DE4120388A1 - Verfahren zur temperaturerfassung - Google Patents
Verfahren zur temperaturerfassungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tempera
turerfassung der den Verbrennungsräumen einer
Brennkraftmaschine zugeführten Luft, insbesondere
zur Verwendung bei einer Luftmassenerfassung, wobei
ein Temperaturfühler die Temperatur ermittelt.
Für die Einstellung der Betriebsparameter, insbe
sondere zur Einstellung optimaler Betriebspunkte,
ist es erforderlich, die einer Brennkraftmaschine
zugeführte Luftmasse zu erfassen. Bei bekannten
Verfahren, werden zur Luftmassenerfassung soge
nannte Heißfilm- oder Hitzdraht-Luftmassenmesser
eingesetzt.
Grundsätzlich ist für die Luftmassenerfassung eine
Temperaturerfassung der den Verbrennungsräumen der
Brennkraftmaschine zugeführten Luft erforderlich.
Hierzu werden Temperaturfühler eingesetzt, die die
Temperatur im Ansaugrohr beziehungsweise Krümmer
messen. Bei Turbolader-Motoren ist der Temperatur
fühler zwischen Lader und Motoreinlaß angeordnet.
Vorzugsweise kommen NTC-Fühler als Temperaturfühler
zum Einsatz, da sie preiswert sind. Allerdings ha
ben diese Temperaturfühler den Nachteil, daß sie
relativ langsam auf Temperaturänderungen reagieren;
also eine große Zeitkonstante besitzen.
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den im Haupt
anspruch genannten Merkmalen hat demgegenüber den
Vorteil, daß relativ langsame und preiswerte Tempe
raturfühler zur Temperaturerfassung verwendet wer
den können und dennoch eine hohe Meßdynamik er
reicht wird. Dies erfolgt erfindungsgemäß durch
eine Korrektur des ermittelten Meßwertes. Der Kor
rekturwert wird unter Verwendung einer zum Tempera
turfühler inversen beziehungsweise einer kompensie
renden Übertragungsfunktion gewonnen. Der Erfindung
liegt daher das Prinzip zugrunde, die einem Verzö
gerungsglied entsprechende Charakteristik des
preiswerten Temperaturfühlers mittels eines Korrek
turglieds im wesentlichen zu eliminieren, wobei das
Korrekturglied mit einer Übertragungsfunktion ver
sehen ist, die invers zur Übertragungsfunktion be
ziehungsweise von entsprechender Wirkung wie die
Kompensation mittels der inversen Übertragungsfunk
tion ist. So läßt sich die Trägheit des Verzöge
rungsglieds mittels eines Differenzierglieds kom
pensieren. Da allerdings ein ideales Differen
zierglied nicht realisierbar ist, verbleibt eine
gewisse, jedoch nicht störende, Zeitkonstante.
Hieraus resultiert die Formulierung, daß die Über
tragungsfunktion des Korrekturglieds nicht voll
ständig, sondern im wesentlichen invers zur Über
tragungsfunktion des Temperaturfühlers ist. Je nach
Schaltungsaufbau wird die Übertragungsfunktion in
vers oder vollständig beziehungsweise im wesentli
chen kompensierend gewählt. Invers trifft für das
Verfahren nach Fig. 1 zu, nicht für den Block 4 in
Fig. 2. Inverse Übertragungsfunktion heißt: Kehr
wert der Geberfunktion und Kompensation durch Mul
tiplikation. Insbesondere wird derart vorgegangen,
daß zunächst die Übertragungsfunktion des Tempera
turfühlers (Gebers) ermittelt wird. Insbesondere
sind dabei die Zählernullstellen von Interesse. Die
Übertragungsfunktion des Temperaturfühlers lautet
zum Beispiel bei einem T1-Typ (Verzögerungsglied
erster Ordnung):
Dabei stellt p einen sogenannten Operator dar. Mit
TF ist die Zeitkonstante des Verzögerungsglieds be
zeichnet. Eine Korrektur ist nun mit einem Korrek
turglied möglich, das folgende Übertragungsfunktion
aufweist:
Für die Korrektur ist T* F, mit der die Zeitkon
stante des Korrekturglieds bezeichnet, ist ebenso
groß wie TF zu wählen. Wie bereits erwähnt, ist ein
idealer Differenzierer nicht realisierbar, so daß
es bei einer Nennerzeitkonstanten TV verbleibt, die
jedoch gegenüber TF beziehungsweise T* F klein ist
und daher nicht störend in Erscheinung tritt.
Handelt es sich bei der Übertragungsfunktion des
Temperaturfühlers nicht um ein Verzögerungsglied
erster, sondern zweiter Ordnung, dann wird ein ent
sprechendes Korrekturglied mit zwei Nullstellen,
die den Geberpolen entsprechen, vorgesehen usw.
Wird eine Analog/Digital-Wandlung (A/D-Wandlung)
des Meßwerts vorgenommen, so kommt es bei dem kor
rigierten Meßwert zu Nadelimpulsen, weil die Kom
pensation (Korrektur) differenzierendes Verhalten
aufweist. Diese Nadelimpulse sind zwar zumeist
nicht nachteilig, jedoch unerwünscht. Ferner ergibt
sich hinter dem A/D-Wandler in der ersten Tempera
turänderungsphase (zum Beispiel während eines Be
schleunigungsvorgangs der Brennkraftmaschine), noch
keine Signaländerung, so daß der Meßwert des Tempe
raturfühlers noch nicht korrigiert werden kann.
Insofern bringt die vorstehend erwähnte Realisie
rung zwar eine erhebliche Dynamikverbesserung, je
doch besteht zu Beginn einer Änderung noch eine ge
wisse Abweichung zum tatsächlichen Temperaturver
lauf.
Zur Vermeidung der vorstehenden Punkte wird - nach
einer Weiterbildung der Erfindung - vorgeschlagen,
daß zur Bildung des Korrekturwertes der Ladeluft-
beziehungsweise Ansaugluftdruck (nachfolgend Luft
druck genannt) ermittelt und daraus eine Simulati
onstemperatur gebildet wird, wobei die Simulations
temperatur über ein erstes kompensierendes Übertra
gungsglied geleitet wird. Der Grundgedanke besteht
also darin, daß der dynamisch schnell erfaßte Luft
druck, der zum Beispiel in einem EDC-System (elec
tronic diesel controlsystem) eines Dieselmotors be
reits vorliegt, für die Kompensation des relativ
langsam reagierenden NTC-Temperaturfühlers herange
zogen wird. Liegt eine Änderung des Luftdrucks vor
(zum Beispiel aufgrund eines Beschleunigungsvor
gangs) so führt dies zu einer entsprechenden Ände
rung der Temperatur, die jedoch vom NTC-Temperatur
fühler nur verzögert wiedergegeben wird. Durch die
Differentiation wird die aus dem Luftdruck ermit
telte Simulationstemperatur in einen Korrekturwert
umgewandelt, der zum Meßwert addiert wird. Dies
führt dazu, daß ein korrigierter Meßwert mit guter
Dynamik zur Verfügung steht.
Insbesondere wird ein Temperaturfühler verwendet,
dessen Übertragungsfunktion - wie bereits erwähnt -
die eines Verzögerungsglieds, insbesondere T1-
Glieds ist. Entsprechend weist die Übertragungs
funktion des ersten Übertragungsglieds den Charak
ter eines Differenzierglieds, insbesondere eines D
oder DT1-Glieds, auf.
Zur Berücksichtigung des Außenluftdrucks, also des
Luftdrucks der Umgebung der Brennkraftmaschine,
wird die Simulationstemperatur entsprechend der
Größe dieses Außenluftdrucks beeinflußt. Der Ein
fluß der Außenlufttemperatur und des Außenluft
drucks auf den im Krümmer angeordneten Temperatur
fühler erfolgt aufgrund der physikalischen Gegeben
heiten selbsttätig.
Vorzugsweise wird zur Bildung der Simulationstempe
ratur eine Differenzierung des Luftdrucks vorgenom
men. Der vom Luftdrucksensor stammende Wert wird
nach der Beziehung
verstärkt. Der Verstärkungsfaktor entspricht hier
bei der differenziellen Verstärkung von ΔP2 auf
ΔT2. Hierbei bedeutet T2 die Temperatur im Krümmer
und P2 der Ladeluft- beziehungsweise Ansaugluft
druck. Bei dieser Gelegenheit sei erwähnt, daß der
Außenluftdruck mit P1 und die Außenlufttemperatur
mit T1 im Zuge dieser Anmeldung bezeichnet wird.
Für die genannte Verstärkung kann eine Kennlinie
verwendet werden. Sofern dabei auch der Außenluft
druck berücksichtigt werden soll, wird anstelle der
Kennlinie ein Kennfeld verwendet, das heißt, die
einzelnen Kennfeldwerte sind von dem Außenluftdruck
beeinflußt.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgese
hen, daß der Meßwert einem zweiten die Dynamik des
T2-Fühlers kompensierenden Übertragungsglied mit
PDT1-Verhalten zugeführt und jeweils dessen Aus
gangswert oder der korrigierte Meßwert zur Tempera
turbestimmung herangezogen wird, je nachdem, wel
cher der beiden Werte der größere ist.
Nach einem anderen Ausführungsbeispiel kann der
Meßwert jedoch auch einem dritten Übertragungsglied
mit DT1-Verhalten zugeführt werden, wobei zu dessen
Ausgangswert der Meßwert zur Bildung eines weiteren
korrigierten Meßwertes addiert wird und daß jeweils
der korrigierte oder der weitere korrigierte
Meßwert herangezogen wird, je nachdem, welcher der
beiden Werte der größere ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgese
hen, daß bei einem Neustart der durch eine vorhe
rige Betriebsphase erhitzten Brennkraftmaschine ein
die aufgrund der Nachheizphase erfolgten Erwärmung
des Temperaturfühlers entsprechender Berichtigungs
wert berücksichtigt wird.
Der Berichtigungswert wird insbesondere von der Si
mulationstemperatur abgezogen.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn der Berichtigungs
wert mindestens eine zuschaltbare Größe ist. Insbe
sondere können mehrere Berichtigungswerte zur Aus
wahl stehen, wobei der daraus ausgewählte und zuge
schaltete Berichtigungswert in Abhängigkeit von der
Erwärmungstemperatur des Temperaturfühlers bestimmt
wird.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorge
sehen, daß der Berichtungswert nur dann zugeschal
ten wird, wenn die Erwärmungstemperatur oder eine
der Erwärmungstemperatur entsprechende Temperatur
eines zugehörigen Bauteils (zum Beispiel des Krüm
mers der Brennkraftmaschine) einen vorgegebenen
Schwellenwert überschreitet.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur
Temperaturerfassung der den Verbrennungsräumen ei
ner Brennkraftmaschine zugeführten Luft, insbeson
dere zur Verwendung bei einer Luftmassenmessung,
wobei der ermittelte Temperaturwert zur Dynamikver
besserung mit einem Korrekturwert beaufschlagt
wird. Die Ermittlung des Temperaturwertes erfolgt
durch Simulation, indem die Außenlufttemperatur,
die Drehzahl der Brennkraftmaschine und der Lade
luft- beziehungsweise Ansaugluftdruck berücksich
tigt wird. Die genannten Parameter werden vorzugs
weise einem Kennfeld zugeführt, das den statischen
Wert der Temperatur ermittelt. Um dynamische Ein
flüsse berücksichtigen zu können, ist ein Korrek
turwert vorgesehen, der auf den statischen Tempera
turwert einwirkt. Hierzu wird die Drehzahländerung
der Brennkraftmaschine erfaßt und auch die Änderung
des Ladeluft- beziehungsweise Ansaugluftdrucks er
mittelt. Die differentziellen Größen dienen also
zur Korrektur des statischen Temperaturwertes.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Figuren
näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbei
spiels,
Fig. 2 ein Blockschaltbild eines weiteren Aus
führungsbeispiels,
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines weiteren Aus
führungsbeispiels,
Fig. 4 ein Blockschaltbild eines weiteren Aus
führungsbeispiels,
Fig. 5 ein Blockschaltbild eines weiteren Aus
führungsbeispiels,
Fig. 6 ein Blockschaltbild eines gegenüber der
Fig. 3 erweiterten Ausführungsbeispiels
und
Fig. 7 ein Struktogramm eines Programms.
In der Fig. 1 ist - in schematischer Darstellung -
ein Temperaturfühler 1 gezeigt, der als NTC-Tempe
raturfühler ausgebildet ist und daher nur relativ
langsam auf Temperaturänderungen reagiert. Insofern
weist der Temperaturfühler 1 die Charakteristik ei
nes Verzögerungsglieds auf. Unter der Annahme, daß
es sich um ein Verzögerungsglied erster Ordnung
handelt, besitzt dieses die Übertragungsfunktion:
Der Temperaturfühler 1 ist zur Erfassung der Tempe
ratur der einer Brennkraftmaschine zugeführten Luft
im Krümmer dieser Brennkraftmaschine angeordnet.
Bei Saugmotoren wird daher die Temperatur der Saug
luft und bei Turbomotoren die Temperatur der vom
Lader verdichteten Luft erfaßt. Bei Turbomotoren
sitzt der Temperaturfühler 1 zwischen dem Lader und
dem Motoreinlaß.
Der Einsatz eines relativ langsamen Temperaturfüh
lers 1 stellt zwar eine preisgünstige Lösung dar,
jedoch können dynamische Vorgänge nur mit Verzöge
rung erfaßt werden. Erfindungsgemäß erfolgt daher
eine Korrektur des vom Temperaturfühler 1 ermittel
ten Meßwertes zur Dynamikvergrößerung.
Aus der Fig. 1 ist ersichtlich, daß der Tempera
turfühler 1 der Temperatur T2 der der Brennkraftma
schine zugeführten Luft ausgesetzt ist. Am Ausgang
2 des Temperaturfühlers 1 steht der Meßwert T2NTC
zur Verfügung. Dieser Meßwert T2NTC wird dem Ein
gang 3 eines Korrekturglieds 4 zugeführt. Dessen
Übertragungsfunktion weist - im Gegensatz zum Tempe
raturfühler 1 - ein differenzierendes Verhalten auf.
Die Übertragungsfunktion lautet:
Die Übertragungsfunktionen von Temperaturfühler 1
und Korrekturglied 4 sind derart aufeinander abge
stimmt, daß die Beziehung gilt:
T* F = TF
Die Nennerzeitkonstante TV resultiert daraus, daß
ein idealer Differenzierer als Korrekturglied 4
nicht realisierbar ist. Jedoch ist die Zeitkon
stante TV gegenüber den Zeitkonstanten TF bezie
hungsweise T* F klein und tritt daher nicht störend
in Erscheinung.
Sofern der Temperaturfühler 1 ein Verzögerungsglied
zweiter Ordnung oder noch größerer Ordnung ist,
wird eine jeweils entsprechende Übertragungsfunk
tion beim Korrekturglied 4 vorgesehen. Stets wird
dabei angestrebt, daß aufgrund der erfindungsge
mäßen Korrektur das Gesamtübertragungsverhalten von
Temperaturfühler 1 und Korrekturglied 4 etwa den
Wert "1" aufweist. Insgesamt steht am Ausgang 5 des
Korrekturglieds 4 ein korrigierter Meßwert T2korr
für die Temperatur der Luft zur Verfügung.
Sofern der vom Temperaturfühler 1 stammende Meßwert
einem Analog/Digital-Wandler zugeführt wird, um
eine digitale Weiterverarbeitung vornehmen zu kön
nen, kann es aufgrund des differenzierenden Verhal
tens des Korrekturglieds 4 zu unerwünschten Na
delimpulsen bei dem korrigierten Meßwert T2korr
kommen. Überdies ergibt sich in den ersten Sekunden
nach einer Temperaturerhöhung (zum Beispiel bei ei
nem Beschleunigungsbeginn eines mit der Brennkraft
maschine ausgestatteten Fahrzeugs) hinter dem Ana
log/Digital-Wandler noch keine Signaländerung, so
daß die vom Temperaturfühler 1 erfaßte Temperatur
noch nicht korrigiert werden kann. Mithin erbringt
die vorstehend erläuterte Realisierung zwar eine
erhebliche Verbesserung in bezug auf die Tempera
turmessung, jedoch wird der Beginn einer Tempera
turänderung noch nicht mit der optimalen Genau
igkeit zum physikalischen Signal erfaßt. Um die
vorstehend genannten Nachteile zu beseitigen, wer
den die Ausführungsbeispiele der folgenden Figuren
eingesetzt.
Die Fig. 2 zeigt eine Korrektur des Meßwertes
T2NTC mittels einer aus dem Luftdruck P2 gewonnenen
Korrekturgröße. Der Grundgedanke besteht darin, daß
der Luftdruck P2, der dynamisch schnell gemessen
wird und zum Beispiel in einem EDC-System (electro
nic diesel control system) zur Verfügung steht, zur
Kompensation des langsamen Temperaturfühlers 1
(NTC-Temperaturfühler) herangezogen wird.
Die gestrichelte Linie 6 in der Fig. 2 unterteilt
die Darstellung in zwei Bereiche; und zwar liegt
zum einen der Bereich 7 der Physik und der Bereich
8 der Simulation vor.
Zunächst sei auf den Bereich 7 der Physik eingegan
gen. Im Krümmer steht der Luftdruck P2 (Ladedruck
bei einer Brennkraftmaschine mit Turbolader) zur
Verfügung, der aufgrund der Geltung der polytropen
Gasgleichung 9 und aufgrund des Einflusses der
Außentemperatur T1 der Luft (Umgebungslufttempera
tur) und des Luftdrucks P1 (Außenluftdruck) zur
Temperatur T2 der Luft im Krümmer führt. Die Tempe
ratur T2 beaufschlagt den Temperaturfühler 1, an
dessen Ausgang 10 der Meßwert T2NTC zur Verfügung
steht. Die Übertragungsfunktion des Temperaturfüh
lers 1 lautet wiederum:
Der Meßwert T2NTC wird - mit positivem Vorzeichen -
einer Summierstelle 11 zugeführt. Diese Summier
stelle 11 gehört - ebenso wie die folgenden Bau
teile - dem Bereich 8 der Simulation an. Dort ist
ein Bauteil 12 mit einer Kennlinie 13 vorgesehen,
die aus dem Luftdruck P2 eine Simulationstemperatur
14 bildet. Aufgrund der Kennlinie 13 besteht somit
eine Abhängigkeit der Simulationstemperatur 14 von
dem Luftdruck P2 (f(P2)). Dies wird in Nachbildung
der polytropen Gasgleichung erreicht. Mithin ent
spricht die Kennlinie 13 der Beziehung
Am Ausgang 15 des Bauteils 12 ist eine Multiplika
tionsstelle 16 vorgesehen, der als weitere Ein
gangsgröße ein Beeinflussungsfaktor K zugeführt
wird, der den Einfluß des Außenluftdrucks P1 be
rücksichtigt. Es gilt die Beziehung
K = f(P₁)
Am Ausgang der Multiplikationstelle 16 steht die
Simulationstemperatur 14 zur Verfügung, die dem
Eingang 17 eines Korrekturglieds 4 zugeführt wird.
Das Korrekturglied 4 stellt ein Übertragungsglied
18 dar, dessen Übertragungsfunktion so gewählt
wird, daß die Trägheit des Temperaturfühlers dyna
misch kompensiert wird. Beim Ausführungsbeispiel
der Fig. 2 handelt es sich bei dem Übertragungs
glied 18 um ein DT1-Glied mit der Übertragungsfunk
tion:
Es gilt wiederum die Beziehung
T* F = TF
Am Ausgang 19 des Übertragungsglieds 18 steht ein
Korrekturwert T2korrdyn zur Verfügung, der mit po
sitivem Vorzeichen als Eingangsgröße der Summier
stelle 11 zugeleitet wird. Am Ausgang 20 wird daher
ein durch Simulation korrigierter Meßwert der Tem
peratur T2 sim der Luft zur Verfügung gestellt.
Dieser kann dann auf entsprechend gewünschte Weise
weiterverarbeitet werden. Er läßt sich beispiels
weise zur Erfassung der der Brennkraftmaschine zu
geführten Luftmasse verwenden. Die Berücksichtigung
des Außenluftdrucks P1 kann durch Messung mittels
eines Höhenfühlers oder durch Erfassung zusammen
mit dem den Luftdruck P2 erfassenden Sensor, zum
Beispiel im Leerlauf der Brennkraftmaschine, erfol
gen.
Statt des Messens des Luftdrucks P2 kann - im Aus
führungsbeispiel der Fig. 2 - auch über eine Simu
lation der Luftdruck P2 als Eingangsgröße für die
T2-Korrektur verwendet werden.
Die Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Wiederum ist ein Bereich 7 vorhan
den, der die Physik betrifft und ein Bereich 8 der
Simulation vorgesehen. Aus dem Luftdruck P2 wird
ebenfalls über die Gasgleichung 9 die Temperatur T2
der Luft gebildet, die auch von der Außenlufttempe
ratur T1 und dem Außenluftdruck P1 beeinflußt ist.
Die Temperatur T2 der Luft wird vom Temperaturfüh
ler 1 erfaßt, der die Übertragungsfunktion
aufweist. Am Ausgang 10 des Temperaturfühlers 1
steht der Meßwert T2NTC zur Verfügung. Ferner wird
der Luftdruck P2 über ein differenzierendes Bauteil
12 einem Korrekturglied 4 mit der Übertragungsfunk
tion:
geleitet. Bei dem Korrekturglied 4 im Ausführungs
beispiel der Fig. 3 handelt es sich, ebenso wie im
Ausführungsbeispiel der Fig. 2, um ein DT1-Glied.
Am Ausgang 19 des Korrekturglieds 4 steht der Kor
rekturwert T2 korrdyn zur Verfügung, der einem Sum
menpunkt 21 mit positivem Vorzeichen zugeleitet
wird. Als weitere Eingangsgröße erhält der Summen
punkt 21 ferner den Meßwert T2NTC. Dieser ist fer
ner an den Eingang 22 eines Übertragungsglieds 23
mit PDT1-Verhalten angeschlossen. Das Übertragungs
glied 23 besitzt die Übertragungsfunktion:
Die Zeitkonstanten sind derart gewählt, daß die
Summe von TK und TV etwa TF entspricht. Der Ausgang
24 des Übertragungsglieds 23 wird über eine Begren
zerschaltung 25 und einen Schalter 26 einer Auswer
teschaltung 27 zugeführt. Ferner steht der Ausgang
28 des Summenpunktes 21 mit der Auswerteschaltung
27 in Verbindung. Die Auswerteschaltung 27 prüft,
ob der mittels des Übertragungsglieds 23 gebildete
korrigierte Meßwert T2 korr oder der am Ausgang 28
des Summenpunkts 21 anliegende weitere korrigierte
Meßwert T2 korr größer ist. Der größere der beiden
Werte wird zur Erfassung der Temperatur T2 sim der
Luft herangezogen.
In der Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel
dargestellt, das sich vom Ausführungsbeispiel der
Fig. 3 lediglich dadurch unterscheidet, daß das
Übertragungsglied 23 nicht als PDTl-Glied, sondern
als DT1-Glied ausgebildet ist. Ferner ist der Aus
gang 24 des Übertragungsglieds 23 - mit positivem
Vorzeichen - an einen Summierpunkt 29 angeschlossen,
der als weitere Eingangsgröße den Meßwert T2NTC er
hält. Der Ausgang 30 des Summierpunkts 29 ist
- ebenso wie der Ausgang 28 des Summenpunktes 21 - an
die Auswerteschaltung 27 angeschlossen, die den
größeren der beiden Werte auswertet und als Tempe
ratur T2 sim zur Verfügung stellt.
In den Ausführungsbeispielen der Fig. 3 und 4
ist auch zu Beginn einer Temperaturerhöhung (zum
beispiel aufgrund eines Beschleunigungsvorgangs)
eine sehr gute Übereinstimmung der ermittelten Tem
peratur T2 gegenüber der tatsächlich vorliegenden
Temperatur gewährleistet. Dabei ist berücksichtigt,
daß über den das Korrekturglied 4 aufweisenden P2-
Zweig nach den ersten 10 bis 15 Sekunden eines Be
schleunigungsvorgangs eine sehr gute Übereinstim
mung zur tatsächlichen Temperatur vorliegt und im
Bereich zwischen 50 Sekunden bis ca. 150 Sekunden
keine Korrektureingriffe möglich sind, da während
dieses Zeitraums der Luftdruck P2 konstant ist. Da
her wird über den das Übertragungsglied 23 aufwei
senden T2-Zweig innerhalb des genannten Bereiches
durch Gradientenbildung des vom Temperaturfühler 1
stammenden Signals eine Korrektur vorgenommen.
Ziel der in den Ausführungsbeispielen der Fig. 3
und 4 dargestellten Systeme ist es also, eine Kor
rektur des Frequenzganges des Temperaturfühlers 1
herbeizuführen, wobei dieser Frequenzgang nicht nur
ein einfaches Tiefpaßverhalten kompensiert, sondern
auch noch eine zweite Zeitkonstante berücksichtigt,
die den Einfluß des Krümmers beschreibt. Diese
zweite Zeitkonstante wird in Fig. 3 beziehungs
weise 4 durch die Blöcke 23 kompensiert.
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Ausführungs
beispiele der Fig. 3 und 4 ist es auch möglich,
daß die Auswerteschaltung 27 bei großem Gradienten
des Luftdrucks P2 nur über den P2-Zweig korrigiert
wird, so daß der T2-Zweig nicht im Eingriff ist.
Andererseits ist es dann auch möglich, bei kleinem
Gradienten von P2 nur über den T2-Zweig zu korri
gieren, während der P2-Zweig sich nicht im Eingriff
befindet. Die jeweils nicht aktiven Zweige können
zum Beispiel durch einen Schalter außer Betrieb ge
setzt werden.
Eine weitere Realisierung sieht das Einfrieren der
Eingangsgrößen der Übertragungsglieder 23 vor, was
den Vorteil hat, daß die Vorgeschichte im jeweili
gen Zweig noch für die Temperaturkorrektur wirksam
bleibt.
Das Ausführungsbeispiel der Fig. 5 sieht eine T2-
Simulation abhängig von der Außenlufttemperatur T1
(gemessen) und dem Luftdruck P2 (gemessen oder si
muliert) sowie von der Drehzahl n vor. Der Außen
luftdruck P1 (Atmosphärenluftdruck) wird über eine
Kennlinie 30 mit der Funktion:
K = f(P₁)
einer Multiplikationsstelle 31 zugeleitet. Der
Luftdruck P2 wird über eine Kennlinie 32 mit der
Funktion:
ebenfalls als Eingangsgröße an die Multiplikations
stelle 31 gelegt. Der Ausgang 33 der Multiplikati
onsstelle 31 ist an ein Differenzglied 36 (DT1-
Glied) angeschlossen, dessen Ausgang 37 - mit nega
tivem Vorzeichen - zu einem Summenpunkt 39 führt.
Die Drehzahl n der Brennkraftmaschine wird ermit
telt und einem Kennfeld 40 zugeleitet. Ferner ist
die Drehzahl n an den Eingang 41 eines Differenzie
rers 42 angeschlossen, dessen Ausgang 43 - mit nega
tivem Vorzeichen - zum Summenpunkt 39 führt. Über
dies wird mit einem Temperaturfühler, der als NTC-
Fühler ausgebildet sein kann, die Umgebungstempera
tur (Außenlufttemperatur T1) gemessen und die vom
Fühler abgegebene T1NTC-Spannung einer Linearisie
rungskennlinie 44 zugeleitet, an deren Ausgang die
Temperatur T1NTC zur Verfügung steht, die als
Eingangsgröße an das Kennfeld 40 gelegt ist. Ferner
erhält das Kennfeld 40 als weitere Eingangsgröße
den Luftdruck P2, der ferner einem Ladedruckkorrek
turkennfeld 45 zugeführt wird. Der Ausgang des
Kennfelds 40, an dem die Temperatur T2stat liegt,
ist - mit positivem Vorzeichen - als weitere Ein
gangsgröße an den Summenpunkt 39 angeschlossen. Der
Ausgang 46 des Summenpunkts 39 ist über ein Verzö
gerungsglied 46 an das Ladedruckkorrekturkennfeld
45 angeschlossen, an dessen Ausgang 47 der korri
gierte Luftdruck P2 korrig zur Verfügung steht.
Beim Ausführungsbeispiel der Fig. 5 erfolgt also
eine Korrektur mittels der Gradienten der Drehzahl
n und des Luftdrucks P2, wodurch dynamische Fehler
minimiert werden.
Die Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel,
das sich gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Fi
gur 3 darin unterscheidet, daß zusätzlich ein Be
richtigungswert ΔTB zum Einsatz gelangen kann. Wird
die Brennkraftmaschine beispielsweise nach Vollast
betrieb abgestellt, dann nimmt der Temperaturfühler
die Krümmertemperatur der Brennkraftmaschine an,
sofern der Temperaturfühler dort installiert ist.
Da dort hohe Umgebungstemperaturen (ca. 100°C und
mehr) vorliegen können, wird sich der Temperatur
fühler erheblich erhitzen, so daß bei einem Neu
start der Brennkraftmaschine während der genannten
Nachheizphase Meßfehler auftreten. Besondere Pro
bleme ergeben sich in großer Höhe, insbesondere am
Berg, wenn zum Beispiel die reale Lufttemperatur
30°C beträgt und eine zu hohe Temperatur (zum Bei
spiel 100°C sensiert wird, so führt das zu einer
Begrenzung der Kraftstoffmenge. Da die verfügbare
Luftfüllung in großer Höhe (zum Beispiel 2000 Me
ter) sowieso schon gering ist, ist aufgrund der zu
kleinen Kraftstoffmenge in der Vollastbegrenzung
mit Anfahr-Problemen zu rechnen.
Die Anordnung gemäß Fig. 6 schafft Abhilfe. Der
Luftdruck P2 wird dem Bauteil 12 zugeführt, das an
seinem Ausgang die Simulationstemperatur 14 er
zeugt. Diese liegt - mit positivem Vorzeichen - an
einer Summierstelle 50 an. Ein weiterer Eingang der
Summierstelle 50 ist - mit negativem Vorzeichen - an
einen Schalter S2 angeschlossen, der von einer
Steuereinrichtung 51 betätigbar ist. Hierdurch kann
der Summierstelle 50 - je nach Schalterstellung - ein
Berichtigungswert ΔTB zugeführt werden. Dies ge
schieht, wenn der Schalter S2 durch die Steuerein
richtung 51 in die Stellung II verbracht wurde. Be
findet sich der Schalter S2 in der Stellung I, so
ist der Berichtigungswert ΔTB = 0, das heißt, es
wird keine zusätzliche Beaufschlagung vorgenommen.
Der Ausgang der Summierstelle 50 ist an das Korrek
turglied 4 angeschlossen, das als DT1-Glied ausge
bildet ist. Dies weist an seinem Ausgang den Wert
T2korrdyn auf. Dieser Wert wird - mit positivem Vor
zeichen - dem Summenpunkt 21 zugeführt. Vom Tempera
turfühler wird die Spannung UT2NTC geliefert, aus
der der Meßwert T2NTC gebildet wird. Dieser Meßwert
T2NTC wird dem Übertragungsglied 23 zugeleitet und
auch einem Schalter S1 zugeführt. Ein weiterer Pol
des Schalters S1 ist mit dem Ausgang des Übertra
gungsglieds 23 verbunden. Am Bockpol des Schalters
S1 liegt der Wert T2NTC2, der - mit positivem Vor
zeichen - dem Summenpunkt 21 zugeleitet wird. Der
Ausgangswert des Summenpunkts 21 liegt an einer
Schaltung 52, die als weitere Eingangsgröße den
Luftdruck P2 erhält. Am Ausgang der Schaltung 52
steht der korrigierte Luftdruck P2Kor zur Verfü
gung. Befindet sich der Schalter S1 in der Stellung
I, so wird der Ausgangswert des Übertragungsglieds
23 zum Summenpunkt 21 geführt. In der Stellung II
des Schalters S1 wird das Übertragungsglied 23 um
gangen, das heißt, der Meßwert T2NTC wird direkt
auf den Summenpunkt 21 geführt.
Vorzugsweise ist vorgesehen, daß erst nach Über
schreiten eines Schwellenwerts TS der Berichti
gungswert ΔTB berücksichtigt wird. Das bedeutet,
daß erst nach Überschreiten des Schwellenwertes
eine Umschaltung in die Schalterstellung II des
Schalters S2 mittels der Steuereinrichtung 51 vor
genommen wird. Dies kann beispielsweise der Fall
sein, wenn die Temperatur T2NTC größer als TS = 70°
C ist. Die Folge durch die Umschaltung des Schal
ters S2 ist ein Aufwärtssprung mit der Sprunghöhe
ΔTB am Eingang des DTl-Glieds 4. Dies führt bei dem
Wert T2korrdyn zunächst ebenfalls zu einem Sprung
um ΔTB nach unten. Dieser Sprung klingt dann mit
der Zeitkonstanten TGN2 an. Dies ist die sogenannte
dominante Geberzeitkonstante. Ist der Geber (Tempe
raturfühler) sehr träge, klingt die durch die Um
schaltung erfolgte Startkorrektur langsam ab. Dies
entspricht der physikalisch notwendigen Korrektur,
denn der Temperaturfühler braucht nach dem Start
der Brennkraftmaschinen aufgrund seiner trägen Dy
namik lange, bis er die korrekte Temperatur ermit
telt.
Die Fig. 7 zeigt ein Struktogramm eines Programms
zur Startaufschaltung (Betätigung von S2) nach dem
Anlassen der Brennkraftmaschine. Gilt die Bezie
hung:
T2NTC < TS
nach einem erfolgten Motorstart und laufendem Mo
tor, so wird aus der Schalterstellung I (keine
Startaufschaltung) umgeschaltet auf die Stellung II
(mit Startaufschaltung). Bei dem Schwellenwert TS
handelt es sich um eine applizierbare Schwelle, zum
Beispiel:
50°C < TS < Tmax′
wobei Tmax die maximale Meßtemperatur des Tempera
turfühlers ist.
Bei dem Berichtigungswert ΔTB handelt es sich eben
falls um eine applizierbare Größe zur Absenkung der
fälschlich zu hoch ermittelten Temperatur aufgrund
des erwärmten Temperaturfühlers nach Abstellen und
Neustart der Brennkraftmaschine.
Nach einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel
ist es möglich, daß verschiedenen Nachheiztempera
turen unterschiedliche Berichtigungswerte zugeord
net sind. Beispielsweise könnte für verschiedene
Temperaturen vorgesehen sein:
ΔTB1 = 15°C,
ΔTB2 = 30°C,
ΔTB3 = 45°C,
ΔTB4 = 15°C.
ΔTB2 = 30°C,
ΔTB3 = 45°C,
ΔTB4 = 15°C.
Je nach Nachheiztemperatur der Brennkraftmaschine
beziehungsweise des Temperaturfühlers wird dann ein
entsprechender Berichtigungswert verwendet, der den
Meßfehler eliminiert.
Die Fig. 7 zeigt das bereits erwähnte Struktogramm
des Programms. Mit 53 ist der Start gekennzeichnet,
dem ein Prüfschritt 54 folgt, ob der Schalter S2
sich in der Stellung I befindet. Dies ist die Aus
gangssituation; sie entspricht einer normalen Tem
peraturkorrektur. Im Folgeschritt 55 wird geprüft,
ob die Temperatur T2NTC größer als der Schwellen
wert TS ist. Ist dies der Fall (j = ja), dann wird
im Schritt 56 der Schalter S2 in die Stellung II
verbracht, so daß der Berichtigungswert ΔTB aufge
schaltet wird. Ist die Bedingung des Schritts 55
nicht erfüllt (n = nein), dann wird der Schritt 56
nicht durchgeführt. Mit dem Schritt 57 endet das
Programm.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Ausbildung be
stehen darin, daß ein kostengünstiger Temperatur
fühler einsetzbar ist. Insgesamt läßt sich mit den
erfindungsgemäßen Vorschlägen die Qualitat der
Vollastbegrenzung der Brennkraftmaschine (bei Die
sel insbesondere die Rußemission) wesentlich ver
bessern.
Claims (20)
1. Verfahren zur Temperaturerfassung der den Ver
brennungsräumen einer Brennkraftmaschine zugeführ
ten Luft, insbesondere zur Verwendung bei einer
Luftmassenmessung, wobei ein Temperaturfühler die
Temperatur ermittelt, dadurch gekennzeichnet, daß
der vom Temperaturfühler (1) ermittelte Meßwert zur
Dynamikverbesserung mit einem Korrekturwert beauf
schlagt wird, der unter Verwendung einer zum Tempe
raturfühler (1) inversen beziehungsweise kompensie
renden Übertragungsfunktion gewonnen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß zur Bildung des Korrekturwerts der
Ladeluft- beziehungsweise Ansaugluftdruck (nachfol
gend Luftdruck P2) ermittelt und daraus eine Simu
lationstemperatur (14) gebildet wird und daß die
Simulationstemperatur (14) über ein erstes Übertra
gungsglied (18) mit der kompensierenden Übertra
gungsfunktion geleitet wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Korrektur
wert zum Meßwert (T2NTC) addiert wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Tempera
turfühler (1) die Übertragungsfunktion eines Verzö
gerungsglieds, insbesondere T1-Glieds, aufweist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste
Übertragungsglied (18) die Übertragungsfunktion ei
nes Differenzierglieds, insbesondere D- oder DT1-
Glieds, aufweist.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Simulati
onstemperatur (14) von der Größe des Außenluft
drucks (P1) beeinflußt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung
der Simulationstemperatur (14) eine Differenzierung
des Luftdrucks (P2) erfolgt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß für die Differenzierung eine Kennli
nie verwendet wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekenn
zeichnet, daß für die Differenzierung ein von vom
Außenluftdruck (P1) abhängiges Kennfeld verwendet
wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert
einem zweiten Übertragungsglied (23) mit PDT1-Ver
halten zugeführt und jeweils dessen Ausgangswert
oder der korrigierte Meßwert zur Temperaturmessung
herangezogen wird, je nachdem welcher der beiden
Werte der größere ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden An
sprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Meßwert
einem dritten Übertragungsglied (23) mit DT1-Ver
halten zugeführt und zu dessen Ausgangswert der
Meßwert zur Bildung eines weiteren korrigierten
Meßwerts addiert wird und daß jeweils der korri
gierte oder der weitere korrigierte Meßwert heran
gezogen wird, je nachdem welcher der beiden Werte
der größere ist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Neustart
der durch eine vorherige Betriebsphase erhitzten
Brennkraftmaschine ein die aufgrund der Nachheiz
phase erfolgte Erwärmung des Temperaturfühlers be
rücksichtigender Berichtigungswert (ΔTB) berück
sichtigt wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß der Berichtigungs
wert (ΔTB) von der Simulationstemperatur (14)
abgezogen wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß der Berichtigungs
wert (ΔTB) mindestens eine zuschaltbare Größe ist.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Berichti
gungswerte (ΔTB) zur Auswahl stehen, wobei der dar
aus ausgewählte und zugeschaltete Berichtungswert
(ΔTB) in Abhängigkeit von der Erwärmungstemperatur
des Temperaturfühlers bestimmt wird.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß der Berichtigungs
wert (ΔTB) nur dann zugeschaltet wird, wenn die Er
wärmungstemperatur oder eine der Erwärmungstempera
tur entsprechende Temperatur eines zugehörigen Bau
teils oder dergleichen einen vorgebbaren Schwellen
wert (TS) überschreitet.
17. Verfahren zur Temperaturerfassung der den Ver
brennungsräumen einer Brennkraftmaschine zugeführ
ten Luft, insbesondere zur Verwendung bei einer
Luftmassenmessung, dadurch gekennzeichnet, daß der
ermittelte Temperaturwert zur Dynamikverbesserung
mit einem Korrekturwert beaufschlagt wird.
18. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturwert
aus der Außenlufttemperatur (T1), der Drehzahl (n)
der Brennkraftmaschine und dem Ladeluft- bezie
hungsweise Ansaugluftdruck (nachfolgend Luftdruck
P2) gebildet wird.
19. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß der Temperaturwert
mittels eines Kennfelds (40) gebildet wird.
20. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprü
che, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Bildung
des Korrekturwerts die Änderung des Luftdrucks (P2)
und der Drehzahl (n) berücksichtigt wird.
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