurden, diese mit Hilfe eines gesonderten Temperaturmeßfühlers gemes sen wurden und für jede Abgastemperatur der zugehörige Innen widerstandswert der Sonde ermittelt wurde. Für jeden Innen widerstandswert wurde die zugehörige Abgastemperatur im Kenn linienspeicher 12 abgelegt.

Anhand von Fig. 2 wird nun eine Feinheit erläutert, die beim Bestimmen des Zusammenhangs zwischen Innenwiderstandswert und Temperatur zu beachten ist. Es sei angenommen, daß die Abgas temperatur und damit auch die Sondentemperatur über die Zeit t konstant gehalten wird. Die Sonde befinde sich aber bis zu einem Zeitpunkt t _S im Abgas, das von der Verbrennung eines fetten Gemischs herrührt, und danach im Abgas, das von Ver brennung eines mageren Gemisches herrührt. Der Lambdawert er höhe sich also zum Zeitpunkt t _S sprunghaft von fett nach ma ger. Aus Fig. 2b ist erkennbar, daß sich mit der sprunghaften Erhöhung des Lambdawertes der Innenwiderstand sprunghaft er niedrigt. Es ist also darauf zu achten, daß der Zusammenhang zwischen Innenwiderstand und Abgastemperatur TA oder Sonden temperatur TS zum Bestimmen einer Kennlinie immer für dieselbe Gemischart bestimmt wird. Wurde die Kennlinie bei magerem Ge misch aufgenommen, ergibt sich für den in Fig. 2b links dar gestellten Innenwiderstandswert R _i-mager der richtige Abgas- bzw. Sondentemperaturwert, wie er in Fig. 2b durch die rechte Skala angezeigt ist. Für fettes Gemisch ergibt sich jedoch aus der für mageres Gemisch aufgenommenen Kennlinie ein zu hoher Temperaturwert T-fett.

Um die Lambdaabhängigkeit in Zusammenhang zwischen Innenwider stand und Abgastemperatur oder Sondentemperatur zu berücksich tigen, bestehen mehrere Möglichkeiten. Alle setzen voraus, daß der Lambdawert gemessen wird. Die erste Möglichkeit ist die, daß für fette Gemische und für magere Gemische jeweils unter schiedliche Innenwiderstandswert-Temperatur-Kennlinien ver wendet werden. Abhängig vom Lambdawert wird dann die zugehö rige Kennlinie ausgewählt, und aus dieser wird mit Hilfe des vorliegenden Innenwiderstandswertes die Abgastemperatur bzw. Sondentemperatur ausgelesen. Die nächste Möglichkeit besteht darin, daß nur eine einzige Kennlinie verwendet wird, z. B. eine, die für magere Gemische aufgenommen wurde, und für die andere Gemischart korrigiert wird, im Beispielsfall für fette Gemische. Liegt im Beispielsfall ein mageres Gemisch vor, wird der aus der Kennlinie ausgelesene Temperaturwert unmittelbar verwendet, während beim Vorliegen eines fetten Gemisches ein Differenzwert abgezogen wird, der im Beispielsfall ein Tempe raturdifferenzwert ist. Es hat sich gezeigt, daß der Diffe renzwert etwa 1/2% der absoluten Abgastemperatur ist, also etwa 5°C bei einer Abgastemperatur von etwa 750°C. Der zur Korrektur erforderliche Differenzwert ändert sich jedoch nicht genau proportional zur Absoluttemperatur des Abgases oder der Sonde. Daher kann mit recht guter Genauigkeit auch ein kon stanter Differenzwert verwendet werden, z. B. 5,5°C bei den in Versuchen verwendeten Sonden. Es wurde festgestellt, daß kleine Abhängigkeiten auch noch von der Größe des Lambdawertes bestehen. Alle genannten Abhängigkeiten sind jedoch so gering, daß bei den im Versuch verwendeten Sonden unter allen Bedin gungen ein fester Korrekturwert ausreichend war, um zufrie denstellende Ergebnisse zu erhalten. Werden hochgenaue Ergeb nisse gefordert, muß mit Kennfeldern gearbeitet werden, in denen eine Mehrzahl von Innenwiderstandswert-Temperatur-Kenn linien für jeweils unterschiedliche Lambdawerte abgelegt ist.

Anstatt zunächst von einem Innenwiderstandswert in eine Tem peratur umzurechnen und dann zu korrigieren, ist es auch mög lich, zunächst den Innenwiderstand zu korrigieren und dann auf eine Temperatur umzurechnen. Es wird also z. B. beim Vor liegen eines mageren Gemisches jeder ermittelte Innenwider standswert unverändert übernommen, dagegen wird zu jedem bei fettem Gemisch ermittelten Innenwiderstandswert ein Differenz wert hinzugezählt. Mit dem so korrigierten Innenwiderstands wert wird dann die zugehörige Temperatur aus einer für magere Gemische ermittelten Innenwiderstandswert-Temperatur-Kennlinie ausgelesen.

Ein bevorzugter Verfahrensablauf, der die vorstehend beschrie benen Gesichtspunkte berücksichtigt, wird nun anhand von Fig. 3 beschrieben. In einem Schritt s 1 wird der aktuelle Innenwi derstandswert R _i nach einer bekannten Methode bestimmt. In einem Schritt s 2 wird die Abgastemperatur TA aus einer ersten Kennlinie und die Sondentemperatur TS aus einer zweiten Kenn linie jeweils abhängig vom ermittelten Innenwiderstandswert bestimmt. In einem Schritt s 3 wird der aktuelle Lambdawert ge messen. Stellt sich in einem Schritt s 4 heraus, daß ein mage res Gemisch vorliegt, schließt sich als Schritt s 5 unmittel bar ein Unterprogramm an, in dem die Werte für Abgastempera tur und Sondentemperatur verwendet werden. Dann kehrt das Ver fahren zum Schritt s 1 zurück. Ergibt sich in Schritt s 4 da gegen, daß kein mageres, also fettes Gemisch vorliegt, wird in einem Schritt s 6 der Abgastemperaturwert TA dadurch korri giert, daß von dem in Schritt s 2 ermittelten Wert ein fester Differenzwert Δ T abgezogen wird. Dieselbe Differenz wird von der Sondentemperatur TS abgezogen, wie sie ebenfalls im Schritt s 2 ermittelt wurde. Die auf diese Weise korrigierten Temperaturen werden dann im Unterprogramm gemäß Schritt s 5 verwendet.

Es wird darauf hingewiesen, daß nicht sowohl die Abgastempe ratur TA wie auch die Sondentemperatur TS gemeinsam bestimmt werden müssen. Das beschriebene Korrekturverfahren zum Berück sichtigen der Gemischart ist auch für jede Temperatur einzeln anwendbar. Von besonderem Vorteil ist jedoch das Durchführen des Verfahrens für beide Temperaturen. Es können dann mit einer einzigen Messung, nämlich der des Innenwiderstandes, zwei Temperaturen mit großer Genauigkeit bestimmt werden, je denfalls für stationäre Fälle. Für die Art der Korrektur be stehen zahlreiche Möglichkeiten, wie weiter oben erläutert.

Im Verfahrensablauf gemäß Fig. 3 sind im Anschluß an den Schritt s 5 vor der Rückkehr zum Schritt s 1 zwei Marken A und B eingezeichnet. Zwischen diesen Marken kann ein Teilverfah ren ablaufen, das ein recht genaues Bestimmen der Abgastem peratur auch in Instationärfällen ermöglicht. Dieses Verfah ren wird nun anhand von Fig. 4 erläutert.

Gemäß Fig. 4 folgt auf die Marke A ein Schritt k 1, der nur einem formellen Zweck dient; es wird nämlich lediglich der Abgastemperaturwert TA mit dem Namen TA STAT versehen. Dies zeigt an, daß es sich um die Abgastemperatur handelt, die für den vorliegenden Zeitpunkt aus einem Zusammenhang zwischen Innenwiderstandswert und Abgastemperatur bestimmt wurde, der für stationäre Zustände gilt. In einem Schritt k 2 wird ein Mittelwert NEU mit Hilfe des jüngsten Wertes von TA STAT bestimmt. Z. B. wird gleitend über die jeweils letzten vier Werte gemittelt. Oder es wird der letzte Mittelwert mit drei Vierteln gewichtet verwendet, und hierzu wird der neue Wert mit einem Viertel gewichtet gezählt. Über wieviele Daten ge mittelt wird und wie die Mittelung durchgeführt wird, hängt vom jeweiligen Anwendungsfall ab.

Bevor der nun folgende Schritt k 3 näher erläutert wird, sei auf den dann folgenden Schritt k 4 eingegangen. Gemäß diesem wird der in Schritt k 2 berechnete neue Mittelwert NEU als alter Mittelwert ALT benannt. In Schritt k 3 steht also der in Schritt k 2 berechnete neue Mittelwert NEU zur Verfügung, wie auch der beim vorigen Durchgang in Schritt k 2 berechnete Mittelwert, der nun den Namen ALT trägt. In Schritt k 3 wird mit Hilfe dieser Werte und des Wertes TA STAT gemäß Schritt k 1 die Abgastemperatur wie folgt berechnet:

K ist eine Konstante, die in Versuchen so bestimmt wird, daß sich aus der genannten Gleichung auch in Instationärfällen ein Wert für die Abgastemperatur ergibt, der möglichst genau mit dem jeweiligen Wert übereinstimmt, wie er durch ein geson dertes Temperaturmeßmittel erfaßt wird. Ist die Konstante K durch Messungen für eine vorgegebene Anordnung festgelegt, liefert sie für fast alle Instationärfälle zufriedenstellende Ergebnisse.

Claims

1. Verfahren zum Bestimmen der Temperatur des Abgases einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Innenwiderstand einer im Abgas angeordneten Lambdasonde gemessen wird und
- mit Hilfe eines bekannten Zusammenhanges zwischen Innen widerstand und Abgastemperatur für den stationären Fall die Abgastemperatur bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß

- die Steigung der Abgastemperatur-Zeit-Kurve zum jeweils aktuellen Zeitpunkt bestimmt wird und
- der mit einer Konstanten multiplizierte Steigungswert zur aktuellen Temperatur addiert wird,
- wobei die Konstante in Versuchen so vorbestimmt wurde, daß sich mit den vorgenannten Verfahrensschritten ein möglichst genaues Anpassen an die tatsächliche Abgastemperatur er gibt.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß als jeweils aktuelle Temperatur eine gemittelte Temperatur verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß

- der Lambdawert erfaßt wird und
- im Falle eines fetten Gemisches ein Zusammenhang zwischen Innenwiderstand und Abgastemperatur verwendet wird, der für fettes Gemisch bestimmt wurde, und
- im Falle eines mageren Gemisches ein Zusammenhang zwischen Innenwiderstand und Abgastemperatur verwendet wird, der für mageres Gemisch bestimmt wurde.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß mit Hilfe eines bekannten Zusammenhangs zwischen Innenwiderstand und Sondentemperatur zusätzlich die Sonden temperatur bestimmt wird.

6. Verfahren zum Bestimmen der Temperatur einer Lambdasonde, insbesondere Verfahren nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß

- der Lambdawert erfaßt wird und
- im Falle eines fetten Gemisches ein Zusammenhang zwischen Innenwiderstand und Sondentemperatur verwendet wird, der für fettes Gemisch bestimmt wurde, und
- im Falle eines mageren Gemisches ein Zusammenhang zwischen Innenwiderstand und Sondentemperatur verwendet wird, der für mageres Gemisch bestimmt wurde.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß

- ein Zusammenhang zwischen Innenwiderstand und Abgastempera tur verwendet wird, der für eine erste Gemischart bestimmt wurde, und
- dann, wenn der Lambdawert die erste Gemischart anzeigt, die Umrechnung von Innenwiderstandswert in Abgastemperatur in einem Umrechnungsschritt gemäß dem bestimmten Zusammenhang erfolgt,
- aber dann, wenn der Lambdawert die andere Gemischart an zeigt, zusätzlich zum genannten Umrechnungsschritt ein wei terer Umrechnungsschritt erfolgt, gemäß dem ein Temperatur differenzwert abgezogen wird, wenn die erste Gemischart mageres Gemisch ist, dagegen zugezählt wird, wenn die er ste Gemischart fettes Gemisch ist.

8. Vorrichtung zum Bestimmen der Temperatur des Abgases einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch

- ein Mittel (11) zum Bestimmen des Innenwiderstandes einer im Abgas angeordneten Lambdasonde (10) und
- ein Mittel (12) zum Bestimmen der Abgastemperatur aus dem Innenwiderstand mit Hilfe eines bekannten Zusammenhanges zwischen Innenwiderstand und Abgastemperatur.