DE102014010025B3

DE102014010025B3 - Verfahren zur Bestimmung einer Motortemperatur eines Verbrennungsmotors und Motorsteuergerät

Info

Publication number: DE102014010025B3
Application number: DE102014010025.1A
Authority: DE
Inventors: Holger Herrmann; Timo Pöttker; Werner Lochmeyer; Harald Weishaupt
Original assignee: MTU Friedrichshafen GmbH
Current assignee: Rolls Royce Solutions GmbH
Priority date: 2014-07-07
Filing date: 2014-07-07
Publication date: 2015-12-17
Anticipated expiration: 2034-07-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Motortemperatur eines Verbrennungsmotors, mit den Verfahrensschritten: Messen einer Temperatur eines Kühlmittels oder eines Motoröls des Verbrennungsmotors, Bestimmen eines Startkoeffizienten gleichzeitig oder in kurzem zeitlichen Abstand, Vergleichen eines aus der Temperatur des Kühlmittels und dem Startkoeffizienten gebildeten Wertepaars mit einem Vergleichswertepaar und Bestimmen einer Differenz. Ist die Differenz größer als ein Toleranzwert, so wird die Motortemperatur mittels des Startkoeffizienten bestimmt. Ist die Differenz kleiner oder gleich dem Toleranzwert, so wird die gemessene Temperatur (T) des Kühlmittels oder des Motoröls als Motortemperatur abgespeichert und/oder ausgegeben. Ferner betrifft die Erfindung ein Motorsteuergerät, welches dazu ausgelegt ist, das Verfahren auszuführen.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Motortemperatur eines Verbrennungsmotors sowie Steuergerät, mit welchem das Verfahren ausführbar ist.
STAND DER TECHNIK
Die Startdauer bzw. die Startfähigkeit eines Dieselmotors hängt kritisch von der Motortemperatur und der Einspritzmenge des Kraftstoffs ab, da diese sich direkt auf die Qualität der Verbrennung auswirken. Um die Startdauer zu verringern bzw. das Starten auch bei Temperaturen zu ermöglichen, die deutlich unterhalb der Betriebstemperatur des Motors liegen, muss die Einspritzmenge mit der Motortemperatur abgestimmt werden.
Die Motortemperatur wird häufig durch Messung der Kühlmitteltemperatur der Motorkühlung bestimmt. Dies funktioniert allerdings nur bei gleichmäßig kalten oder bei durch den Betrieb selbst erwärmten Motoren zuverlässig. Wird der Motor vorgewärmt, so weicht die Temperatur des Kühlmittels zum Zeitpunkt des gewünschten Startens in der Regel sehr deutlich von der Temperatur des Motoröls und/oder der Verbrennungsluft ab. Eine anhand der Kühlmitteltemperatur berechnete Einspritzmenge würde in diesem Fall nicht zu einer optimalen Einspritzmenge und entsprechend auch nicht zu optimalen Verbrennungsprozessen im Motor und zu möglichst geringen Rohemissionen des Motors führen.
Eine Maßnahme zur Verbesserung der Startqualität ist aus der nachveröffentlichten DE 10 2013 205 219 A1 bekannt, bei der das Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit einer die Startqualität repräsentierenden Größe angepasst wird. Als repräsentierende Größen sind die Drehzahlerhöhung pro Verbrennungszyklus, die Batteriespannung und temperaturabhängige Drehzahlgrenzwerte benannt. So wird zum Beispiel das Verdichtungsverhältnis vergrößert, wenn die Motordrehzahl beim Hochlauf einen Grenzwert übersteigt (Startüberschwinger).
Aus der DE 10 2007 043 493 A1 ist ein Überwachungsverfahren für ein Hybridfahrzeug bekannt, bei dem die Temperatur des Verbrennungsmotors und die Temperatur der elektrischen Maschine miteinander verglichen werden. Beispielsweise wird davon ausgegangen, dass nach Abschalten des Verbrennungsmotors die Temperaturen der beiden Einheiten sich annähern. Liegen hingegen die Temperaturen unzulässig weit auseinander, so wird eine Fehlermeldung erzeugt. Präzisiert wird das Überwachungsverfahren, indem die Temperaturdifferenz des Verbrennungsmotors zu elektrischer Maschine berechnet und mit einer Kennlinie verglichen wird, wobei die Kennlinie aus in der Vergangenheit zurück liegenden Temperaturdifferenzwerten gebildet wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine entsprechende Motorsteuerung zur möglichst einfachen und zuverlässigen Bestimmung der Temperatur eines Verbrennungsmotors bereitzustellen, um eine möglichst optimale Einspritzmenge bestimmen zu können, unabhängig davon, ob der Motor bei einer deutlich unter Betriebstemperatur liegenden Temperatur oder in einem vorgeheizten Zustand gestartet bzw. betrieben wird.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Vorheizen oder ein unplausibler Messwert eines Temperatursensors erkannt und für diesen Fall eine andere Methode der Temperaturbestimmung des Motors verwendet wird.
Hierfür sieht das erfindungsgemäße Verfahren zur Bestimmung einer Temperatur eines Verbrennungsmotors folgende Verfahrensschritte vor: Eine Temperatur eines Kühlmittels oder eines Motoröls des Verbrennungsmotors wird gemessen und gleichzeitig oder in kurzem zeitlichen Abstand wird ein Startkoeffizient bestimmt. Aus der Temperatur des Kühlmittels und dem Startkoeffizient wird ein Wertepaar gebildet, mit einem Vergleichswertepaar verglichen und eine Differenz bestimmt. Ist die bestimmte Differenz größer als ein Toleranzwert, so wird die Motortemperatur mittels des Startkoeffizienten bestimmt. Ist die bestimmte Differenz kleiner oder gleich dem Toleranzwert, so wird die gemessene Kühlmitteltemperatur als Motortemperatur abgespeichert und/oder ausgegeben.
Die Temperatur des Kühlmittels oder des Motoröls eines Verbrennungsmotors wird von einer Motorsteuerung des Motors häufig zur Berechnung der Vorglühdauer und/oder der Einspritzmenge und/oder des Einspritzzeitpunkts genutzt. Motoren verfügen daher typischerweise über einen entsprechenden Temperatursensor. Die Kühlmitteltemperatur oder die Motoröltemperatur stellt für den Fall eines nicht vorgeheizten Motors sowie während des Motorbetriebs eine sehr verlässliche Größe dar, um eine optimale Einspritzmenge zu berechnen, da sie die zur Berechnung notwendige Temperatur des Motors sehr gut abbildet.
Erfindungsgemäß wird die Messung der Temperatur des Kühlmittels oder des Motoröls mit der Bestimmung eines Startkoeffizienten kombiniert, um den Fall eines vorgeheizten Motors oder eines fehlerhaften Messwerts des Temperatursensors zu erkennen und für diesen Fall eine alternative Größe zur Bestimmung der tatsächlichen Temperatur des Motors, nämlich den Startkoeffizienten selbst, bereitzustellen. Hierdurch kann insbesondere sichergestellt werden, dass immer auf einen optimalen Temperaturwert, beispielsweise zur Berechnung der Einspritzmenge, zurückgegriffen wird, wodurch die Qualität der Verbrennung erhöht und Emissionen, wie nicht verbrannte Kohlenstoffe, reduziert werden. Ferner kann die Startzeit des Verbrennungsmotors verkürzt werden.
Der Startkoeffizient bildet den Zustand des Motors hinsichtlich seiner Temperatur ab. Ist der Motor mittels eines Mediums vorgewärmt, während andere Medien, z. B. Verbrennungsluft, Motoröl, Kraftstoff etc., noch niedrigere Temperaturen aufweisen, wird der Vergleich des gebildeten Wertepaars mit dem Vergleichswertepaar außerhalb der Toleranz liegen und der vorgeheizte Zustand wird erkannt. Für diesen Fall stimmt die gemessene Temperatur des Kühlmittels oder des Motoröls nicht mit der tatsächlichen Temperatur des Motors überein. Für diesen Fall wird der Startkoeffizient selbst als Wert für die Motortemperatur verwendet.
Die Vergleichswertepaare können beispielsweise in einer Datenbank bzw. Tabelle vorliegen, auf welche eine Steuereinheit des Motors zugreifen kann.
Weitere Hardware ist zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens nicht erforderlich.
Vorteilhafterweise werden zur Bestimmung des Startkoeffizienten die Versorgungsspannung des Verbrennungsmotors vor einer Motorstartanforderung, die Versorgungsspannung sowie die Drehzahl des Verbrennungsmotors im Leerlauf nach Betätigen eines Starters gemessen und korreliert.
Das Verhältnis von Drehzahl zu Versorgungsspannung eines Verbrennungsmotors nach einer Startanforderung, das auch als Leerdrehquotient bezeichnet werden kann, zeigt einen ähnlichen Verlauf wie die Temperatur des Kühlmittels des Verbrennungsmotors. Deutliche Abweichungen treten bei vergleichbarer Spannungsversorgung nur für den Fall eines Vorheizprozesses auf. Wird der Motor vorgewärmt, so kann nämlich die Kühlmitteltemperatur deutlich von der realen Temperatur im Motor abweichen. In diesem Fall bietet das Verhältnis aus Drehzahl und Versorgungsspannung eine verlässlichere Größe.
Der Leerdrehkoeffizient könnte auch direkt bzw. immer als Maß für die Temperatur des Motors bzw. zur Berechnung der Motortemperatur bei oder vor einem Motorstart herangezogen werden. Wird nicht vorgeheizt, ist allerdings die Temperatur des Kühlmittels oder des Motoröls ein genaueres Maß für die Motortemperatur und führt daher zu genaueren Temperaturwerten. Da die Kühlmitteltemperatur typischerweise überwacht wird, ist es zumindest während des Motorbetriebs somit zu bevorzugen, zur Berechnung der Einspritzmenge auf diese Messwerte zurückzugreifen.
Um Leistungseinbrüche oder sonstige Fehlleistungen der Spannungsversorgung, z. B. der Starterbatterie, zu erkennen bzw. sicherzustellen, dass diese den Startkoeffizienten nicht verfälschen, berücksichtigt der Startkoeffizient zusätzlich zu dem Verhältnis aus Versorgungsspannung und Drehzahl beim Start bzw. nach der Motorstartanforderung auch noch die Versorgungsspannung des Motors vor der Motorstartanforderung.
Da beispielsweise die Motorsteuerung typischerweise sowohl die Versorgungsspannung als auch die Drehzahl misst bzw. überwacht, sind zur Bestimmung des Startkoeffizienten keine weiteren Sensoren notwendig. Die Motordrehzahl ist beispielsweise wesentlich für die Bestimmung des Betriebszustands und die Überwachung des Motors, während die Spannung beispielsweise überwacht wird, um Ausfälle von Steuergeräten, Aktuatoren, Sensoren etc. erkennen zu können. Somit entstehen keine weiteren Kosten. Auch das Risiko von Ausfällen bzw. zusätzliche Wartungen für einen zusätzlichen Sensor entfallen.
Vorteilhafterweise wird die ermittelte Motortemperatur zur Berechnung der Einspritzmenge verwendet. Das Berechnen einer optimalen Einspritzmenge ist wesentlich für optimale Verbrennungsprozesse im Motor, wodurch insbesondere Rohemissionen wie auch die Startzeit des Motors verringert werden können. Wesentlich zur Berechnung der Einspritzmenge ist die tatsächliche Temperatur des Motors. Durch die Verbesserung der Temperaturbestimmung ermöglicht es das erfindungsgemäße Verfahren optimale Einspritzmengen zu berechnen.
Weiterhin betrifft die Erfindung eine Motorsteuerung für einen Verbrennungsmotor, mit der das im Vorhergehenden beschriebene Verfahren ausführbar ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen:
1 schematisch das Verhältnis von Kühlmitteltemperatur und Startkoeffizient,
2 schematisch einen Motor mit einem Motorsteuergerät,
3 schematisch das Starten eines Verbrennungsmotors.
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
In dem in 1 dargestellten Diagramm ist ein Startkoeffizient S für einen nicht vorgewärmten Verbrennungsmotor (Punkte) im Verhältnis zur Temperatur T eines Kühlmittels des Verbrennungsmotors (Rechtecke) aufgetragen. Die Kühlmitteltemperatur T wird jeweils mittels eines Kühlmitteltemperatursensors ermittelt. Zu jeder gemessenen Kühlmitteltemperatur T wird ein Startkoeffizient S bestimmt. Hierzu wird die eingestellte Drehzahl n1 des Motors zu einem Zeitpunkt t1 kurz nach Losdrehen eines Starters zum Zeitpunkt t0 aufgezeichnet und die dazugehörige Versorgungsspannung U1 des Motors erfasst. Zur Normierung dieser Größen wird ferner die Versorgungsspannung U0 des Motors noch vor der Startanforderung ermittelt und zur Nennspannung ins Verhältnis gesetzt, um gegebenenfalls einen niedrigen Ladezustand einer Spannungsversorgung, z. B. eines Akkumulators, zu berücksichtigen: S = U0/UNenn·n1/U1
Der Startvorgang bzw. der Verlauf der wesentlichen Größen beim Start des Verbrennungsmotors ist beispielhaft in 3 skizziert.
Die im Diagramm der 1 dargestellten Werte können beispielsweise als Vergleichswertepaare in einer Datenbank abgespeichert werden und zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens herangezogen werden.
In 2 ist schematisch ein Motorsteuergerät 1 dargestellt, welches mittels eines Kühlmitteltemperatursensors 2, die Temperatur eines Kühlmittels eines Verbrennungsmotors 3 erfassen kann. Mittels eines Sensors 4 kann das Motorsteuergerät 1 die Drehzahl n des Verbrennungsmotors 3 erfassen. Ferner kann das Motorsteuergerät 1 mittels eines Sensors 5 die Versorgungsspannung U des Verbrennungsmotors 3 durch eine Spannungsversorgung 6, z. B. ein Akkumulator, auch Starterbatterie genannt, erfassen.
Erfindungsgemäß wird die Versorgungsspannung U des Verbrennungsmotors 3 einmal vor einer Motorstartanfrage, also im ausgeschalteten Zustand als Versorgungsspannung U0 erfasst. Nach einer Motorstartanfrage, beispielsweise durch Betätigen eines Starters, wird ferner zu einer eingestellten und erfassten Drehzahl n1 des Motors nach Losdrehen des Starters im Leerlauf die Versorgungsspannung U1 erfasst.

Claims

Verfahren zur Bestimmung einer Motortemperatur eines Verbrennungsmotors (3), dadurch gekennzeichnet, – dass ein Startkoeffizient (S) bestimmt wird, – dass gleichzeitig oder in kurzem zeitlichen Abstand eine Temperatur (T) eines Kühlmittels oder eines Motoröls des Verbrennungsmotors (3) gemessen wird, – dass ein aus der Temperatur (T) des Kühlmittels und dem Startkoeffizient (S) gebildetes Wertepaar mit einem Vergleichswertepaar verglichen und eine Differenz bestimmt wird, – wobei bei einer Differenz, die größer als ein Toleranzwert ist, die Motortemperatur mittels des Startkoeffizienten (S) bestimmt wird und – wobei bei einer Differenz, die kleiner oder gleich dem Toleranzwert ist, die gemessene Temperatur (T) des Kühlmittels oder des Motoröls als Motortemperatur abgespeichert und/oder ausgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Startkoeffizienten (S) die Versorgungsspannung (U0) des Verbrennungsmotors (3) vor einer Motorstartanforderung, die Versorgungsspannung (U1) sowie die Drehzahl (n1) des Verbrennungsmotors (3) nach Betätigen eines Starters gemessen und korreliert werden.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die ermittelte Motortemperatur zur Berechnung der Einspritzmenge verwendet wird.
Motorsteuergerät (1) für einen Verbrennungsmotor (3), dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Motorsteuergerät (1) ein Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausführbar ist.