EP1953369A1 - Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine - Google Patents

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EP1953369A1
EP1953369A1 EP07002013A EP07002013A EP1953369A1 EP 1953369 A1 EP1953369 A1 EP 1953369A1 EP 07002013 A EP07002013 A EP 07002013A EP 07002013 A EP07002013 A EP 07002013A EP 1953369 A1 EP1953369 A1 EP 1953369A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
combustion engine
internal combustion
temperature
ambient temperature
intake tract
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP07002013A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gerhard Eser
Bruno Izard
Balaji Jayaraman
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aumovio Germany GmbH
Aumovio France SAS
Original Assignee
Continental Automotive Technologies GmbH
Siemens VDO Automotive SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive Technologies GmbH, Siemens VDO Automotive SAS filed Critical Continental Automotive Technologies GmbH
Priority to EP07002013A priority Critical patent/EP1953369A1/de
Publication of EP1953369A1 publication Critical patent/EP1953369A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/021—Introducing corrections for particular conditions exterior to the engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/04—Engine intake system parameters
    • F02D2200/0414—Air temperature

Definitions

  • the invention relates to a method for controlling an internal combustion engine and to an internal combustion engine with a control device which is designed such that it can carry out the method.
  • a control method relates to an internal combustion engine, which has an intake tract, via which a combustion chamber of the internal combustion engine combustion air is supplied.
  • the internal combustion engine further comprises a temperature sensor, by means of which the temperature in the intake tract can be detected.
  • the temperature in the intake tract is detected by means of the temperature sensor.
  • at least one correction variable is determined and the ambient temperature is then calculated based on the temperature in the intake tract and the at least one correction variable.
  • the invention is based on the general idea of modeling the ambient temperature of the internal combustion engine based on the temperature in the intake tract of the internal combustion engine.
  • influencing factors which cause a deviation of the temperature in the intake tract from the ambient temperature can be taken into account in the calculation of the ambient temperature.
  • this method it is possible, even waiving a separate sensor, to determine the ambient temperature by calculation, so that the cost of the internal combustion engine can be reduced while maintaining the control quality.
  • this method also finds use in internal combustion engines with an ambient temperature sensor, in which the calculated ambient temperature value is used for plausibility or for the diagnosis of the ambient temperature sensor.
  • the at least one correction variable represents different state variables in the intake tract, which have an influence on the temperature in the intake tract and thus lead to a deviation of the temperature in the intake tract from the ambient temperature.
  • the at least one correction variable a deviation of the temperature in the intake of the Ambient temperature as a function of the rotational speed of the internal combustion engine, the mass air flow in the intake tract, from an exhaust gas recirculation rate, which represents a recirculated from an exhaust tract of the internal combustion engine in the intake manifold exhaust gas, in supercharged internal combustion engines from the pressure in the intake tract downstream of a compressor, the speed of a motor vehicle, which is driven by the internal combustion engine, and a coolant temperature of the internal combustion engine.
  • the above influencing factors, which cause a deviation of the temperature in the intake tract from the ambient temperature can all or only partially be taken into account by determining several correction quantities at the same time.
  • the correction quantities can be determined from calibratable maps.
  • the last calculated value for the ambient temperature is stored before switching off the internal combustion engine. During the subsequent start of the internal combustion engine and upon fulfillment of a first condition, first the stored value for the ambient temperature is used to control the internal combustion engine and a filtered transition to the currently calculated value for the ambient temperature is performed. Otherwise, that is, if the first condition is not fulfilled, the currently calculated ambient temperature value is used to control the internal combustion engine.
  • the last calculated value for the ambient temperature is stored before switching off the internal combustion engine.
  • the stored value for the ambient temperature is first used to control the internal combustion engine and, starting from a second condition, the currently calculated ambient temperature is used to control the internal combustion engine. Failure to comply with the second Bendingung is used to control the internal combustion engine the currently calculated ambient temperature value is used.
  • an undesirable operating behavior of the internal combustion engine during the start and immediately after the start can be prevented.
  • undesirable operating behavior of the internal combustion engine can occur, in particular in the case of a warm start.
  • a warm start here means a start of the internal combustion engine in a state in which the internal combustion engine has not yet cooled to ambient temperature.
  • the temperature sensor for the temperature in the intake tract usually indicates a much higher value than the actual ambient temperature.
  • the correction value would lead to a strong change in the calculated ambient temperature. This could lead to very abrupt changes in actuator positions and thus to an uncomfortable driving behavior.
  • a first condition which may constitute a criterion for a warm start of the internal combustion engine
  • first the stored value for the ambient temperature used to control the internal combustion engine is performed directly from the start in the background.
  • the transition, while the transition is carried out according to the embodiment of claim 9 until after fulfillment of a predetermined second condition.
  • the second condition can be a criterion from which it can be assumed that the calculated value for the ambient temperature has already largely matched the actual ambient temperature.
  • the second condition is fulfilled if a predetermined period of time has elapsed since the start of the internal combustion engine.
  • the second condition is met when a motor vehicle, which is driven by the internal combustion engine, has submitted a predetermined minimum distance.
  • the second condition can be calibrated so that after its fulfillment the correction of the calculated value for the ambient temperature has progressed sufficiently far, so that the calculated value for the ambient temperature corresponds approximately to the actual ambient temperature. In a subsequent transition from the stored value to the calculated value for the ambient temperature for the purpose of controlling the internal combustion engine, can not be expected with an uncomfortable driving behavior.
  • the first condition is satisfied when the internal combustion engine has been stopped for less than a predetermined period of time.
  • the course of the coolant temperature is stored during the standstill phase of the internal combustion engine. The first condition is considered fulfilled if the amount of the gradient of the coolant temperature is greater than a predetermined gradient limit.
  • the first condition is chosen so that it can be assumed that it is a warm start of the internal combustion engine when it is fulfilled. This is the case, for example, if the internal combustion engine has stopped for less than a predetermined period of time, so that the internal combustion engine did not have enough time to cool down completely. Also, the gradient of the decrease in the coolant temperature can be used to determine the extent to which the internal combustion engine has already cooled.
  • An internal combustion engine has an intake tract via which combustion air is supplied to a combustion chamber of the internal combustion engine. Furthermore, the internal combustion engine comprises a temperature sensor, by means of which the temperature in the intake tract can be detected, and a control device.
  • the control device is designed such that, for the purpose of calculating the ambient temperature, it detects the temperature in the intake tract by means of the temperature sensor, determines at least one correction variable and calculates the ambient temperature based on the temperature in the intake tract and the at least one correction variable.
  • a supercharged direct injection internal combustion engine 1 is schematically illustrated.
  • the internal combustion engine 1 has at least one cylinder 2 and a piston 3 movable up and down in the cylinder 2.
  • the fresh air required for combustion is introduced via an intake tract 4 into a combustion space 40 bounded by the cylinder 2 and the piston 3.
  • Downstream of a suction port 5 is located in the intake manifold 4, an air mass sensor 6 for detecting the air flow, a compressor 50 of a turbocharger (not shown) or a mechanical compressor (not shown), a throttle valve 7 for controlling the air flow, a suction pipe 8 and an inlet valve 10, by means of which the combustion chamber with the intake manifold 4 are selectively connected or disconnected.
  • the combustion exhaust gases are discharged via an exhaust tract 11 of the internal combustion engine 1.
  • the combustion chamber 40 is selectively connected to the exhaust tract 11 by means of an exhaust valve 12 or separated from it.
  • the exhaust gases are purified in an exhaust gas purification catalyst 13.
  • In the exhaust system 11 is also a so-called lambda sensor 14 for measuring the oxygen content in the exhaust gas.
  • the exhaust tract 11 and the intake manifold 8 in the intake tract 4 can be connected via an exhaust gas recirculation line 15 and a controllable exhaust gas recirculation valve 16 arranged in the exhaust gas recirculation line 15.
  • the fuel is injected directly into the combustion chamber by means of an injection valve 18 projecting into the combustion chamber.
  • the injection valve 18 is connected to a fuel supply 29 not described in detail.
  • the ignition of the combustion takes place by means of a spark plug 19.
  • the drive energy generated by the combustion is via a crankshaft 20 to the drive train of the motor vehicle (not shown).
  • a rotational speed sensor 21 detects the rotational speed of the crankshaft 20.
  • the internal combustion engine 1 also has a temperature sensor 60 for detecting the temperature in the intake tract 4 and a coolant temperature sensor 23.
  • the temperature sensor 60 may optionally be disposed at various positions along the intake manifold 4, for example, downstream of the air mass sensor 6 and upstream of the compressor 50, downstream of the compressor 50 and upstream of the throttle valve 7 (as in FIG FIG. 1 ), or in the suction pipe 8.
  • the internal combustion engine 1 is associated with a control device 36, in which map-controlled engine control functions (KF1 to KF5) are implemented by software.
  • the control device 36 is connected to all actuators and sensors of the internal combustion engine 1 via signal and data lines. Concretely, the control device 36 is connected, inter alia, to the temperature sensor 60, the air mass sensor 6, the controllable throttle valve 7, the controllable exhaust gas recirculation valve 16, the spark plug 19, the coolant temperature sensor 23, the lambda sensor 14, the injection valve 18 and the rotational speed sensor 21.
  • FIG. 2 an embodiment of a method for controlling the internal combustion engine 1 is shown in the form of a flowchart.
  • step 200 The method is started in step 200 when starting the internal combustion engine 1.
  • step 201 the output value TIA of the temperature sensor 60 for the temperature in the intake tract 4 is read in by the control device 36.
  • a plurality of correction quantities K 1 , K 2 to K n are determined by the control device.
  • the correction quantities K 1 to K n represent the deviation of the temperature in the intake tract 4 from the ambient temperature as a function of, for example, the rotational speed of the internal combustion engine 1, the air mass flow in the intake tract 4, the exhaust gas recirculation rate, in the case of a supercharged Internal combustion engine of the boost pressure, that is the pressure in the intake tract 4 downstream of the compressor 50, the speed of a motor vehicle (not shown), which is driven by the internal combustion engine 1, or by the coolant temperature.
  • state variables or operating variables lead by cooling or heating effects to a deviation of the temperature in the intake tract 4 from the ambient temperature.
  • the correction factors K 1 to K n can be determined for example in the form of maps depending on their dependency.
  • step 202 the calculation value for the ambient temperature TAM CALC is initialized with the output value TIA of the temperature sensor and then calculated based on the constantly updated sensor value TIA and the correction factors K 1 to K n .
  • correction quantities K 1 to K n occur as summands, the correction quantities K 1 to K n can alternatively also be taken into account in the form of factors.
  • Steps 201 and 202 continue to be performed in the background throughout the entire subsequent process so that the calculated ambient temperature TAM CALC is constantly updated and thus adapted to changing operating conditions.
  • step 203 it is checked whether a first condition is fulfilled. As was explained above, it is checked by the query of the first condition whether it is a so-called warm start or a so-called cold start of the internal combustion engine 1.
  • a cold start is to be understood as meaning a start of the internal combustion engine 1 after complete cooling of the internal combustion engine 1. In the fully cooled state show all built in the engine 1 temperature sensors the ambient temperature. In a warm start, however, the internal combustion engine 1 is started starting from a not completely cooled state. If, for example, the internal combustion engine 1 is switched off after prolonged operation and restarted after a short standstill period, the internal combustion engine 1 could not yet cool to ambient temperature due to its heat storage capacity.
  • the first condition can for example be considered fulfilled if the internal combustion engine 1 was turned off shorter than a predetermined period of time.
  • the course of the coolant temperature can be tracked and a cooling gradient can be calculated.
  • the first condition can therefore also be regarded as fulfilled if the magnitude of the gradient of the coolant temperature is still greater than a predefined gradient limit value. In this case, it can be assumed that the coolant temperature and the ambient temperature are still relatively far apart.
  • the calculated value for the ambient temperature TAM CALC is used in step 204 for controlling the internal combustion engine 1 immediately after the start. This is therefore permissible because during a cold start, the internal combustion engine has cooled approximately to ambient temperature and therefore the output value TIA of the temperature sensor 60 approximately corresponds to the ambient temperature. Therefore, after initialization of the calculated ambient temperature TAM CALC with the sensor value TIA, no sudden change takes place during the transition to the calculated TAM CALC for the ambient temperature. As a result, no uncomfortable driving behavior of the internal combustion engine 1 is caused.
  • the last calculated value TAM old for the ambient temperature which was stored at the end of the preceding operating phase of the internal combustion engine 1, is used to control the internal combustion engine 1 in step 205 first at the start of the internal combustion engine.
  • the transition from the stored value TAM OLD to the currently calculated in the background value TAM CALC can be done in two alternative ways:
  • step 206 the value for the ambient temperature used for the control of the internal combustion engine 1, starting from the stored value TAM OLD over a strong filtering in the currently calculated value TAM CALC transferred. This prevents sudden changes taking place in the ambient temperature on which the control is based.
  • steps 207 and 208 may be used.
  • a second condition is to ensure that the cooling and heating effects acting during operation of the internal combustion engine 1, such as driving air, the coolant flow, or the heat of combustion could act on the internal combustion engine 1 for a certain time, so that comparable operating conditions as before last shutdown of the internal combustion engine 1 prevail.
  • the second condition can therefore for example be considered fulfilled if, since the start of the internal combustion engine, a predetermined period of time has elapsed or a motor vehicle which is driven by the internal combustion engine has traveled a predetermined minimum distance. If this condition is not met, the query is repeated in step 207.
  • step 208 the calculated value TAM CALC is used for the control of the internal combustion engine. Also with this Alternatively, no relevant jumps in the calculated ambient temperature starting from the initialization value are to be expected.
  • the last currently calculated value for the ambient temperature TAM CALC is stored in the control device. This value at the next pass of the method in steps 205 and 206 is used as the value TAM OLD . The method is then restarted according to step 210 at the next start of the internal combustion engine.
  • the described calculation of the ambient temperature is also applicable to internal combustion engines 1, which have a sensor for detecting the ambient temperature.
  • the calculated value TAM calc can be used to check the plausibility of the ambient temperature sensor .

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Abstract

In einem Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine (1), welche einen Ansaugtrakt (4) und einen Temperatursensor (60) zur Erfassung der Temperatur (TIA) im Ansaugtrakt aufweist, wird die Temperatur (TIA) im Ansaugtrakt erfasst, mindestens eine Korrekturgröße (K1 bis Kn) ermittelt und die Umgebungstemperatur (TAMcalc) basierend auf der Temperatur (TIA) im Ansaugtrakt (4) und der mindestens einen Korrekturgröße (K1 bis Kn) berechnet.
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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine mit einer Steuervorrichtung, welche derart ausgebildet ist, dass sie das Verfahren ausführen kann.
  • Die Anforderungen an moderne Brennkraftmaschinen hinsichtlich des Verbrauchs, des Schadstoffausstoßes sowie der Zuverlässigkeit werden immer strenger. Die Einhaltung dieser Vorschriften ist nur durch den Einsatz moderner Steuerungsverfahren möglich, mittels welchen die Vielzahl an Aktuatoren in der Brennkraftmaschine für jeden Betriebspunkt optimal eingestellt werden können. Eine optimale Regelung ist jedoch nur unter Kenntnis der Zustandsgrößen der Brennkraftmaschine an jedem beliebigen Betriebspunkt möglich. Eine dieser Zustandsgrößen ist beispielsweise die Temperatur der Umgebungsluft der Brennkraftmaschine, deren Wert als Basis für die Modellierung zahlreicher anderer Zustandsgrößen dient und zur Plausibilisierung anderer Sensorwerte sowie zur Steuerung bestimmter Aktuatoren verwendet wird. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass zur Erfassung der Umgebungstemperatur ein geeigneter Temperatursensor vorgesehen ist. Aufgrund des steigenden Kostendrucks in der Automobilbranche und der damit verbundenen Verringerung der Gewinnmargen ist es wünschenswert, die Anzahl von Sensoren an der Brennkraftmaschine zu verringern.
  • Es ist deshalb die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Brennkraftmaschine bereitzustellen, durch welche der Einbau eines Temperatursensors für die Umgebungstemperatur nicht mehr notwendig ist.
  • Diese Aufgabe wird durch das Verfahren und die Brennkraftmaschine gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Ein Steuerverfahren gemäß dem Anspruch 1 bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine, welche einen Ansaugtrakt aufweist, über den einen Brennraum der Brennkraftmaschine Verbrennungsluft zugeführt wird. Die Brennkraftmaschine umfasst ferner einen Temperatursensor, mittels dem die Temperatur im Ansaugtrakt erfassbar ist. Gemäß dem Verfahren wird die Temperatur im Ansaugtrakt mittels des Temperatursensors erfasst. Ferner wird mindestens eine Korrekturgröße ermittelt und die Umgebungstemperatur dann basierend auf der Temperatur im Ansaugtrakt und der mindestens einen Korrekturgröße berechnet.
  • Der Erfindung liegt der allgemeine Gedanke zugrunde, die Umgebungstemperatur der Brennkraftmaschine basierend auf der Temperatur im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zu modellieren. Durch die Einbeziehung von mindestens einer Korrekturgröße können Einflussfaktoren, welche eine Abweichung der Temperatur im Ansaugtrakt von der Umgebungstemperatur bewirken, in der Berechnung der Umgebungstemperatur berücksichtigt werden. Durch das Verfahren ist es möglich, auch unter Verzicht eines eigenen Sensors, die Umgebungstemperatur rechnerisch zu ermitteln, so dass die Kosten der Brennkraftmaschine unter Beibehaltung der Steuerungsgüte vermindert werden kann. Jedoch findet dieses Verfahren auch bei Brennkraftmaschinen mit einem Umgebungstemperatursensor Verwendung, in dem der berechnete Wert für die Umgebungstemperatur zur Plausibilisierung oder zur Diagnose des Umgebungstemperatursensors.herangezogen wird.
  • In den Ausgestaltungen des Verfahrens gemäß den Ansprüchen 2 bis 7 repräsentiert die mindestens eine Korrekturgröße verschiedene Zustandsgrößen im Ansaugtrakt, welche einen Einfluss auf die Temperatur im Ansaugtrakt haben und somit zu einer Abweichung der Temperatur im Ansaugtrakt von der Umgebungstemperatur führen. So kann die zumindest eine Korrekturgröße eine Abweichung der Temperatur im Ansaugtrakt von der Umgebungstemperatur in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine, vom Luftmassenstrom im Ansaugtrakt, von einer Abgasrückführrate, welche eine von einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine in den Ansaugtrakt zurückgeleitete Abgasmenge repräsentiert, bei aufgeladenen Brennkraftmaschinen vom Druck im Ansaugtrakt stromabwärts eines Verdichters, von der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs, welches von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, und von einer Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine. Die oben genannten Einflussfaktoren, welche eine Abweichung der Temperatur im Ansaugtrakt von der Umgebungstemperatur verursachen, können alle oder nur teilweise durch Ermittlung von mehreren Korrekturgrößen gleichzeitig berücksichtigt werden. Die Korrekturgrößen können dabei aus kalibrierbaren Kennfeldern ermittelt werden.
  • In einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 8 wird vor dem Abschalten der Brennkraftmaschine der letzte berechnete Wert für die Umgebungstemperatur abgespeichert. Beim darauf folgenden Start der Brennkraftmaschine und bei Erfüllung einer ersten Bedingung wird zunächst der abgespeicherte Wert für die Umgebungstemperatur zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet und ein gefilterter Übergang zum aktuell berechneten Wert für die Umgebungstemperatur durchgeführt. Ansonsten, das heißt bei Nichterfüllung der ersten Bedingung, wird der aktuell berechnete Wert für die Umgebungstemperatur zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 9 wird vor dem Abschalten der Brennkraftmaschine der zuletzt berechnete Wert für die Umgebungstemperatur abgespeichert. Beim darauf folgenden Start der Brennkraftmaschine und bei Erfüllung einer ersten Bedingung wird zunächst der abgespeicherte Wert für die Umgebungstemperatur zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet und ab Erfüllung einer zweiten Bedingung die aktuell berechnete Umgebungstemperatur zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet. Bei Nichterfüllung der zweiten Bendingung wird zur Steuerung der Brennkraftmaschine der aktuell berechnete Wert für die Umgebungstemperatur verwendet.
  • Mit den Ausgestaltungen des Verfahrens nach den Ansprüchen 8 und 9 kann ein unerwünschtes Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine während des Starts und unmittelbar nach dem Start verhindert werden. In dem Fall, dass der Rechenwert für die Umgebungstemperatur beim Start der Brennkraftmaschine mit dem Ausgangswert des Temperatursensors für die Temperatur im Ansaugtrakt initialisiert wird, kann es insbesondere im Falle eines Warmstarts zu einem unerwünschten Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine kommen. Unter einem Warmstart ist hier ein Start der Brennkraftmaschine in einem Zustand zu verstehen, in dem die Brennkraftmaschine noch nicht auf Umgebungstemperatur abgekühlt ist. Insbesondere nach kurzen Stillstandszeiten kann sich in der Umgebung des Ansaugtrakts ein Hitzestau bilden, da eine Kühlung des Motors nicht mehr stattfindet. Somit zeigt der Temperatursensor für die Temperatur im Ansaugtrakt einen in der Regel sehr viel höheren Wert als die tatsächliche Umgebungstemperatur an. Würde also nach einem Warmstart zum Zwecke der Steuerung der Brennkraftmaschine sofort der Rechenwert für die Umgebungstemperatur unter Initialisierung mit dem Ausgangswert des Temperatursensors verwendet werden, so würde es aufgrund der Korrekturgrößen zu einer starken Änderung des Rechenwerts für die Umgebungstemperatur kommen. Dies könnte zu sehr abrupten Veränderungen von Aktuatorstellungen und damit zu einem unkomfortablen Fahrverhalten führen.
  • Gemäß der Ausgestaltungen der Ansprüche 8 und 9 wird deshalb beim Start der Brennkraftmaschine und bei Erfüllung einer ersten Bedingung, welche ein Kriterium für einen Warmstart der Brennkraftmaschine darstellen kann, zunächst der abgespeicherte Wert für die Umgebungstemperatur zur Steuerung der Brennkraftmaschine verwendet. Bei beiden Ausgestaltungen wird unmittelbar ab dem Start im Hintergrund die Berechnung der Umgebungstemperatur basierend auf der gemessenen Temperatur im Ansaugtrakt durchgeführt. Zur Vermeidung einer sprunghaften Änderung beim Übergang vom abgespeicherten Wert auf den aktuell berechneten Wert wird gemäß nach Ausgestaltung nach Anspruch 8 der Übergang gefiltert durchgeführt, während der Übergang gemäß der Ausgestaltung nach Anspruch 9 erst nach Erfüllung einer festgelegten zweiten Bedingung durchgeführt wird. Die zweite Bedingung kann dabei ein Kriterium sein, ab dessen Erfüllung anzunehmen ist, dass sich der berechnete Wert für die Umgebungstemperatur an die tatsächliche Umgebungstemperatur bereits weitgehend angeglichen hat.
  • In einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 10 ist die zweite Bedingung dann erfüllt, wenn seit dem Start der Brennkraftmaschine eine vorgegebene Zeitdauer vergangen ist.
  • In einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 11 ist die zweite Bedingung dann erfüllt, wenn ein Kraftfahrzeug, welches von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, eine vorgegebene Mindeststrecke vorgelegt hat.
  • In beiden Ausgestaltungen ist die zweite Bedingung so kalibrierbar, dass nach ihrer Erfüllung die Korrektur des Rechenwertes für die Umgebungstemperatur ausreichend weit fortgeschritten ist, so dass der berechnete Wert für die Umgebungstemperatur annähernd der tatsächlichen Umgebungstemperatur entspricht. Bei einem anschließenden Übergang vom abgespeicherten Wert auf den Rechenwert für die Umgebungstemperatur zum Zweck der Steuerung der Brennkraftmaschine, ist nicht mit einem unkomfortablen Fahrverhalten zu rechnen.
  • In den Ausgestaltungen des Verfahrens nach den Ansprüchen 12 und 13 handelt es sich um konkrete Ausführungsbeispiele für die erste Bedingung. Demnach kann gemäß Anspruch 12 ist die erste Bedingung dann erfüllt, wenn die Brennkraftmaschine kürzer als eine vorgegebene Zeitdauer stillgestanden hat. Gemäß dem Anspruch 13 wird während der Stillstandsphase der Brennkraftmaschine der Verlauf der Kühlmitteltemperatur abgespeichert. Die erste Bedingung gilt dann als erfüllt, wenn der Betrag des Gradienten der Kühlmitteltemperatur größer ist als ein vorgegebener Gradientengrenzwert.
  • In den Ausgestaltungen des Verfahrens nach den Ansprüchen 12 und 13 ist die erste Bedingung so gewählt, dass bei ihrer Erfüllung davon auszugehen ist, dass es sich um einen Warmstart der Brennkraftmaschine handelt. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Brennkraftmaschine kürzer als eine vorgegebene Zeitdauer stillgestanden hat, so dass die Brennkraftmaschine nicht genug Zeit hatte, um vollständig abzukühlen. Auch kann der Gradient der Abnahme der Kühlmitteltemperatur dazu verwendet werden, um zu bestimmen, inwieweit die Brennkraftmaschine schon abgekühlt ist.
  • Eine Brennkraftmaschine gemäß dem Anspruch 14 weist einen Ansaugtrakt auf, über welchen einem Brennraum der Brennkraftmaschine Verbrennungsluft zugeführt wird. Ferner umfasst die Brennkraftmaschine einen Temperatursensor, mittels dem die Temperatur im Ansautrakt erfassbar ist, sowie eine Steuervorrichtung. Die Steuervorrichtung ist derart ausgebildet, dass sie zum Zwecke der Berechnung der Umgebungstemperatur die Temperatur im Ansaugtrakt mittels des Temperatursensors erfasst, mindestens eine Korrekturgröße ermittelt und die Umgebungstemperatur basierend auf der Temperatur im Ansaugtrakt und der mindestens einen Korrekturgröße berechnet.
  • Hinsichtlich der Vorteile, welche eine derartige Brennkraftmaschine besitzt, wird auf die Ausführungen zum Anspruch 1 verwiesen, welche analog gelten.
  • Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine;
    Figur 2
    ein Ausführungsbeispiel eines Steuerverfahrens für eine Brennkraftmaschine in Form eines Ablaufdiagramms.
  • In Figur 1 ist eine aufgeladene Brennkraftmaschine 1 mit Kraftstoffdirekteinspritzung schematisch dargestellt. Die Brennkraftmaschine 1 weist mindestens einen Zylinder 2 und einen in dem Zylinder 2 auf und ab beweglichen Kolben 3 auf. Die zur Verbrennung nötige Frischluft wird über einen Ansaugtrakt 4 in einen von dem Zylinder 2 und dem Kolben 3 begrenzten Brennraum 40 eingeleitet. Stromabwärts einer Ansaugöffnung 5 befindet sich in dem Ansaugtrakt 4 ein Luftmassensensor 6 zur Erfassung des Luftdurchsatzes, ein Verdichter 50 eines Turboladers (nicht dargestellt) oder eines mechanischen Kompressors (nicht dargestellt), eine Drosselklappe 7 zur Steuerung des Luftdurchsatzes, ein Saugrohr 8 und ein Einlassventil 10, mittels dem der Brennraum mit dem Ansaugtrakt 4 wahlweise verbunden oder getrennt werden.
  • Die Verbrennungsabgase werden über einen Abgastrakt 11 der Brennkraftmaschine 1 abgeführt. Der Brennraum 40 wird mittels eines Auslassventils 12 mit dem Abgastrakt 11 wahlweise verbunden oder von diesem getrennt. Die Abgase werden in einem Abgasreinigungskatalysator 13 gereinigt. Im Abgastrakt 11 befindet sich ferner ein so genannter Lambda-Sensor 14 zur Messung des Sauerstoffgehalts im Abgas. Der Abgastrakt 11 und das Saugrohr 8 im Ansaugtrakt 4 sind über eine Abgasrückführleitung 15 und ein in der Abgasrückführleitung 15 angeordnetes, steuerbares Abgasrückführventil 16 verbindbar.
  • Der Kraftstoff wird mittels eines in den Brennraum ragenden Einspritzventils 18 direkt in den Brennraum eingespritzt. Das Einspritzventil 18 ist mit einer nicht näher beschriebenen Kraftstoffversorgung 29 verbunden. Die Zündung der Verbrennung geschieht mittels einer Zündkerze 19. Die durch die Verbrennung erzeugte Antriebsenergie wird über eine Kurbelwelle 20 an den Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges (nicht dargestellt) übertragen. Dabei erfasst ein Drehzahlsensor 21 die Drehzahl der Kurbelwelle 20.
  • Die Brennkraftmaschine 1 weist ferner einen Temperatursensor 60 zur Erfassung der Temperatur im Ansaugtrakt 4 und einen Kühlmitteltemperatursensor 23 auf. Der Temperatursensor 60 kann dabei wahlweise an verschiedenen Positionen entlang des Ansaugtrakts 4 angeordnet sein, beispielsweise stromabwärts des Luftmassensensors 6 und stromaufwärts des Verdichters 50, Stromabwärts des Verdichters 50 und stromaufwärts der Drosselklappe 7 (wie in Figur 1), oder im Saugrohr 8.
  • Der Brennkraftmaschine 1 ist eine Steuervorrichtung 36 zugeordnet, in welcher kennfeldgesteuerte Motorsteuerungsfunktionen (KF1 bis KF5) softwaremäßig implementiert sind. Die Steuervorrichtung 36 ist mit sämtlichen Aktuatoren und Sensoren der Brennkraftmaschine 1 über Signal- und Datenleitungen verbunden. Konkret ist die Steuervorrichtung 36 unter anderem mit dem Temperatursensor 60, dem Luftmassensensor 6, der steuerbaren Drosselklappe 7, dem steuerbaren Abgasrückführventil 16, der Zündkerze 19, dem Kühlmitteltemperatursensor 23, dem Lambda-Sensor 14, dem Einspritzventil 18 und dem Drehzahlsensor 21 verbunden.
  • In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Steuern der Brennkraftmaschine 1 in Form eines Ablaufdiagramms dargestellt.
  • Das Verfahren wird in Schritt 200 beim Anlassen der Brennkraftmaschine 1 gestartet. Im Schritt 201 wird der Ausgangswert TIA des Temperatursensors 60 für die Temperatur im Ansaugtrakt 4 von der Steuervorrichtung 36 eingelesen. Gleichzeitig werden mehrere Korrekturgrößen K1, K2 bis Kn von der Steuervorrichtung ermittelt. Die Korrekturgrößen K1 bis Kn repräsentieren die Abweichung der Temperatur im Ansaugtrakt 4 von der Umgebungstemperatur in Abhängigkeit von beispielsweise der Drehzahl der Brennkraftmaschine 1, dem Luftmassenstrom im Ansaugtrakt 4, der Abgasrückführrate, im Falle einer aufgeladenen Brennkraftmaschine vom Ladedruck, dass heißt dem Druck im Ansaugtrakt 4 stromabwärts des Verdichters 50, von der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt), welches von der Brennkraftmaschine 1 angetrieben wird, oder von der Kühlmitteltemperatur. Diese Zustandsgrößen bzw. Betriebsgrößen führen durch Kühl- oder Heizeffekte zu einer Abweichung der Temperatur im Ansaugtrakt 4 von der Umgebungstemperatur. Die Korrekturfaktoren K1 bis Kn können beispielsweise in Form von Kennfeldern je nach ihrer Abhängigkeit bestimmt werden.
  • Im Schritt 202 wird der Rechenwert für die Umgebungstemperatur TAMCALC mit dem Ausgangswert TIA des Temperatursensors initialisiert und dann basierend auf dem ständig aktualisierten Sensorwert TIA und den Korrekturfaktoren K1 bis Kn berechnet. Die Berechnung von TAMCALC kann beispielsweise nach folgender Formel durchgeführt werden: TAM CALC = TIA + K 1 + K 2 + … + K n
    Figure imgb0001
  • Auch wenn in Gleichung 1 die Korrekturgrößen K1 bis Kn als Summanden auftreten, so können die Korrekturgrößen K1 bis Kn alternativ auch in Form von Faktoren berücksichtigt werden.
  • Die Schritte 201 und 202 werden des gesamten nachfolgenden Verfahrens im Hintergrund weiterhin durchgeführt, so dass die berechnete Umgebungstemperatur TAMCALC ständig aktualisiert und somit an sich ändernde Betriebsbedingungen angepasst wird.
  • Im Schritt 203 wird geprüft, ob eine erste Bedingung erfüllt ist. Wie weiter oben erläutert wurde, wird durch die Abfrage der ersten Bedingung geprüft, ob es sich um einen so genannten Warmstart oder einen so genannten Kaltstart der Brennkraftmaschine 1 handelt. Unter einem Kaltstart ist ein Start der Brennkraftmaschine 1 nach vollständiger Abkühlung der Brennkraftmaschine 1 zu verstehen. Im voll abgekühlten Zustand zeigen alle in der Brennkraftmaschine 1 verbauten Temperatursensoren die Umgebungstemperatur an. Bei einem Warmstart hingegen wird die Brennkraftmaschine 1 ausgehend von einem nicht vollständig abgekühlten Zustand aus gestartet. Wird beispielsweise die Brennkraftmaschine 1 nach längerem Betrieb abgestellt und nach kurzer Stillstandsdauer wieder gestartet, so konnte die Brennkraftmaschine 1 aufgrund ihrer Wärmespeicherfähigkeit noch nicht auf Umgebungstemperatur abkühlen.
  • Zur Überprüfung, ob ein Warmstart oder ein Kaltstart vorliegt, kann die erste Bedingung beispielsweise dann als erfüllt gelten, wenn die Brennkraftmaschine 1 kürzer als eine vorgegebene Zeitdauer abgestellt war. Alternativ dazu kann während der Stillstandsphase der Brennkraftmaschine 1 der Verlauf der Kühlmitteltemperatur verfolgt werden und ein Abkühlungsgradient berechnet werden. Je weiter sich der Wert der Kühlmitteltemperatur an den Wert der Umgebungstemperatur annähert, umso kleiner wird der Betrag des Gradienten der Abkühlung. Die erste Bedingung kann daher auch dann als erfüllt gelten, wenn der Betrag des Gradienten der Kühlmitteltemperatur noch größer ist als ein vorgegebener Gradientengrenzwert. In diesem Fall kann nämlich davon ausgegangen werden, dass die Kühlmitteltemperatur und die Umgebungstemperatur noch relativ weit auseinander liegen.
  • In dem Fall, dass die erste Bedingung nicht erfüllt ist, wird in Schritt 204 zur Steuerung der Brennkraftmaschine 1 unmittelbar ab dem Start der berechnete Wert für die Umgebungstemperatur TAMCALC verwendet. Dies ist daher zulässig, da bei einem Kaltstart die Brennkraftmaschine annähernd auf Umgebungstemperatur abgekühlt ist und daher der Ausgangswert TIA des Temperatursensors 60 annähernd der Umgebungstemperatur entspricht. Daher findet nach Initialisierung der berechneten Umgebungstemperatur TAMCALC mit dem Sensorwert TIA beim Übergang auf den berechneten TAMCALC für die Umgebungstemperatur keine sprunghafte Änderung statt. Dadurch wird auch kein unkomfortables Fahrverhalten der Brennkraftmaschine 1 verursacht.
  • In dem Fall, dass die erste Bedingung erfüllt ist, wird in Schritt 205 zunächst beim Start der Brennkraftmaschine der letzte berechnete Wert TAMold für die Umgebungstemperatur, welcher am Ende der vorhergehenden Betriebsphase der Brennkraftmaschine 1 abgespeichert wurde, zur Steuerung der Brennkraftmaschine 1 verwendet. Der Übergang von dem gespeicherten Wert TAMOLD zu dem aktuell im Hintergrund berechneten Wert TAMCALC kann dabei auf zwei alternativen Weisen geschehen:
  • Entweder wird wie im Schritt 206 gezeigt, der für die Steuerung der Brennkraftmaschine 1 verwendete Wert für die Umgebungstemperatur ausgehend von den abgespeicherten Wert TAMOLD über eine starke Filterung in den aktuell berechneten Wert TAMCALC überführt. Dadurch wird verhindert, dass sprunghafte Änderungen in der der Steuerung zugrunde gelegten Umgebungstemperatur stattfinden.
  • Alternativ dazu kann gemäß den Schritten 207 und 208 vorgegangen werden. Dazu wird in Schritt 207 zunächst geprüft, ob eine zweite Bedingung erfüllt ist. Durch die Abfrage einer zweiten Bedingung soll sichergestellt werden, dass die beim Betrieb der Brennkraftmaschine 1 wirkenden Kühl- und Heizeffekte, wie beispielsweise Fahrtluft, die Kühlmittelströmung, oder die Verbrennungswärme, gewisse Zeit auf die Brennkraftmaschine 1 einwirken konnten, so dass vergleichbare Betriebsbedingungen wie vor dem letzten Abstellen der Brennkraftmaschine 1 herrschen. Die zweite Bedingung kann daher beispielsweise dann als erfüllt gelten, wenn seit dem Start der Brennkraftmaschine eine vorgegebene Zeitdauer vergangen ist oder ein Kraftfahrzeug, welches von der Brennkraftmaschine angetrieben wird, eine vorgegebene Mindeststrecke zurückgelegt hat. Bei Nichterfüllung dieser Bedingung wird die Abfrage in Schritt 207 wiederholt.
  • Ist die zweite Bedingung erfüllt, so wird gemäß Schritt 208 von diesem Zeitpunkt an für die Steuerung der Brennkraftmaschine der berechnete Wert TAMCALC verwendet. Auch bei dieser Alternative sind keine relevanten Sprünge in der berechneten Umgebungstemperatur ausgehend vom Initialisierungswert zu erwarten.
  • Nach dem Ausschalten der Brennkraftmaschine in Schritt 209 wird der letzte aktuell berechnete Wert für die Umgebungstemperatur TAMCALC in der Steuervorrichtung abgespeichert. Dieser Wert beim nächsten Durchlauf des Verfahrens in den Schritten 205 und 206 als Wert TAMOLD verwendet. Das Verfahren wird dann gemäß Schritt 210 beim nächsten Start der Brennkraftmaschine wieder gestartet.
  • Auch wenn es sich im Ausführungsbeispiel der Figur 1 um eine aufgeladene Brennkraftmaschine 1 handelt, so ist das Verfahren auch auf einen Saugmotor anwendbar.
  • Die beschriebene Berechnung der Umgebungstemperatur ist auch auf Brennkraftmaschinen 1 anwendbar, welche über einen Sensor zur Erfassung der Umgebungstemperatur verfügen. In diesem Fall kann der berechnete Wert TAMcalc zur Plausibilisierung des Umgebungstemperatursensors herangezogen werden.

Claims (14)

  1. Verfahren zum Steuern einer Brennkraftmaschine (1) mit
    - einem Ansaugtrakt (4), über welchen einem Brennraum (40) der Brennkraftmaschine (1) Verbrennungsluft zugeführt wird,
    - einem Temperatursensor (60), mittels dem die Temperatur (TIA) im Ansaugtrakt (4) erfassbar ist,
    wobei gemäß dem Verfahren
    - die Temperatur im Ansaugtrakt (4) mittels des Temperatursensors (60) erfasst wird,
    - mindestens eine Korrekturgröße (K1 bis Kn) ermittelt wird,
    - die Umgebungstemperatur (TAMCALC) basierend auf der Temperatur (TIA) im Ansaugtrakt (4) und der mindestens einen Korrekturgröße (K1 bis Kn) berechnet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zumindest eine der Korrekturgrößen (K1 bis Kn) eine Abweichung der Temperatur (TIA) im Ansaugtrakt von der Umgebungstemperatur in Abhängigkeit von der Drehzahl der Brennkraftmaschine (1) repräsentiert.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zumindest eine der Korrekturgrößen (K1 bis Kn) eine Abweichung der Temperatur (TIA) im Ansaugtrakt (4) von der Umgebungstemperatur in Abhängigkeit vom Luftmassenstrom im Ansaugtrakt (4) repräsentiert.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zumindest eine der Korrekturgrößen (K1 bis Kn) eine Abweichung der Temperatur (TIA) im Ansaugtrakt (4) von der Umgebungstemperatur in Abhängigkeit einer Abgasrückführrate repräsentiert.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich um eine aufgeladene Brennkraftmaschine (1) handelt und zumindest eine der Korrekturgrößen (K1 bis Kn) eine Abweichung der. Temperatur (TIA) im Ansaugtrakt (4) von der Umgebungstemperatur in Abhängigkeit vom Druck in Ansaugtrakt (4) stromabwärts eines Verdichters (50) repräsentiert.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zumindest eine der Korrekturgrößen (K1 bis Kn) eine Abweichung der Temperatur (TIA) im Ansaugtrakt (4) von der Umgebungstemperatur in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit eines Kraftfahrzeugs, welches von der Brennkraftmaschine (1) angetrieben wird, repräsentiert.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zumindest eine der Korrekturgrößen (K1 bis Kn) eine Abweichung der Temperatur (TIA) im Ansaugtrakt (4) von der Umgebungstemperatur in Abhängigkeit von einer Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine (1) repräsentiert.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, wobei
    - vor dem Abschalten der Brennkraftmaschine (1) der letzte berechnete Wert (TAMold) für die Umgebungstemperatur abgespeichert wird,
    - beim darauf folgenden Start der Brennkraftmaschine (1) und bei Erfüllung einer ersten Bedingung zunächst der abgespeicherte Wert (TAMold) für die Umgebungstemperatur zur Steuerung der Brennkraftmaschine (1) verwendet wird und ein gefilterter Übergang zum aktuell berechneten Wert (TAMcalc) für die Umgebungstemperatur durchgeführt wird, und bei Nichterfüllung der ersten Bedingung der aktuell berechnete Wert (TAMcalc) für die Umgebungstemperatur zur Steuerung der Brennkraftmaschine (1) verwendet wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei
    - vor dem Abschalten der Brennkraftmaschine (1) der letzte berechnete Wert (TAMold) für die Umgebungstemperatur abgespeichert wird,
    - beim darauf folgenden Start der Brennkraftmaschine (1) und bei Erfüllung einer ersten Bedingung zunächst der abgespeicherte Wert (TAMold) für die Umgebungstemperatur zur Steuerung der Brennkraftmaschine (1) verwendet wird und ab der Erfüllung einer zweiten Bedingung die aktuell berechnete Umgebungstemperatur (TAMcalc) verwendet wird, und bei Nichterfüllung der zweiten Bedingung der aktuell berechnete Wert (TAMcalc) für die Umgebungstemperatur zur Steuerung der Brennkraftmaschine (1) verwendet wird.
  10. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die zweite Bedingung dann erfüllt ist, wenn seit dem Start der Brennkraftmaschine (1) eine vorgegebene Zeitdauer vergangen ist.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die zweite Bedingung dann erfüllt ist, wenn ein Kraftfahrzeug, welches von der Brennkraftmaschine (1) angetrieben wird, eine vorgegebene Mindeststrecke zurückgelegt hat.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 12, wobei die erste Bedingung dann erfüllt ist, wenn die Brennkraftmaschine (1) kürzer als eine vorgegebene Zeitdauer stillgestanden hat.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 12, wobei während der Stillstandsphase der Brennkraftmaschine (1) der Verlauf der Kühlmitteltemperatur abgespeichert wird und die erste Bedingung dann erfüllt ist, wenn der Betrag des Gradienten der Kühlmitteltemperatur größer ist als ein vorgegebener Gradientengrenzwert.
  14. Brennkraftmaschine (1) mit
    - einem Ansaugtrakt (4), über welchen einem Brennraum der Brennkraftmaschine (1) Verbrennungsluft zugeführt wird,
    - einem Temperatursensor (60), mittels dem die Temperatur (TIA) im Ansaugtrakt (4) erfassbar ist,
    - einer Steuervorrichtung (36) welche derart ausgebildet ist, dass zum Zwecke der Berechnung der Umgebungstemperatur (TAMcalc)
    o die Temperatur (TIA) im Ansaugtrakt (4) mittels des Temperatursensors (60) erfasst wird,
    o mindestens eine Korrekturgröße (K1 bis Kn) ermittelt wird,
    o die Umgebungstemperatur (TAMcalc) basierend auf der Temperatur (TIA) im Ansaugtrakt (4) und der mindestens einen Korrekturgröße (K1 bis Kn) berechnet wird.
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