DE4424811C2 - Verfahren zur Bildung eines simulierten Signals bezüglich einer Temperatur im Abgassystem einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Bildung eines simulierten Signals be­ züglich einer Temperatur im Abgassystem eines Kraftfahrzeugs und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens jeweils nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.

Aus der nicht vorveröffentlichten DE 43 38 342 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bildung eines simulierten Signals bezüglich der Abgas-, der Abgassonden- oder der Katalysatortemperatur bekannt. Bei dem bekannten Verfahren ist es vorgesehen, mit einer Kennlinie eine stationäre Abgastemperatur zu ermitteln. Mit Hilfe eines ersten Filters wird ausgehend von der stationären Abgastemperatur der zeitliche Verlauf der Abgas­ temperatur stromauf des Katalysators nachgebildet. Mit Hilfe eines zweiten Filters kann weiterhin die Temperatur des Katalysators ermittelt werden.

Aus der DE 25 10 988 A1 ist eine Schaltungsanordnung bekannt geworden, die ein hybrides thermisches Abbild eines elektrischen Betriebsmittels darstellt. Die Schaltungs­ anordnung berücksichtigt eine kleine und eine große thermische Zeitkonstante eines zu überwachenden Betriebsmittels wie beispielsweise eines Elektromotors oder eines Trans­ formators. Zur Nachbildung der kleinen thermischen Zeitkonstante ist ein RC-Glied vor­ gesehen, dem Schaltungsmittel zur Speisung des RC-Glieds mit einem zum Quadrat des Betriebsmittelstroms proportionalen Ladestrom vorgeschaltet sind. Die große thermische Zeitkonstante wird nicht elektrisch simuliert. Statt dessen ist eine Temperaturmessein­ richtung vorgesehen, die einen Temperaturfühler enthält, der die Temperatur desjenigen Teils des Betriebsmittels erfasst, das die große thermische Zeitkonstante einbringt. Die Temperaturmesseinrichtung stellt eine Signalspannung bereit, welche die Ladespannung des RC-Glieds entsprechend der großen thermischen Zeitkonstanten beeinflusst.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bil­ dung eines simulierten Signals bezüglich einer Temperatur im Abgassystem einer Brenn­ kraftmaschine anzugeben, die eine hohe Genauigkeit des Schätzergebnisses aufweisen.

Die Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Merkmale jeweils gelöst.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, das der zeitliche Verlauf einer Tempe­ ratur im Abgassystem eines Kraftfahrzeugs sehr genau nachgebildet werden kann, ohne das es dazu eines Abgastemperatursensors bedarf. Erreicht wird dies dadurch, dass, aus­ gehend von einem ersten Signal für eine stationäre Abgastemperatur, ein zweites Signal, das Einflussgrößen, die sich schnell auf die stationäre Abgastemperatur auswirken, be­ rücksichtigt, und ein drittes Signal, das Einflussgrößen, die sich langsam auf die stationä­ re Abgastemperatur auswirken, berücksichtigt, jeweils ermittelt werden, und dass an­ schließend das zweite Signal und das dritte Signal zu einem vierten Signal für die Ab­ gastemperatur überlagert werden. Die auf diese Weise simulierte Abgastemperatur liefert auch bei instationären Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine genaue Ergebnisse.

Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ergeben sich abhängigen Ansprüchen.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das zweite Signal und das dritte Signal vor der Überlagerung mit vorgebbaren Gewichtsfaktoren verknüpfbar sind. Da­ durch kann dem unterschiedlich starken Einfluss der beiden Anteile auf die Abgastempe­ ratur Rechnung getragen werden. Da dieser Einfluss vom Gasdurchsatz durch die Brenn­ kraftmaschine abhängt, ist es vorteilhaft, die Gewichtsfaktoren abhängig vom Gasdurch­ satz durch die Brennkraftmaschine vorzugeben.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird außerdem die kühlende Wirkung des Fahrtwindes auf das Abgassystem berücksichtigt, indem das dritte Signal für den langsamen Anteil von einem Korrekturwert beeinflussbar ist, der abhängig von der Fahr­ zeuggeschwindigkeit vorgebbar ist.

Das zweite Signal für den schnellen Anteil und das dritte Signal für den langsamen Anteil können ohne großen Aufwand durch Filterung des Signals für die stationäre Abgastempe­ ratur ermittelt werden. Dabei wird zur Ermittlung des zweiten Signals für den schnellen Anteil ein Filter mit geringerer Filterwirkung eingesetzt als zur Ermittlung des dritten Signals für den langsamen Anteil. Eine besonders hohe Genauigkeit kann dadurch er­ reicht werden, dass die Filterwirkung abhängig vom Gasdurchsatz durch die Brennkraft­ maschine vorgebbar ist.

In der bevorzugten Ausführungsform sind die Filter als Tiefpass-Filter realisiert, wobei zur Ermittlung des zweiten Signals für den schnellen Anteil ein Tiefpass-Filter mit einer kleineren Zeitkonstante eingesetzt wird als zur Ermittlung des dritten Signals für den langsamen Anteil.

Der Gasdurchsatz durch die Brennkraftmaschine kann je nach vorhandenen Sensoren bzw. bereits aufbereiteten Signalen durch ein Signal für den Luftmassenstrom oder durch Signale für die Last und die Drehzahl oder ähnliche Signale angegeben werden.

Aus dem Signal für die Abgastemperatur kann wenigstens ein Signal für eine weitere Temperatur im Abgassystem der Brennkraftmaschine ermittelt werden, beispielsweise die Temperatur eines Katalysators oder die Temperatur einer Abgassonde stromauf oder stromab des Katalysators usw.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ebenfalls den wesentlichen Vorteil auf, dass der zeitliche Verlauf einer Temperatur im Abgassystem eines Kraftfahrzeugs sehr genau nachgebildet werden kann, ohne das es dazu eines Abgastemperatursensors bedarf.

Dies wird dadurch erreicht, dass erste Mittel zur Bildung eines ersten Signals für eine stationäre Abgastemperatur vorgesehen sind. Weiterhin sind zweite Mittel vorgesehen zur Ermittlung eines zweiten Signals, das Einflussgrößen, die sich schnell auf die stationäre Abgastemperatur auswirken, berücksichtigt, ausgehend vom ersten Signal. Weiterhin sind dritte Mittel vorgesehen zur Ermittlung eines dritten Signals, das Einflussgrößen, die sich langsam auf die stationäre Abgastemperatur auswirken, berücksichtigt, ausgehend vom ersten Signal. Schließlich sind vierte Mittel vorgesehen zur Überlagerung der zweiten und dritten Signale zu einem vierten Signal für die Abgastemperatur.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungs­ beispiele erläutert.

Es zeigen

Fig. 1 das technische Umfeld, in dem die Erfindung eingesetzt werden kann,

Fig. 2 eine Prinzipdarstellung der Erfindung und

Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt das technische Umfeld, in dem die Erfindung eingesetzt werden kann. Einer Brennkraftmaschine 100 wird über einen Ansaugtrakt 102 Luft/Kraftstoff-Gemisch zuge­ führt und die Abgase werden in einen Abgaskanal 104 abgegeben. Im Ansaugtrakt 102 sind - in Stromrichtung der angesaugten Luft gesehen - ein Luftmengenmesser oder Luftmassenmesser 106, beispielsweise ein Heißfilm-Luftmassenmesser, eine Drossel­ klappe 108 mit einem Sensor 110 zur Erfassung des Öffnungswinkels der Drosselklappe 108 und eine oder mehrere Einspritzdüsen 112 angebracht. Im Abgaskanal 104 sind - in Stromrichtung des Abgases gesehen - eine erste Abgassonde 114, ein Katalysator 116 und eine zweite Abgassonde 118 angeordnet. An der Brennkraftmaschine 100 sind ein Drehzahlsensor 120 und ein Temperatursensor 121 angebracht. Weiterhin besitzt die Brennkraftmaschine 100 beispielsweise vier Zündkerzen 122 zur Zündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in den Zylindern. Die Ausgangssignale mL des Luftmengen­ messers oder Luftmassenmessers 106, α des Sensors 110 zur Erfassung des Öffnungs­ winkels der Drosselklappe 108, λ1 der ersten Abgassonde 114, λ2 der zweiten Abgas­ sonde 118, n des Drehzahlsensors 120 und TBKM des Temperatursensors 121 werden ei­ nem zentralen Steuergerät 124 über entsprechende Verbindungsleitungen zugeführt. Das Steuergerät 124 wertet die Sensorsignale aus und steuert über weitere Verbindungsleitun­ gen die Einspritzdüse bzw. die Einspritzdüsen 112 und die Zündkerzen 122 an.

Fig. 2 zeigt eine Prinzipdarstellung der Erfindung. Ein Block 200 gibt ein erstes Signal TStat für eine stationäre Abgastemperatur aus. Einzelheiten zur Erzeugung dieses Signals und zu den dazu benötigten Eingangssignalen des Blocks 200 werden in Fig. 3 und dem zugehörigen Text erläutert. Die stationäre Abgastemperatur ist die Abgastemperatur, die sich einstellt, wenn ein gegebener Betriebszustand der Brennkraftmaschine 100 ausrei­ chend lange beibehalten wird, d. h. wenn ein stationärer Betriebszustand vorliegt. In der Praxis kommt es allerdings sehr häufig vor, dass sich der Betriebszustand der Brenn­ kraftmaschine 100 ändert, beispielsweise beim Beschleunigen, d. h. die Brennkraftma­ schine befindet sich häufig in instationären Betriebszuständen. In diesen Fällen weicht die tatsächliche Abgastemperatur in der Regel von der stationären Abgastemperatur ab.

Um auch unter instationären Betriebsbedingungen eine möglichst genaue Nachbildung der tatsächlichen Abgastemperatur zu erreichen, schließen sich bei der Erfindung an die Erzeugung des ersten Signals TStat mittels des Blocks 200 weitere Bearbeitungsschritte an. Zur Durchführung dieser Bearbeitungsschritte wird das erste Signal TStat sowohl in einen Block 202 als auch in einen Block 204 eingespeist. Im Block 202 werden die Ein­ flussgrößen berücksichtigt, die sich schnell, d. h. ohne nennenswerte zeitliche Verzöge­ rung, auf die Abgastemperatur auswirken. Beispielsweise folgt der Verbrennungsprozess in der Verbrennungsmaschine bei dem die Abgase erzeugt werden, schnell den sich ver­ ändernden Betriebsbedingungen und wirkt sich auch unmittelbar auf die Abgastemperatur aus. Im Block 204 werden die Einflussgrößen berücksichtigt, die sich langsam, d. h. mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung, auf die Abgastemperatur auswirken. Hierzu ge­ hört beispielsweise die Temperatur des Abgaskanals 104 oder anderer Komponenten, die mit dem Abgas in thermischem Kontakt stehen.

Der Block 202 gibt das zweite Signal TAbgS aus, das einen schnellen Anteil der Abgas­ temperatur repräsentiert und der Block 204 gibt das dritte Signal TAbgL aus, das einen langsamen Anteil der Abgastemperatur repräsentiert. Das zweite Signal TAbgS und das dritte Signal TAbgL werden in je einen Eingang eines Blocks 206 eingespeist. Der Block 206 dient dazu, das zweite und das dritte eingespeiste Signal TAbgS und TAbgL zu ei­ nem vierten Signal TAbg für die Abgastemperatur zu überlagern. Bei dieser Überlage­ rung können das zweite und das dritte Signal TabgS, TAbgL unterschiedlich gewichtet werden. Einzelheiten hierzu sind in Fig. 3 dargestellt und im zugehörigen Text be­ schrieben.

Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, das erste Signal TStat für die statio­ näre Abgastemperatur zu dem zweiten und dritten Signal TabgS, TAbgL für den schnel­ len und den langsamen Anteil an der Abgastemperatur weiter zu verarbeiten und das zweite und dritte Signal TabgS, TAbgL mit einer vorgebbaren Gewichtung zum vierten Signal TAbg für die Abgastemperatur zu überlagern.

Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. Das erste Signal TStat für die stationäre Abgastemperatur wird mit Hilfe einer Kennlinie bzw. eines Kennfelds 300 erzeugt. Die Kennlinie bzw. das Kennfeld 300 entspricht dem Block 200 aus Fig. 2. In den Eingang der Kennlinie 300 wird ein Signal mL für den Luftmassen­ strom eingespeist, das vom Luftmassenmesser oder Luftmengenmesser 106 ausgegeben wird. In einer Variante kann statt des Signals mL ein Signal n für die Drehzahl und ein Signal tL für die Last in das Kennfeld 300 eingespeist werden. Diese Variante ist durch die gestrichelte Linie in Fig. 3 angedeutet. Die alternative Verwendung der Signale mL bzw. n und tL ist auch bei anderen Funktionseinheiten der Fig. 3 möglich, die im fol­ genden noch beschrieben werden. Prinzipiell sind als Eingangssignale für die Kennlinie bzw. das Kennfeld 300 alle Signale geeignet, die den Gasdurchsatz durch die Brennkraft­ maschine 100 angeben. Dies gilt auch für andere Funktionseinheiten, in die das Signal mL eingespeist wird.

Der Ausgang der Kennlinie bzw. des Kennfeldes 300 ist sowohl mit einem Eingang eines Filters 302 als auch mit einem Eingang eines Filters 304 verbunden, d. h. das erste Signal TStat wird sowohl in das Filter 302 als auch in das Filter 304 eingespeist. Das Filter 302 entspricht dem Block 202 aus Fig. 2 und das Filter 304 dem Block 204. Die Filter 302 und 304 können beispielsweise als Tiefpassfilter realisiert sein. Sie besitzen unterschied­ liche Zeitkonstanten, die zudem jeweils vom Signal mL abhängen können, das in je einen zweiten Eingang der Filter eingespeist wird. Wie schon beim Kennfeld bzw. bei der Kennlinie 300 kann auch hier das Signal mL durch die Signale n und tL ersetzt werden. Das Filter 302 stellt an seinem Ausgang das Signal TAbgS für den schnellen Anteil an der Abgastemperatur bereit, d. h. das Filter 302 besitzt ein schnelles Zeitverhalten und somit eine geringe Filterwirkung. Dies wird bei einer Realisierung als Tiefpassfilter durch eine kleine Zeitkonstante erreicht. Umgekehrt besitzt das Filter 304 ein langsames Zeit­ verhalten und somit eine große Filterwirkung, was im Falle eines Tiefpassfilters durch ei­ ne große Zeitkonstante erreicht wird. Das Filter 304 stellt am Ausgang das dritte Signal TAbgL für den langsamen Anteil der Abgastemperatur bereit.

Vor der bereits im Text zu Fig. 2 angesprochenen Überlagerung des zweiten und dritten Signals TabgS, TAbgL werden diese noch mit Gewichtsfaktoren GS bzw. GL versehen. Der Gewichtsfaktor GS wird von einer Kennlinie bzw. von einem Kennfeld 306 ausge­ geben. In die Kennlinie bzw. das Kennfeld 306 wird das Signal mL bzw. es werden die Signale n und tL eingespeist. Der Gewichtsfaktor GS wird einem Verknüpfungspunkt 308 zugeführt und dort mit dem zweiten Signal TAbgS verknüpft, das ebenfalls dem Ver­ knüpfungspunkt 308 zugeführt wird. Weiterhin wird der Gewichtsfaktor GS einem Ver­ knüpfungspunkt 310 zugeführt und dort vom Wert 1 subtrahiert, der dem Verknüpfungs­ punkt 310 von einem Festwertspeicher 312 aufgeprägt wird. Auf diese Art und Weise wird am Ausgang des Verknüpfungspunktes 310 der Gewichtsfaktor GL erzeugt. Der Gewichtsfaktor GL wird in einen Verknüpfungspunkt 314 eingespeist und dort mit dem dritten Signal TAbgL verknüpft, das dem Verknüpfungspunkt 314 vom Filter 304 zuge­ führt wird. Der Ausgang des Verknüpfungspunktes 314 ist mit einem ersten Eingang ei­ nes Verknüpfungspunktes 316 verbunden an dessen zweitem Eingang ein fahrzeugge­ schwindigkeitsabhängiger Korrekturwert KV anliegt. Der Korrekturwert KV wird aus ei­ ner Kennlinie 318 ausgelesen, an deren Eingang die Fahrzeuggeschwindigkeit v anliegt. Der fahrzeuggeschwindigkeitsabhängige Korrekturwert KV ist optional und kann je nach Ausführungsbeispiel auch entfallen.

Der Ausgang des Verknüpfungspunktes 316 ist mit einem ersten Eingang eines Verknüp­ fungspunktes 320 verbunden, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des Verknüp­ fungspunktes 308 verbunden ist. Im Verknüpfungspunkt 320 findet die Überlagerung des gewichteten und ggf. in Abhängigkeit von der Fahrzeuggeschwindigkeit korrigierten zweiten und dritten Signals TabgS, TAbgL zum vierten Signal TAbg für die Abgastem­ peratur statt. Das vierte Signal TAbg wird am Ausgang des Verknüpfungspunktes 320 für Funktionsblöcke bereitgestellt die dieses Signal als Eingangsgröße benötigen.

Weiterhin wird in dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel das vierte Signal TAbg in ein Filter 322 eingespeist, dass das dynamische Verhalten des Katalysators 116 repräsentiert, so dass am Ausgang des Filters 322 ein fünftes Signal TKat für die Tempe­ ratur des Katalysators abgegriffen werden kann. Das Filter 322 kann als Tiefpassfilter re­ alisiert sein und eine Zeitkonstante besitzen, die vom Signal mL bzw. von den Signalen n und tL abhängt. Statt des Filters 322 oder zusätzlich zum Filter 322 kann auch ein Funk­ tionsblock vorhanden sein, der ausgehend vom vierten Signal TAbg für die Abgastempe­ ratur oder vom fünften Signal TKat für die Temperatur des Katalysators 116 ein Signal für die Temperatur der Abgassonde 114 oder der Abgassonde 118 erzeugt. Allgemein lässt sich sagen, dass das vierte Signal TAbg für die Abgastemperatur zur Ermittlung weiterer Signale für Temperaturen im Abgassystem herangezogen werden kann.

Weiterhin ist in Fig. 3 noch eine aus der DE 43 38 342 A1 bereits bekannte und dort auch detailliert beschriebene Taupunktendeerkennung in Form eines Blocks 324 schematisch dargestellt. Der Block 324 liefert ein Signal TP an die Filter 302, 304 und 322 und be­ wirkt über dieses Signal, dass die Ausgangssignale der Filter auf vorgebbare Werte be­ grenzt werden, solange mit Flüssigkeit in dem Bereich des Abgassystems zu rechnen ist, der dem jeweiligen Filter zugeordnet ist. Dabei kann den drei Filtern jeweils eine unter­ schiedliche Meldung bezüglich des Vorhandenseins von Flüssigkeit übermittelt werden. Als Eingangssignal erhält der Block 324 die Signale mL, TBKM, n und TKat. Das Signal mL kann wiederum durch die Signale n und tL ersetzt werden. Einzelheiten bezüglich der Verarbeitung dieser Signale können der DE 43 38 342 entnommen werden.

Claims (11)

1. Verfahren zur Bildung eines simulierten Signals bezüglich einer Temperatur im Ab­ gassystem eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet,
dass, ausgehend von einem ersten Signal (TStat) für eine stationäre Abgastemperatur, ein zweites Signal (TAbgS), das Einflussgrößen, die sich schnell auf die stationäre Ab­ gastemperatur auswirken, berücksichtigt, und
ein zweites Signal (TAbgL), das Einflussgrößen, die sich langsam auf die stationäre Ab­ gastemperatur auswirken, berücksichtigt, ermittelt werden,
und anschließend das zweite Signal (TabgS) und das dritte Signal (TabgL) zu einem vierten Signal (TAbg) für die Abgastemperatur überlagert werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Signal (TAbgS) und das dritte Signal (TAbgL) vor der Überlagerung mit vorgebbaren Gewichtsfaktoren (GS, GL) verknüpfbar sind.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewichtsfaktoren (GS, GL) abhängig vom Gasdurchsatz durch die Brennkraftmaschine (100) des Kraftfahrzeugs vorgebbar sind.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Signal (TAbgL) von einem Korrekturwert (KV) beeinflussbar ist, der abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) vorgebbar ist.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Signal (TabgS) und das dritte Signal (TAbgL) durch Filterung des ersten Sig­ nals (TStat) für die stationäre Abgastemperatur ermittelt werden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Ermittlung des zweiten Signals (TAbgS) ein Filter mit geringerer Filterwirkung eingesetzt wird als bei der Ermittlung des dritten Signals (TAbgL).

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Filterwirkung abhängig vom Gasdurchsatz durch die Brennkraftmaschine (100) vorgebbar ist.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Filter als Tiefpass-Filter (302, 304) realisiert sind, wobei zur Ermittlung des zweiten Signals (TAbgS) ein Tiefpass-Filter (302) mit einer kleineren Zeitkonstante eingesetzt wird als zur Ermittlung des dritten Signals (TAbgL).

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gas­ durchsatz durch die Brennkraftmaschine (100) durch ein Signal (mL) für den Luftmas­ senstrom oder durch Signale für die Last (tL) und die Drehzahl (n) angegeben wird.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem zweiten Signal (TAbg) für die Abgastemperatur wenigstens ein fünftes Signal (TKat) für eine weitere Temperatur im Abgassystem der Brennkraftmaschine (100) er­ mittelbar ist.

11. Vorrichtung zur Bildung eines simulierten Signals bezüglich einer Temperatur im Abgassystem eines Kraftfahrzeugs, gekennzeichnet durch
erste Mittel (200) zur Bildung eines ersten Signals (TStat) für eine stationäre Abgas­ temperatur,
zweite Mittel (202) zur Ermittlung eines zweiten Signals (TabgS), das Einflussgrößen, die sich schnell auf die stationäre Abgastemperatur auswirken, berücksichtigt, ausgehend vom ersten Signal (Tstat),
dritte Mittel (204) zur Ermittlung eines dritten Signals (TabgS), das Einflussgrößen, die sich langsam auf die stationäre Abgastemperatur auswirken, berücksichtigt, ausgehend vom ersten Signal (Tstat),
vierte Mittel (206) zur Überlegung der zweiten und dritten Signale (TAbgS, TabgL) zu einem vierten Signal (Tabg) für die Abgastemperatur.