DE4424811A1 - Verfahren zur Bildung eines simulierten Signals bezüglich einer Temperatur im Abgassystem einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren zur Bildung eines simulierten Signals bezüglich einer Temperatur im Abgassystem einer BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Bildung eines
simulierten Signals bezüglich einer Temperatur im Abgas
system eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des An
spruchs 1 und einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfah
rens.
Aus der nicht vorveröffentlichten DE 43 38 342 sind ein Ver
fahren und eine Vorrichtung zur Bildung eines simulierten
Signals bezüglich der Abgas-, der Abgassonden- oder der Ka
talysatortemperatur bekannt. Bei dem bekannten Verfahren ist
es vorgesehen, mit einer Kennlinie eine stationäre Abgas
temperatur zu ermitteln. Mit Hilfe eines ersten Filters wird
ausgehend von der stationären Abgastemperatur der zeitliche
Verlauf der Abgastemperatur stromauf des Katalysators nach
gebildet. Mit Hilfe eines zweiten Filters kann weiterhin die
Temperatur des Katalysators ermittelt werden.
Die Erfindung stellt eine Weiterbildung des bekannten Ver
fahrens dar. Ein wesentlicher Unterschied zum bekannten Ver
fahren besteht darin, daß bei der Nachbildung des zeitlichen
Verlaufs der Abgastemperatur ausgehend von der stationären
Abgastemperatur eine Aufspaltung in einen schnellen und ei
nen langsamen Anteil erfolgt, die getrennt weiterverarbeitet
werden und anschließend wieder überlagert werden. Weiterhin
ist bei der Erfindung als zusätzlicher Einflußfaktor eine
fahrgeschwindigkeitsabhängige Abkühlung der Abgase vorgese
hen.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, daß der
zeitliche Verlauf einer Temperatur im Abgassystem eines
Kraftfahrzeugs sehr genau nachgebildet werden kann, ohne daß
es dazu eines Abgastemperatursensors bedarf. Dies wird ins
besondere dadurch erreicht, daß ausgehend von einem Signal
für eine stationäre Abgastemperatur, das mit einer Kennlinie
oder einem Kennfeld ermittelt wird, ein Signal für einen
langsamen Anteil und ein Signal für einen schnellen Anteil
an der Abgastemperatur gebildet werden und diese beiden
Signale zu einem Signal überlagert werden, das die Abgas
temperatur auch bei instationären Betriebsbedingungen sehr
genau angibt.
Besonders vorteilhaft ist, daß das Signal für den schnellen
Anteil und das Signal für den langsamen Anteil vor der Über
lagerung mit vorgebbaren Gewichtsfaktoren verknüpfbar sind.
Dadurch kann dem unterschiedlich starken Einfluß der beiden
Anteile auf die Abgastemperatur Rechnung getragen werden. Da
dieser Einfluß vom Gasdurchsatz durch die Brennkraftmaschine
abhängt, ist es vorteilhaft, die Gewichtsfaktoren abhängig
vom Gasdurchsatz durch die Brennkraftmaschine vorzugeben.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird au
ßerdem die kühlende Wirkung des Fahrtwindes auf das Abgas
system berücksichtigt, indem das Signal für den langsamen
Anteil von einem Korrekturwert beeinflußbar ist, der abhän
gig von der Fahrzeuggeschwindigkeit vorgebbar ist.
Das Signal für den schnellen Anteil und das Signal für den
langsamen Anteil können ohne großen Aufwand durch Filterung
des Signals für die stationäre Abgastemperatur ermittelt
werden. Dabei wird zur Ermittlung des Signals für den
schnellen Anteil ein Filter mit geringerer Filterwirkung
eingesetzt als zur Ermittlung des Signals für den langsamen
Anteil. Eine besonders hohe Genauigkeit kann dadurch er
reicht werden, daß die Filterwirkung abhängig vom Gasdurch
satz durch die Brennkraftmaschine vorgebbar ist.
In der bevorzugten Ausführungsform sind die Filter als Tief
paß-Filter realisiert, wobei zur Ermittlung des Signals für
den schnellen Anteil ein Tiefpaß-Filter mit einer kleineren
Zeitkonstante eingesetzt wird als zur Ermittlung des 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 angege
ben werden.
Aus dem Signal für die Abgastemperatur kann wenigstens ein
Signal für eine weitere Temperatur im Abgassystem der Brenn
kraftmaschine ermittelt werden, beispielsweise die Tempera
tur eines Katalysators oder die Temperatur einer Abgassonde
stromauf oder stromab des Katalysators usw.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung
dargestellten Ausführungsbeispiele erläutert.
Es zeigen
Fig. 1 das technische Umfeld, in dem die Erfindung einge
setzt werden kann,
Fig. 2 eine Prinzipdarstellung der Erfindung und
Fig. 3 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels der
Erfindung.
Fig. 1 zeigt das technische Umfeld, in dem die Erfindung
eingesetzt werden kann. Einer Brennkraftmaschine 100 wird
über einen Ansaugtrakt 102 Luft/Kraftstoff-Gemisch zugeführt
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 Öffnungs
winkels der Drosselklappe 108 und eine oder mehrere Ein
spritzdüsen 112 angebracht. Im Abgaskanal 104 sind - in
Stromrichtung des Abgases gesehen - eine erste Abgassonde
114, ein Katalysator 116 und eine zweite Abgassonde 118 an
geordnet. An der Brennkraftmaschine 100 sind ein Drehzahl
sensor 120 und ein Temperatursensor 121 angebracht. Weiter
hin besitzt die Brennkraftmaschine 100 beispielsweise vier
Zündkerzen 122 zur Zündung des Luft/Kraftstoff-Gemisches in
den Zylindern. Die Ausgangssignale mL des Luftmengenmessers
oder Luftmassenmessers 106, α des Sensors 110 zur Erfassung
des Öffnungswinkels der Drosselklappe 108, λ1 der ersten Ab
gassonde 114, λ2 der zweiten Abgassonde 118, n des Drehzahl
sensors 120 und TBKM des Temperatursensors 121 werden einem
zentralen Steuergerät 124 über entsprechende Verbindungslei
tungen zugeführt. Das Steuergerät 124 wertet die Sensor
signale aus und steuert über weitere Verbindungsleitungen
die Einspritzdüse bzw. die Einspritzdüsen 112 und die Zünd
kerzen 122 an.
Fig. 2 zeigt eine Prinzipdarstellung der Erfindung. Ein
Block 200 gibt ein Signal TStat für eine stationäre Abgas
temperatur 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 Brenn
kraftmaschine 100 ausreichend lange beibehalten wird, d. h.
wenn ein stationärer Betriebszustand vorliegt. In der Praxis
kommt es allerdings sehr häufig vor, daß sich der Betriebs
zustand der Brennkraftmaschine 100 ändert, beispielsweise
beim Beschleunigen, d. h. die Brennkraftmaschine 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 mög
lichst genaue Nachbildung der tatsächlichen Abgastemperatur
zu erreichen, schließen sich bei der Erfindung an die Erzeu
gung des Signals TStat mittels des Blocks 200 weitere Bear
beitungsschritte an. Zur Durchführung dieser Bearbeitungs
schritte wird das Signal TStat sowohl in einen Block 202 als
auch in einen Block 204 eingespeist. Im Block 202 werden die
Einflußgrößen berücksichtigt, die sich schnell, d. h. ohne
nennenswerte zeitliche Verzögerung, auf die Abgastemperatur
auswirken. Beispielsweise folgt der Verbrennungsprozeß in
der Verbrennungsmaschine bei dem die Abgase erzeugt werden,
schnell den sich verändernden Betriebsbedingungen und wirkt
sich auch unmittelbar auf die Abgastemperatur aus. Im Block
204 werden die Einflußgrößen berücksichtigt, die sich lang
sam, d. h. mit einer gewissen zeitlichen Verzögerung, auf die
Abgastemperatur auswirken. Hierzu gehört beispielsweise die
Temperatur des Abgaskanals 104 oder anderer Komponenten, die
mit dem Abgas in thermischem Kontakt stehen.
Der Block 202 gibt ein Signal TAbgS aus, das einen schnellen
Anteil der Abgastemperatur repräsentiert und der Block 204
gibt ein Signal TAbgL aus, das einen langsamen Anteil der
Abgastemperatur repräsentiert. Das Signal TAbgS und das
Signal TAbgL werden in je einen Eingang eines Blocks 206
eingespeist. Der Block 206 dient dazu, die beiden eingespei
sten Signale TAbgS und TAbgL zu einem Signal TAbg für die
Abgastemperatur zu überlagern. Bei dieser Überlagerung kön
nen die beiden Signale TAbgS und TAbgL unterschiedlich ge
wichtet werden. Einzelheiten hierzu sind in Fig. 3 darge
stellt und im zugehörigen Text beschrieben.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, das
Signal TStat für die stationäre Abgastemperatur zu den
Signalen TAbgS und TAbgL für den schnellen und den langsamen
Anteil an der Abgastemperatur weiter zu verarbeiten und die
Signale TAbgS und TAbgL mit einer vorgebbaren Gewichtung zum
Signal TAbg für die Abgastemperatur zu überlagern.
Fig. 3 zeigt ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung. Das Signal TStat für die stationäre Abgas
temperatur wird mit Hilfe einer Kennlinie bzw. eines Kenn
felds 300 erzeugt. Die Kennlinie bzw. das Kennfeld 300 ent
spricht dem Block 200 aus Fig. 2. In den Eingang der Kenn
linie 300 wird ein Signal mL für den Luftmassenstrom einge
speist, 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 al
ternative Verwendung der Signale mL bzw. n und tL ist auch
bei anderen Funktionseinheiten der Fig. 3 möglich, die im
folgenden noch beschrieben werden. Prinzipiell sind als Ein
gangssignale für die Kennlinie bzw. das Kennfeld 300 alle
Signale geeignet, die den Gasdurchsatz durch die Brennkraft
maschine 100 angeben. Dies gilt auch für andere Funktions
einheiten, 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 Ein
gang eines Filters 304 verbunden, d. h. das Signal TStat wird
sowohl in das Filter 302 als auch in das Filter 304 einge
speist. 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 unterschiedliche Zeitkonstanten, die zudem jeweils
vom Signal mL abhängen können, das in je einen zweiten Ein
gang 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 Tiefpaß
filter durch eine kleine Zeitkonstante erreicht. Umgekehrt
besitzt das Filter 304 ein langsames Zeitverhalten und somit
eine große Filterwirkung, was im Falle eines Tiefpaßfilters
durch eine große Zeitkonstante erreicht wird. Das Filter 304
stellt am Ausgang das Signal TAbgL für den langsamen Anteil
der Abgastemperatur bereit.
Vor der bereits im Text zu Fig. 2 angesprochenen Überlage
rung der Signale TAbgS und TAbgL werden diese noch mit Ge
wichtsfaktoren 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 zuge
führt und dort mit dem Signal TAbgS verknüpft, das ebenfalls
dem Verknüpfungspunkt 308 zugeführt wird. Weiterhin wird der
Gewichtsfaktor GS einem Verknüpfungspunkt 310 zugeführt und
dort vom Wert 1 subtrahiert, der dem Verknüpfungspunkt 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
Signal TAbgL verknüpft, das dem Verknüpfungspunkt 314 vom
Filter 304 zugeführt wird. Der Ausgang des Verknüpfungspunk
tes 314 ist mit einem ersten Eingang eines Verknüpfungspunk
tes 316 verbunden an dessen zweitem Eingang ein fahrzeugge
schwindigkeitsabhängiger Korrekturwert KV anliegt. Der Kor
rekturwert KV wird aus einer Kennlinie 318 ausgelesen, an
deren Eingang die Fahrzeuggeschwindigkeit v anliegt. Der
fahrzeuggeschwindigkeitsabhängige Korrekturwert KV ist
optional und kann je nach Ausführungsbeispiel auch entfal
len.
Der Ausgang des Verknüpfungspunktes 316 ist mit einem ersten
Eingang eines Verknüpfungspunktes 320 verbunden, dessen
zweiter Eingang mit dem Ausgang des Verknüpfungspunktes 308
verbunden ist. Im Verknüpfungspunkt 320 findet die Überlage
rung der gewichteten und ggf. in Abhängigkeit von der Fahr
zeuggeschwindigkeit korrigierten Signale TAbgS und TAbgL zum
Signal TAbg für die Abgastemperatur statt. Das Signal TAbg
wird am Ausgang des Verknüpfungspunktes 320 für Funktions
blöcke bereitgestellt die dieses Signal als Eingangsgröße
benötigen.
Weiterhin wird in dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungs
beispiel das Signal TAbg in ein Filter 322 eingespeist, das
das dynamische Verhalten des Katalysators 116 repräsentiert,
so daß am Ausgang des Filters 322 ein Signal TKat für die
Temperatur des Katalysators abgegriffen werden kann. Das
Filter 322 kann als Tiefpaßfilter realisiert sein und eine
Zeitkonstante besitzen, die vom Signal mL bzw. von den
Signalen n und tL abhängt. Statt des Filters 322 oder zu
sätzlich zum Filter 322 kann auch ein Funktionsblock vorhan
den sein, der ausgehend vom Signal TAbg für die Abgastempe
ratur oder vom Signal TKat für die Temperatur des Katalysa
tors 116 ein Signal für die Temperatur der Abgassonde 114
oder der Abgassonde 118 erzeugt. Allgemein läßt sich sagen,
daß das Signal TAbg für die Abgastemperatur zur Ermittlung
weiterer Signale für Temperaturen im Abgassystem herangezo
gen werden kann.
Weiterhin ist in Fig. 3 noch eine aus der DE 43 38 342 be
reits bekannte und dort auch detailliert beschriebene Tau
punktendeerkennung in Form eines Blocks 324 schematisch dar
gestellt. Der Block 324 liefert ein Signal TP an die Filter
302, 304 und 322 und bewirkt über dieses Signal, daß die
Ausgangssignale der Filter auf vorgebbare Werte begrenzt
werden, solange mit Flüssigkeit in dem Bereich des Abgassy
stems zu rechnen ist, der dem jeweiligen Filter zugeordnet
ist. Dabei kann den drei Filtern jeweils eine unterschiedli
che 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 wieder
um 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 Abgassystem eines Kraftfahrzeugs, da
durch gekennzeichnet, daß ausgehend von einem Signal (TStat)
für eine stationäre Abgastemperatur ein Signal (TAbgS) für
einen schnellen Anteil und ein Signal (TAbgL) für einen
langsamen Anteil an der Abgastemperatur ermittelt werden und
anschließend die Signale (TAbgS, TAbgL) für den schnellen
und den langsamen Anteil zu einem Signal (TAbg) für die Ab
gastemperatur überlagert werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Signal (TAbgS) für den schnellen Anteil und das Signal
(TAbgL) für den langsamen Anteil 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 vor
gebbar sind.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das Signal (TAbgL) für den langsa
men Anteil von einem Korrekturwert (KV) beeinflußbar ist,
der abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit (v) vorgebbar
ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß das Signal (TAbgS) für den schnel
len Anteil und das Signal (TAbgL) für den langsamen Anteil
durch Filterung des Signals (TStat) für die stationäre Ab
gastemperatur ermittelt werden.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß
bei der Ermittlung des Signals (TAbgS) für den schnellen An
teil ein Filter mit geringerer Filterwirkung eingesetzt wird
als bei der Ermittlung des Signals (TAbgL) für den langsamen
Anteil.
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 ge
kennzeichnet, daß die Filter als Tiefpaß-Filter (302, 304)
realisiert sind, wobei zur Ermittlung des Signals (TAbgS)
für den schnellen Anteil ein Tiefpaß-Filter (302) mit einer
kleineren Zeitkonstante eingesetzt wird als zur Ermittlung
des Signals (TAbgL) für den langsamen Anteil.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Gasdurchsatz durch die Brennkraftma
schine (100) durch ein Signal (mL) für den Luftmassenstrom
oder durch Signale für die Last (tL) und die Drehzahl (n)
angegeben wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, da
durch gekennzeichnet, daß aus dem Signal (TAbg) für die Ab
gastemperatur wenigstens ein Signal (TKat) für eine weitere
Temperatur im Abgassystem der Brennkraftmaschine (100) er
mittelbar ist.
11. Vorrichtung zur Bildung eines simulierten Signals bezüg
lich einer Temperatur im Abgassystem eines Kraftfahrzeugs,
dadurch gekennzeichnet, daß
- - erste Mittel (200) vorgesehen sind zur Bildung eines Signals (TStat) für eine stationäre Abgastemperatur, - zweite Mittel (202) zur Ermittlung eins Signal (TAbgS) für einen schnellen Anteil an der Abgastemperatur ausgehend vom Signal (TStat) für die stationäre Abgastemperatur,
- - dritte Mittel (204) zur Ermittlung eins Signals (TAbgL) für einen langsamen Anteil an der Abgastemperatur ausgehend vom Signal (TStat) für die stationäre Abgastemperatur und - vierte Mittel (206) zur Überlagerung der Signale (TAbgS, TAbgL) für den schnellen und den langsamen Anteil zu einem Signal (TAbg) für die Abgastemperatur.
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