DE3908204C2 - Verfahren zum Bestimmen einer Gastemperatur in einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Tem­ peratur eines Eingangsgases vor einer Gasmischungsstelle im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, in welcher Mischungs­ stelle Heißgas zum Eingangsgas gemischt wird. Das Eingangsgas kann z. B. Frischluft und das Heißgas Heißluft sein oder das Eingangsgas kann Luft ein, sei sie vorgewärmt oder nicht, und das Heißgas ist zur Mischungsstelle rückgeführtes Abgas.

Stand der Technik

Wird zur Ansaugluftvorwärmung Heißluft zu Frischluft beige­ mischt, wird für Regelvorgänge zum Einstellen der Temperatur der Ansaugluft, d. h. der gemischten Luft, nicht nur die Tem­ peratur der Ansaugluft selbst, sondern auch die Temperatur der Frischluft gemessen. Es sind also zwei Temperaturfühler vorhanden, einer vor der Mischungsstelle im Frischluftstrom und einer hinter der Mischungsstelle im Ansaugluftstrom. Der­ artige Anordnungen sind handelsüblich.

Bei Verfahren, bei denen Abgas zu Ansaugluft, sei sie vorer­ wärmt oder nicht, gemischt wird, werden in den verschiedenen Gasströmen mehrere Temperaturfühler verwendet, und zwar bis zu Fühler, wie in der DE 32 20 832 A1 beschrieben. Bei sol­ chen Abgas-Zumischverfahren sind wie bei den Heißluft-Zumisch­ verfahren ebenfalls mindestens zwei Temperaturfühler erforder­ lich, nämlich einer im Eingangsgasstrom und einer im Mischgas­ strom.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, verschiedene Tem­ peraturen im Bereich einer Gasmischungsstelle im Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine auf möglichst einfache Art und Weise messen zu können.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 gegeben. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegen­ stand der Unteransprüche 2-8.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die Temperatur des Eingangsgases und die Temperatur des Mischgases mit einem einzigen Temperaturfühler messen zu können. Dazu wird zu vor­ gegebenen Zeitpunkten das Zumischen von Heizgas zum Eingangs­ gas unterbrochen. Bei unterbrochenem Zumischen wird wieder­ holt die Gastemperatur hinter der Mischungsstelle gemessen. Sobald die Änderungsgeschwindigkeit der Gastemperatur unter eine vorgegebene Grenzgeschwindigkeit gefallen ist, wird da­ von ausgegangen, daß am Ort des Temperaturfühlers hinter der Mischungsstelle dieselbe Temperatur wie vor der Mischungs­ stelle herrscht. Demgemäß wird der Wert der bei Eintritt der genannten Bedingung gemessenen Gastemperatur als Wert der Temperatur des Eingangsgases verstanden. Nachdem diese Tem­ peratur auf die genannte Art und Weise gewonnen ist, wird das Zumischen von Heißgas, also zum Beispiel Heißluft zu Frisch­ luft oder Abgas zu Ansaugluft, wieder zugelassen.

Von besonderem Vorteil ist es, als vorgegebenen Zeitpunkt für den Beginn des Verfahrens einen solchen zu verwenden, der um eine vorgegebene Wartezeitspanne nach dem Startzeitpunkt der Brennkraftmaschine liegt. Unter Startzeitpunkt wird hierbei derjenige Zeitpunkt verstanden, zu dem festgestellt wird, daß die Brennkraftmaschine läuft. Die Wartezeitspanne hängt vor­ zugsweise von der Motortemperatur ab, die z. B. durch Messen der Temperatur des Motorblocks oder der Kühlmitteltemperatur ermittelt wird. Ist der Motor kalt, kann das Verfahren sofort nach dem Motorstart ausgeführt werden, da es dann in Bruch­ teilen einer Sekunde abgeschlossen sein kann, da die genannte Änderungsgeschwindigkeit sofort unter der Grenzgeschwindig­ keit liegt. Bei einem Warmstart dagegen wird vorteilhafterweise einige Zeit, z. B. eine Minute gewartet, um einen eventuellen Wärmerückstau abzubauen. Die Wartezeit wird vorzugsweise abhängig von der Motortemperatur (Kühlmitteltemperatur) bestimmt.

Von besonderem Vorteil ist es, als vorgegebenen Zeitpunkt einen solchen zu verwenden, zu dem das Zumischen von Heißgas zu Eingangsgas ohnehin unterbrochen wird. Das erfindungsgemäße Temperaturbestimmungsverfahren greift dann nicht eigens in den Mischungsprozeß an der Gasmischungsstelle ein.

Handelt es sich beim Eingangsgas um Frischluft, können die vorgegebenen Zeitpunkte auch so gewählt werden, daß sie einen gegenseitigen festen Abstand einhalten, der geringer ist als diejenige Zeitspanne, innerhalb derjenigen eine für den Be­ trieb der Brennkraftmaschine erhebliche Änderung der Umge­ bungslufttemperatur zu erwarten ist. Es kann also eine Zeit­ spanne von einigen Minuten sein.

Zeichnung

Fig. 1A und B schematische Darstellungen einer Mischungs­ stelle mit Meß- und Stelleinrichtungen, wobei bei der Darstellung gemäß Fig. 1A eine Heißluftklappe geöffnet ist und bei der Darstellung gemäß Fig. 1B diese Heißluftklappe geschlossen ist; und

Fig. 2 Flußdiagramm eines Verfahrens zum Messen der Frischlufttemperatur in einer Brennkraftmaschine mit Hilfe des Temperaturfühlers zum Messen der Ansaugluft­ temperatur.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Die in Fig. 1 dargestellte Mischungsstelle verfügt über ein durchgehendes Ansaugluftrohr 10, in das ein Heißluftrohr 11 mündet. Letzteres ist durch eine Heißluftklappe 12 verschließ­ bar, die von einem Stellglied 13 betätigt wird. Wenn die Heiß­ luftklappe geöffnet ist, wie in Fig. 1 dargestellt, tritt Heißluft aus dem Heißluftrohr 11 in das Ansaugluftrohr 10 ein und wird dort mit Frischluft zu vorgewärmter Ansaugluft gemischt. Ist dagegen die Heißluftklappe 12 geschlossen, wie in Fig. 1B dargestellt, strömt an allen Stellen des Ansaug­ luftrohres 10 Frischluft durch dasselbe. Die Temperatur ϑAL der Ansaugluft hängt von der Temperatur ϑFL der Frischluft, der Temperatur ϑHL der Heißluft und dem Mischungsverhältnis zwischen Frischluft und Heißluft ab. Bei 20°C Frischluft­ temperatur kann die Heißluft bis zu etwa 80°C erreichen, ab­ hängig vom verwendeten Wärmetauscher auf der Abgasseite.

Hinter dem Mündungsort des Heißluftrohres 11 in das Ansaug­ luftrohr 10 ist im Ansaugluftrohr ein Temperaturfühler 14 an­ geordnet, der eine Temperatur ϑ mißt, deren Wert in Form einer Spannung Uϑ an einen Mikrocomputer 15 gemeldet wird. Der Mikrocomputer 15 errechnet aus der Spannung Uϑ eine Tempera­ tur, die er im Fall geöffneter Heißluftklappe 12 als Ansaug­ lufttemperatur ϑAL ausgibt. Im Fall geschlossener Heißluft­ klappe führt er dagegen ein Verfahren aus, wie es nun anhand von Fig. 2 näher erläutert wird.

Nach dem Start des Programms gemäß Fig. 2 werden in einem Schritt Bedingungen für Zeitpunkte für den Beginn der Frisch­ lufttemperaturmessung gesetzt. Insbesondere drei Arten von Zeitpunkten werden beim Ausführungsbeispiel benutzt. Der eine Zeitpunkt ist ein solcher, der um eine motortemperaturabhän­ gige Wartezeitspanne nach dem Startzeitpunkt der Brennkraft­ maschine liegt, an der das Verfahren ausgeübt wird. Bei Kalt­ start ist die Wartezeitspanne vorzugsweise Null, während sie bei erwärmtem Motor einige 10 Sekunden beträgt. In diesem Fall wird als Anfangswert für die Frischlufttemperatur dieje­ nige Temperatur verwendet, wie sie beim zuvor erfolgten Ab­ schalten vorlag und gespeichert wurde. Seit diesem Abschal­ ten kann keine allzu große Zeitspanne vergangen sein, da ja der Motor noch warm ist. Es ist dann auch anzunehmen, daß sich die Umgebungstemperatur und damit die Frischlufttempera­ tur nicht wesentlich verändert hat. Eine weitere Bedingung für einen Zeitpunkt für den Beginn der Frischlufttemperatur­ messung ist diejenige, daß die Heißluftklappe 12 aus überge­ ordneten Gesichtspunkten geschlossen wird. Ein solcher über­ geordneter Gesichtspunkt ist z. B. die Tatsache, daß obere Teillast oder sogar Vollast vorliegt. In diesen Lastbereichen wird die Zufuhr von Heißluft zur Ansaugluft grundsätzlich unterbrochen, da erwärmte Luft eine geringere Masse als kalte Luft, bei jeweils gleichem Volumen, aufweist. Es würde hoher Motorleistung abträglich sein, wenn auch im oberen Lastbe­ reich die Ansaugluft vorgewärmt würde. Eine dritte Bedingung ist schließlich die, daß eine bestimmte Zeitspanne seit dem letzten Bestimmen der Frischlufttemperatur abgelaufen ist. Beim Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Zeitspanne von 5 Minuten. Die Zeitspanne soll geringer sein als diejeni­ ge Zeitspanne, innerhalb derjenigen eine für den Betrieb der Brennkraftmaschine erhebliche Änderung der Umgebungslufttem­ peratur zu erwarten ist. Eine erhebliche Änderung liegt typi­ scherweise bei mehr als 10°C Unterschied zur zuletzt gemes­ senen Frischlufttemperatur vor. Diese Wartezeitspanne wird immer dann gestartet, wenn das Verfahren zum Bestimmen der Frischlufttemperatur abgeschlossen ist, wobei der Grund uner­ heblich ist, der den Ablauf des Verfahrens ausgelöst hat.

Es wird darauf hingewiesen, daß die Bedingungen gemäß Schritt s1 vorteilhafterweise in einem Hauptprogramm gesetzt werden und die im folgenden erläuterten Schritte nur in einem spe­ ziellen Prüfprogramm abgearbeitet werden, das im Abstand einiger Sekunden immer wieder aufgerufen und abgearbeitet wird. Der Übersichtlichkeit halber ist jedoch der Schritt s1 für das Setzen von Zeitbedingungen im Ablauf von Fig. 2 dar­ gestellt.

In einem Schritt s2 wird überprüft, ob eine der in Schritt s1 gesetzten Bedingungen erfüllt ist. Ist dies nicht der Fall, wird der Wert der gemessenen Temperatur ϑ als Wert für die Ansauglufttemperatur ϑAL gewertet, was in einem Schritt s3 erfolgt. Im Schritt s3 wird zugleich für die weitere Berech­ nung der Wert eines Parameter ϑNEU auf den Wert ϑ gesetzt und ein Zeitpunktparameter tNEU wird auf die aktuelle Meßzeit t gesetzt. Dann kehrt das Verfahren zum Schritt s2 zurück, was in der Regel nicht direkt erfolgt wie in Fig. 2, sondern da­ durch, daß zunächst in das Hauptprogramm zurückgekehrt wird und aus diesem heraus wieder der Schritt s2 erreicht wird.

Ergibt sich bei der Überprüfung gemäß Schritt s2, daß eine der in Schritt s1 gesetzten Bedingungen erfüllt ist, gibt der Mikrocomputer 15 in einem Schritt s4 ein solches Signal an das Stellglied 13, daß dieses die Heißluftklappe 12 schließt und dadurch das Zumischen von Heißluft zu Frischluft unter­ bricht. Es strömt nun unmittelbar Frischluft zum Temperatur­ fühler 14. Dort wird jedoch nicht sofort nach dem Schließen der Heißluftklappe 13 die Temperatur der Frischluft gemessen, da sich diese an den erwärmten Teilen des Ansaugluftrohres 10 hinter der Mischungsstelle etwas erwärmt, und da insbesondere der Temperaturfühler 14 selbst noch relativ warm ist. Der in einem Schritt s5 nach dem Schließen der Heißluftklappe 12 ge­ messene Wert für die Temperatur ϑ wird daher nicht unmittel­ bar als Wert für die Frischlufttemperatur ϑFL verwendet, son­ dern dieser Wert wird der neue Wert für den Parameter ϑNEU. Damit der in Schritt s3 gesetzte Wert für ϑNEU nicht verloren geht, wird der Wert eines Parameters ϑALT auf den Wert von ϑNEU gesetzt, bevor ϑNEU den Wert von ϑ erhält. Entsprechend wird der Zeitpunkt tNEU von Schritt s3 auf einen Parameter tALT übertragen und erst dann erhält tNEU den Wert für den aktuellen Meßzeitpunkt t. In einem Schritt s6 wird die Ände­ rungsgeschwindigkeit berechnet zu:

= (ϑALT - ϑNEU)/(tALT - tNEU)

In einem Schritt s7 wird überprüft, ob die Änderungsgeschwin­ digkeit der Temperatur unter eine Grenzgeschwindigkeit ϑGRENZ gefallen ist. Beim Ausführungsbeispiel beträgt die Grenzge­ schwindigkeit 1°C pro Sekunde. Ist die berechnete Änderungs­ geschwindigkeit noch höher als die Grenzgeschwindigkeit, ist dies das Zeichen dafür, daß die Frischlufttemperatur noch nicht korrekt gemessen wird. Das Verfahren kehrt dann zum Schritt s5 zurück. Unter Umständen wird dieser Schritt s5 noch mehrfach erreicht, nämlich immer dann, wenn in Schritt s7 festgestellt wird, daß die Änderungsgeschwindigkeit immer noch über der Grenzgeschwindigkeit liegt. Wird in Schritt s7 aber schließlich festgestellt, daß die Änderungsgeschwindigkeit unter die Grenzgeschwindigkeit gefallen ist oder dieser gleich geworden ist, ist dies das Zeichen dafür, daß die gemessene Temperatur ϑ ziemlich genau mit der Frischlufttemperatur ϑFL übereinstimmt. Daher wird in einem Schritt s8 der Wert für ϑFL auf den Wert ϑNEU gesetzt. Dieser Wert FL für die Frischluft­ temperatur wird vom Mikroprozessor 15 solange als aktueller Wert für die Frischlufttemperatur ϑFL ausgegeben, bis erneut das Verfahren gemäß den Schritten s4-s8 abläuft, nachdem eine der in Schritt s1 gesetzten Bedingungen erfüllt ist.

Das anhand des vorstehenden Ausführungsbeispieles beschriebe­ ne Verfahren kann überall dort an einer Brennkraftmaschine eingesetzt werden, wo ein Heißgas zu einem Eingangsgas ge­ mischt wird und ein Temperaturfühler zum Messen der Tempera­ tur des Mischgases vorhanden ist. Auf den bisher bei derarti­ gen Anordnungen vorhandenen Temperaturfühler im Eingangsgas­ strom kann verzichtet werden. Es können mit einem einzigen Fühler sogar noch mehr als zwei Temperaturen gemessen werden, nämlich, wenn mindestens zwei Mischungsstellen vorhanden sind, z. B. eine erste, in der Heißluft zu Frischluft gemischt wird, und eine zweite, in der Abgas zu Ansaugluft gemischt wird. Ein Temperaturfühler befindet sich nur hinter der letz­ ten Mischungsstelle. Werden beide Heißgasklappen an den Mi­ schungsstellen geschlossen, kann die sich mit der Zeit nur we­ nig ändernde Frischlufttemperatur gemessen werden. Wird die Heißluftklappe geöffnet, aber bleibt das Abgasrückführventil an der zweiten Mischungsstelle geschlossen, kann die Tempera­ tur der erwärmten Ansaugluft gemessen werden. Wird das Abgas­ rückführventil geöffnet, wobei es unerheblich ist, ob die Frischluftklappe offen ist oder nicht, wird die Temperatur des vom Motor letztendlich angesaugten Gases gemessen.

Es wird darauf hingewiesen, daß der oben genannte Schritt s8 auch festlegt, daß wieder Heißluft zur Frischluft, oder all­ gemein Heißgas zu einem Eingangsgas, zugemischt werden kann. Ob dieses Zumischen tatsächlich erfolgt, hängt von den dann aktuellen Betriebsbedingungen ab. Befindet sich die Brenn­ kraftmaschine z. B. im oberen Lastbereich, wird man die Heiß­ luftklappe 12 nicht öffnen, obwohl das Verfahren zum Bestim­ men der Frischlufttemperatur abgeschlossen ist.

Claims (7)

1. Verfahren zum Bestimmen der Temperatur eines Eingangs­ gases vor einer Gasmischungsstelle im Ansaugtrakt einer Brenn­ kraftmaschine, in welcher Mischungsstelle Heißgas zum Ein­ gangsgas gemischt wird, dadurch gekennzeichnet, daß

• - zu vorgegebenen Zeitpunkten das Zumischen von Heißgas zum Eingangsgas unterbrochen wird,
• - bei unterbrochenem Zumischen wiederholt die Gastemperatur (ϑ) hinter der Mischungsstelle gemessen wird,
• - aus den Meßergebnissen (ϑALT und ϑNEU) zu zwei verschiede­ nen Meßzeitpunkten (tALT bzw. tNEU) die Änderungsgeschwin­ digkeit () der Gastemperatur berechnet wird,
• - dann, wenn die berechnete Änderungsgeschwindigkeit eine vorgegebene Grenzgeschwindigkeit (GRENZ) erreicht oder unterschreitet, der Wert für die Temperatur des Eingangs­ gases auf den Wert der zuletzt gemessenen Gastemperatur ge­ setzt wird, und
• - anschließend das Zumischen von Heißgas zum Eingangsgas wie­ der zugelassen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeich­ net, daß das Messen der Gastemperatur hinter einer Mi­ schungsstelle erfolgt, in der Abgas zu Luft gemischt wird.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Messen der Gastemperatur hinter einer Mischungsstelle erfolgt, in der Heißluft zu Frischluft gemischt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß vorgegebene Zeitpunkte einen gegenseitigen Ab­ stand einhalten, der geringer ist als diejenige Zeitspanne, innerhalb derjenigen eine für den Betrieb der Brennkraft­ maschine erhebliche Änderung der Umgebungslufttemperatur zu erwarten ist.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß als ein vorgegebener Zeitpunkt ein solcher verwendet wird, der um eine vorgegebene Warte­ zeitspanne nach dem Startzeitpunkt der Brennkraftmaschine liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeich­ net, daß die Wartezeitspanne von der Motortemperatur ab­ hängt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß als ein vorgegebener Zeitpunkt ein solcher verwendet wird, zu dem das Zumischen von Heißgas zu Eingangsgas ohnehin unterbrochen wird.