DE4339692A1

DE4339692A1 - Verfahren zur Ermittlung der Abgastemperatur mit einer Lambdasonde

Info

Publication number: DE4339692A1
Application number: DE19934339692
Authority: DE
Inventors: Walter Obdrzalek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-11-22
Filing date: 1993-11-22
Publication date: 1995-05-24
Anticipated expiration: 2013-11-23
Also published as: FR2712979A1; DE4339692C2; FR2712979B1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Ermittlung der Abgas temperatur mit einer Lambdasonde gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Aus der DE-OS 38 35 852 ist es bekannt, die Abgastemperatur mit Hil fe einer Lambdasonde zu bestimmen. Dort wird der Innenwiderstand der Lambdasonde gemessen, und mit Hilfe eines bekannten Zusammenhangs zwischen Innenwiderstand und Abgastemperatur wird die Abgastempera tur ermittelt. Das bekannte Verfahren kann bei unbeheizten Lambda sonden eingesetzt werden und bei Lambdasonden, die ständig mit kon stanter Heizleistung beheizt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Abgastemperatur mit Hilfe einer temperaturgeregelten Lambdasonde anzugeben.

Diese Aufgabe wird durch die Ansprüche 1 und 9 und die nachfolgend beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen und Weiterbildungen ge löst.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung hat den Vorteil, daß sie eine Ermittlung der Abgas temperatur mittels einer Lambdasonde ermöglicht, deren Temperatur beispielsweise aus Gründen der Meßgenauigkeit geregelt wird.

In einigen vorteilhaften Ausgestaltungen der Erfindung wird der Ab gasdurchfluß bei der Ermittlung der Abgastemperatur berücksichtigt, so daß unter fast allen Betriebsbedingungen der abgaserzeugenden Einrichtung eine zuverlässige Ermittlung der Abgastemperatur möglich ist.

Der Abgasdurchfluß kann durch unterschiedliche Betriebsparameter charakterisiert werden, wobei es vom speziellen Anwendungsfall ab hängt, welcher Betriebsparameter bzw. welche Kombination von Be triebsparametern herangezogen wird. Dadurch kann die Erfindung sehr flexibel eingesetzt werden und es werden in der Regel keine zusätz lichen Sensoren benötigt, da bereits vorhandene Sensoren genutzt werden können.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung darge stellten Ausführungsform erläutert, die sich auf den Einsatz der Er findung bei einer Brennkraftmaschine bezieht. Darüberhinaus kann die Erfindung beispielsweise auch bei Feuerungsanlagen eingesetzt werden.

Die einzige Figur zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsformen

Im Blockschaltbild der einzigen Figur ist eine Brennkraftmaschine 100 dargestellt. An der Brennkraftmaschine 100 ist ein Abgaskanal 102 angebracht, durch den die von der Brennkraftmaschine 100 abgege benen Abgase abtransportiert werden. Im Abgaskanal 102 ist eine Lambdasonde 104 angeordnet, die mittels eines elektrischen Heizele ments 106 beheizbar ist. Ein Regler 108 regelt die Lambdasonde 104 auf eine konstante Temperatur. Der Regler 108 ist mit der Lambdason de 104 verbunden. Über diese Verbindung ermittelt der Regler 108 den temperaturabhängigen Innenwiderstand Ri der Lambdasonde 104, der dem Regler als Istwert dient. Weiterhin ist der Regler 108 mit dem Heiz element 106 verbunden. Über diese Verbindung führt der Regler 108 dem Heizelement 106 eine elektrische Leistung P zu, falls der Ist wert des Innenwiderstands Ri der Lambdasonde 104 den im Regler 108 gespeicherten Sollwert überschreitet, d. h., falls die tatsächliche Temperatur der Lambdasonde 104 niedriger ist als die gewünschte Temperatur. Darüber hinaus ist der Regler 108 noch mit einem Eingang eines Auswerteblocks 110 verbunden. Über diese Verbindung teilt der Regler 108 dem Auswerteblock 110 mit, welche elektrische Leistung er dem Heizelement 105 zuführt. Ein weiterer Eingang des Auswerteblocks 110 ist mit einem Drehzahlsensor 112 verbunden, der an der Brenn kraftmaschine 100 angebracht ist und die Drehzahl n erfaßt.

Die Brennkraftmaschine 100 saugt über ein Saugrohr 114 ein Luft/Kraftstoff-Gemisch an. Im Saugrohr 114 sind - in Stromrichtung der angesaugten Luft gesehen - ein Sensor 116 zur Erfassung des Luftmengenstroms q oder Luftmassenstroms m, eine Drosselklappe 118, ein Drucksensor 120 zur Erfassung des Saugrohrdrucks und wenigstens eine Einspritzdüse 122 angeordnet. Alle im Saugrohr 114 angeordneten Komponenten außer der Einspritzdüse 122 sind optional, d. h. je nach Ausführungsform kann auch eine Untermenge dieser Komponenten vorhanden sein. Der Sensor 116 liefert ein Signal q für den Luftmen genstrom oder ein Signal m für den Luftmassenstrom an den Auswerte block 110, die Drosselklappe 118 ein Signal α für den Drosselklap penwinkel und der Drucksensor 120 ein Signal pS für den Saugrohr druck. An seinem Ausgang liefert der Auswerteblock 110 ein Signal TAbg für die Abgastemperatur. Im folgenden soll erläutert werden, wie der Auswerteblock 110 die Abgastemperatur TAbg aus seinen Ein gangsgrößen ermittelt:

Es wird vorausgesetzt, daß die gewünschte Temperatur der Lambdasonde 104 großer ist als die Abgastemperatur TAbg. Nur dann ist es mög lich, die dem Heizelement 106 zugeführte elektrische Leistung P so zu steuern, daß sich die gewünschte Temperatur der Lambdasonde 104 einstellt. Weiterhin wird vorausgesetzt, daß die gewünschte Tempera tur konstant ist. Unter diesen Voraussetzungen hängt die elektrische Leistung P, die dem Heizelement 106 zur Aufrechterhaltung der gewün schten Temperatur der Lambdasonde 104 zuzuführen ist, davon ab, wie stark die Lambdasonde 104 durch das Abgas im Abgaskanal 102 gekühlt wird. Wird die Lambdasonde 104 durch das Abgas stark gekühlt, so ist eine hohe elektrische Leistung P erforderlich; wird die Lambdasonde 104 dagegen nur schwach gekühlt, so ist nur eine geringe elektrische Leistung P erforderlich. Die Kühlwirkung des Abgases hängt von der Abgastemperatur TAbg und dem Abgasdurchfluß ab. Es besteht ein funk tionaler Zusammenhang zwischen den drei Großen Heizleistung P, Ab gastemperatur TAbg und Abgasdurchfluß. Sind zwei dieser Großen be kannt, so kann die dritte ermittelt werden, beispielsweise mit Hilfe einer Rechenvorschrift oder über ein empirisch ermitteltes Kennfeld. Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren soll die Abgastemperatur TAbg ermittelt werden. Es sind unterschiedliche Varianten vorgesehen:

In einer besonders einfachen Ausführungsform geht man davon aus, daß der Abgasdurchfluß annähernd konstant ist oder daß die Auswirkungen der Schwankungen des Abgasdurchflusses vernachlassigt werden können.

Somit braucht man lediglich die elektrische Leistung P zu ermitteln und kann daraus über eine Kennlinie, die für diesen annähernd kon stanten Abgasdurchfluß aufgenommen wurde, die Abgastemperatur TAbg ermitteln. Hängt der Abgasdurchfluß von den Betriebsbedingungen ab, so kann im Prinzip das gleiche Verfahren angewendet werden. Es ist dann jedoch sicherzustellen, daß die Abgastemperatur TAbg unter den Betriebsbedingungen ermittelt wird, für die die Kennlinie aufge zeichnet wurde. Falls eine Ermittlung der Abgastemperatur TAbg unter verschiedenen Betriebsbedingungen gewünscht wird, können mehrere Kennlinien bereitgestellt werden. Es ist dann jeweils die Kennlinie auszuwählen, die für die jeweiligen Betriebsbedingungen aufgezeich net wurde.

Ist der Abgasdurchfluß dagegen nicht konstant, so sind für den je weiligen Anwendungsfall geeignete Parameter auszuwählen, die den Ab gasdurchfluß charakterisieren. Im Falle einer Brennkraftmaschine 100 ohne Drosselklappe, beispielsweise einer Diesel-Brennkraftmaschine, ist ein solcher geeigneter Parameter die Drehzahl n der Brennkraft maschine 100, da ein eindeutiger Zusammenhang zwischen der Drehzahl n und dem Abgasdurchfluß besteht. In diesem Anwendungsfall kann die Abgastemperatur TAbg über ein Kennfeld ermittelt werden, das über die elektrische Leistung P und die Drehzahl n aufgespannt ist. Die ses Kennfeld kann beispielsweise empirisch ermittelt werden.

Bei einer Diesel-Brennkraftmaschine mit Drosselklappe 118 bzw. einer Benzin-Brennkraftmaschine mit Drosselklappe 118 hängt der Abgas durchfluß nicht nur von der Drehzahl n sondern auch vom Drosselklap penwinkel α ab. Folglich ist in diesem Anwendungsfall ein Kennfeld für die Bestimmung der Abgastemperatur TAbg zu verwenden, das über die elektrische Leistung P, die Drehzahl n und den Drosselklappen winkel α aufgespannt ist. Statt des Drosselklappenwinkels α kann auch der Saugrohrdruck pS stromab der Drosselklappe 118 herangezogen werden. Dann ist ein Kennfeld zu verwenden, das von der elektrischen Leistung P, der Drehzahl n und dem Saugrohrdruck pS ab hängt. Wenn ein anderes Lastsignal vorhanden ist, das in Zusammen hang mit dem Abgasdurchfluß steht, kann auch ein Kennfeld verwendet werden, das von der elektrischen Leistung P, der Drehzahl n und die sem Lastsignal abhängt. Ein solches Lastsignal ist beispielsweise die Einspritzzeit bei einer Benzin-Brennkraftmaschine.

Ist die Brennkraftmaschine - egal welcher Bauart - mit einem Durch flußsensor für den angesaugten Luftmengenstrom q oder Luftmassen strom m ausgestattet, so wird kein Drehzahlsignal benötigt. Die Ab gastemperatur TAbg kann in diesem Fall aus einem Kennfeld ermittelt werden, das über der elektrischen Leistung P und dem Luftmen gen- oder Luftmassenstrom aufgespannt ist.

Bei der Ermittlung der elektrischen Leistung P können verschiedene Verfahren angewendet werden. Wird die elektrische Leistung dem Heiz element 106 getaktet zugeführt, so kann sie aus dem Taktverhältnis ermittelt werden. Wird die elektrische Leistung P kontinuierlich zu geführt, so wird sie über eine Strom- und eine Spannungsmessung er mittelt. Je nach Anwendung kann es sinnvoll sein, nicht die augen blickliche elektrische Leistung P, sondern eine gemittelte elektri sche Leistung für die Bestimmung der Abgastemperatur TAbg heranzu ziehen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung der Abgastemperatur TAbg mit einer Lambdasonde 104 kann immer dann eingesetzt werden, wenn eine temperaturgeregelte Lambdasonde 104 vorhanden ist. Ein typisches Einsatzgebiet ist der obenbeschriebene Einsatz bei einer Brennkraftmaschine. Darüberhinaus kann die Erfindung auch bei Feue rungsanlagen jeglicher Art eingesetzt werden. Aus der Abgastempera tur einer Feuerungsanlage läßt sich beispielsweise deren Wirkungs grad ermitteln.

Claims

1. Verfahren zur Ermittlung der Abgastemperatur (TAbg) mit einer elektrisch beheizten Lambdasonde (104), dadurch gekennzeichnet, daß die Lambdasonde (104) auf eine konstante Temperatur geregelt wird, und daß die Abgastemperatur (TAbg) aus der zugeführten elektrischen Leistung (P) ermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgas temperatur (TAbg) bei einem bestimmten Abgasdurchfluß aus der elek trischen Leistung (P) ermittelt wird.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Abgastemperatur (TAbg) aus der elektrischen Leistung (P) und wenigstens einem den Abgasdurchfluß charakterisie renden Parameter ermittelt wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Abgastemperatur (TAbg) bei einer Brennkraftma schine (100) aus der elektrischen Leistung (P) und der Drehzahl (n) ermittelt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß bei einer Brennkraftmaschine (100), in deren Ansaugtrakt sich eine Drosselklappe (118) befindet, die Abgastemperatur (TAbg) aus der elektrischen Leistung (P), der Drehzahl (n) und dem Drossel klappenwinkel (α) oder dem Saugrohrdruck (PS) stromab der Drossel klappe (118) ermittelt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich net, daß bei einer Brennkraftmaschine (100) die Abgastemperatur (TAbg) aus der elektrischen Leistung (P) und dem Luftmassenstrom (m) oder Luftmengenstrom (q) der angesaugten Luft ermittelt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die elektrische Leistung (P) kontinuierlich zuge führt wird und durch eine Strom- und eine Spannungsmessung ermittel bar ist oder daß die elektrische Leistung getaktet zugeführt wird und aus dem Takterhältnis ermittelbar ist.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, daß die Abgastemperatur (TAbg) über eine Rechenvor schrift oder mit einer Kennlinie oder einem Kennfeld ermittelt wird.

9. Vorrichtung zur Ermittlung der Abgastemperatur (TAbg) mit einer elektrisch beheizbaren Lambdasonde (104), dadurch gekennzeichnet, daß ein Regler (108) vorhanden ist, zur Regelung der Temperatur der Lambdasonde auf einen vorgebbaren Wert und ein Auswerteblock (110), der aus der dem Heizelement (106) der Lambdasonde (104) zugeführten elektrischen Leistung (P) und gegebenenfalls wenigstens einem weite ren Parameter, der den Abgasdurchfluß im Abgaskanal (102) charak terisiert, die Abgastemperatur (TAbg) ermittelt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch ihren Einsatz in einem Kraftfahrzeug oder in einer Feuerungsanlage.