DE10120968C2 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Temperatursensors einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Verfahren und Schaltungsanordnung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Temperatursensors einer BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines
Temperatursensors einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges
sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens. Die wach
sende Abhängigkeit grundlegender Funktionen in Kraftfahrzeugen, wie beispiels
weise Klopfregelung, Zündung, Einspritzung, von elektronischen Steuersystemen
stellt höchste Anforderungen an deren Zuverlässigkeit und macht Notlauf-
Programme für den Fehlerfall erforderlich. Deshalb gehört eine Eigendiagnose zur
Grundfunktion moderner durch Mikroprozessoren gesteuerter Systeme. Aufgabe
der Eigendiagnose derartiger Steuersysteme ist es, Fehler zu erkennen und dia
gnostisch auszuwerten, gefährdete Komponenten durch geeignete Notlaufpro
gramme zu schützen sowie eventuelle Ersatzgrößen für einen Notlauf bereitzustel
len und eine Fehlermeldung an den Fahrer zu übermitteln.
Bei Sensoren ist es üblich, aus den Sensorsignalen in einer Auswerteschaltung
Referenzwerte (z. B. den Sensorsignalen proportionale Spannungs- oder Strom
werte) zu bestimmen und diese mit Hilfe von Grenzwerten auf Plausibilität zu prü
fen. Je nach Art des Sensors wird bei Über- oder Unterschreiten des Grenzwertes
über mehrere Messzyklen hinweg eine Fehlfunktion des Sensors diagnostiziert.
Vielfach werden als Temperatursensoren Thermistoren eingesetzt. Ein Thermistor
ist ein negativer Widerstand, dessen Widerstandswert sich bei wachsender Tempe
ratur vermindert. Ein plausibler Bereich für Spannungswerte eines Thermistors bei
der Messung der Temperatur des Kühlwassers einer Brennkraftmaschine liegt
zwischen 4,7 und 0,1 Volt. Wird aber der Thermistor durch einen Schaden kurzge
schlossen oder von dem Stromkreis abgetrennt, so kann an dem mit dem Ther
mistor verbundenen Spannungsteiler eine unterhalb von 0,1 Volt oder oberhalb von
4,7 Volt liegende Spannung gemessen werden, die einen Ausfall des Temperatur
sensors anzeigt. Darüber hinaus kann es bei Spannungswerten, die innerhalb des
plausiblen Bereiches liegen jedoch vorkommen, dass die angezeigte Temperatur
stark von der tatsächlichen Temperatur des Motors bzw. des Kühlwassers abweicht.
Dies kann dadurch geschehen, dass der Thermistor "hängt", das heißt der Wider
standswert des Sensors ändert sich nicht oder nur kaum mit der sich ändernden
Temperatur des Motors bzw. Kühlwassers. Hierdurch kann die Steuerung des Mo
tors fehlerhafte Stellwerte ermitteln, die zur Beschädigung bzw. Stillstand des Mo
tors führen können.
Aus der Druckschrift DE 198 29 622 A1 ist ein Verfahren zum Überwachen der Funkti
on eines Sensors in einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges und ein nach
diesem Verfahren arbeitendes elektronisches Steuergerät bekannt. Dort werden aus
den Ausgangssignalen Sensordifferenzwerte erzeugt und wird aus einer größeren
Anzahl von Referenzwerten ein gleitender Mittelwert als Vergleichswert berechnet.
Abhängig von der Amplitudenteilung der Referenzwerte um den Vergleichswert wird
die Funktion des Sensors diagnostiziert. Da das Verfahren jedoch lediglich auf die
Auswertung der Sensorwerte abstellt, ist das Diagnoseergebnis nicht besonders
abgesichert.
Bei der in der Druckschrift DE 39 90 872 C2 geoffenbarten Failsafevorrichtung für
einen Temperatursensor wird ein Thermistor verwandt und wird auch innerhalb des
für Spannungswerte plausiblen Bereiches eine Überwachung der Funktionsfähigkeit
durchgeführt. Dazu wird innerhalb des plausiblen Bereiches überprüft, ob sich die
Brennkraftmaschine in einem Startbetrieb befindet. Wird ein Startbetrieb mit einer
geringen Starttemperatur angenommen, so wird geprüft, ob die gemessenen Tem
peraturwerte nach einer vorgegebenen Zeitdauer angestiegen sind. Ist dies nicht
der Fall, so wird ein Sensorausfall erkannt und eine festgelegte Ersatztemperatur
ausgegeben. Wird kein Startbetrieb angenommen, so wird geprüft, ob die gemes
senen Temperaturwerte nach einer vorgegebenen Zeitdauer abgesunken sind. Ist
dies der Fall, so wird wiederum ein Sensorausfall erkannt und eine festgelegte
Ersatztemperatur ausgegeben. In allen anderen Fällen werden die von dem Tempe
ratursensor gemessenen Temperaturwerte des Kühlwassers als zutreffend verifi
ziert und an verschiedene Steuerungen der Brennkraftmaschine ausgegeben.
Schließlich ist in der Druckschrift DE 39 31 517 C2 eine Failsafevorrichtung für
einen Temperatursensor beschrieben, die überprüft, ob die gemessenen Temperaturwerte
in einem Temperaturbereich, in dem im Normalfall immer mit einem Tem
peraturanstieg zu rechnen ist, einen Temperaturabfall anzeigen. Dazu wird über
prüft, ob der eingangs gemessene Temperaturwert unterhalb einer festgelegten
Unterscheidungskühlmitteltemperatur liegt. Ist dies der Fall, das heißt ist der Tem
peraturwert niedrig, so wird dieser minus eines vorgegebenen Differenzwertes als
Referenzwert für weitere Betrachtungen gespeichert. Und ist dies nicht der Fall, so
wird die festgelegte Unterscheidungskühlmitteltemperatur als Referenzwert für
weitere Betrachtungen gespeichert. Daraufhin wird geprüft, ob die weiterhin gemes
senen Temperaturwerte minus des vorgegebenen Differenzwertes oberhalb oder
unterhalb des gespeicherten Referenzwertes liegen. Liegen diese unterhalb des
Referenzwertes so wird ein Versagen des Temperatursensors festgestellt und wird
ein Ersatzwert ausgegeben.
Vor diesem Hintergrund ist es Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Verfahren
und eine verbesserte Schaltungsanordnung zur Überwachung der Funktionsfähig
keit eines Temperatursensors einer Brennkraftmaschine anzugeben, mit dem das
Hängen des Temperatursensors zuverlässig erkannt und dementsprechend Maß
nahmen zur Abhilfe ergriffen werden können.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Verfahrensanspruchs 1 und des Vor
richtungsanspruchs 5 gelöst. Die Erfindung besteht im Prinzip darin, dass nach dem
Start der Brennkraftmaschine der Differenzbetrag zwischen einem höchsten Tempe
raturwert und einem niedrigsten Temperaturwert festgestellt wird, der Differenzbetrag
mit einem Schwellenwert verglichen wird, aus weiteren Betriebsparametern der
Brennkraftmaschine eine Hilfsgröße ermittelt wird, die den festgelegten Zuständen
"geringe Kühlleistung" und "hohe Kühlleistung" entspricht und die beim Erreichen
dieser beiden Zustände aussagt, ob der innerhalb der Messzeit erhaltenen Diffe
renzbetrag größer sein müsste als der Schwellenwert und wenn der festgestellte
Differenzbetrag kleiner ist als der Schwellenwert, jedoch in Bezug auf die Hilfsgröße
größer sein müsste, eine Fehlfunktion des Temperatursensor signalisiert. Den
Schwellenbetrag wird man so klein wählen, dass er durch den Differenzbetrag eines
ordnungsgemäß arbeitenden Temperatursensors bei den üblicherweise auftreten
den Temperaturschwankungen der Brennkraftmaschine überschritten wird. Erfin
dungsgemäß wird aber beim Unterschreiten des Schwellenbetrages durch den
Differenzbetrag der Temperatursensor nicht sofort als fehlerhaft markiert. Gemäß
der Erfindung wird vielmehr anhand der besonders aussagekräftigen Hilfsgröße, die
den beiden festgelegten Zuständen "geringe Kühlleistung" und "hohe Kühlleistung"
entspricht, geprüft, ob der Temperatursensor nicht gleichwohl korrekt arbeitet. Denn
nur dann wenn die Motorleistung in dem betrachteten Zeitraum hinreichenden
Schwankungen unterworfen war, die zu einer entsprechenden Schwankung der
Temperatur des Motors hätten führen müssen, wird ein abgesichertes, bzw. ausrei
chend zuverlässiges Diagnoseergebnis erhalten. Dabei kann die Hilfsgröße unab
hängig von dem möglicherweise defekten Temperatursensor festgestellt werden
und ein Maß für die Größe der Schwankung der Motortemperatur beinhalten, indem
sie beispielsweise die Differenz zweier durch die Fahrzeugparameter bestimmter
Temperaturen - wie beispielsweise Öltemperatur oder Abgastemperatur - bildet. Die
Hilfsgröße kann aber auch das Differential einer derartigen Temperaturänderung
sein oder aber aus mehreren Werten bestehen, die zueinander in ein Verhältnis
gesetzt werden. Zum Bestimmen der Hilfsgröße können außerdem verschiedene
Zeitglieder vorgesehen werden, die ein Verlassen der Betriebsbereiche "geringe
Kühlleistung" oder "hohe Kühlleistung", überwachen. Denn dann wenn diese beiden
Zustände erreicht wurden, d. h. wenn sowohl eine festgelegte geringe Kühlleistung
als auch eine festgelegte hohe Kühlleistung innerhalb der Messzeit erreicht wurde,
muss auch die Temperatur des Motors hinreichend geschwankt haben, was ein
intakter Temperatursensor durch einen entsprechenden Differenzbetrag zwischen
dem maximalen Temperaturwert und dem minimalen Temperaturwert ebenfalls
detektiert haben müsste. Hat der Sensor diese Temperaturschwankungen nicht
detektiert, so ist er fehlerhaft.
Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren bzw.
die Diagnose des Motortemperatursensors dann beendet, wenn die Temperatur
nach dem Motorstart nicht innerhalb eines plausiblen Bereichs liegt. Da in diesem
Fall keine Diagnose möglich ist, wird die Bordelektronik nicht weiter mit dem Diag
noseverfahren belastet, so dass mehr Leistung der Bordelektronik für andere Auf
gaben zur Verfügung steht.
Die zu einer Bestimmung der jeweiligen Kühlleistung benötigten Parameter des
Kraftfahrzeuges sind besonders einfach zu messen und ergeben somit eine ver
gleichsweise einfache Bestimmung der Kühlleistung.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können als weitere
Betriebsparameter auch - zusätzlich oder allein - Fahrzeuggeschwindigkeit
und/oder Luftmassendurchsatz durch den Motor und/oder Temperaturwerte - wie
Öltemperatur und/oder Abgastemperatur verwendet werden. Selbstverständlich
können auch andere Parameter zweckmäßig ausgewertet werden wie beispielswei
se der Verbrauch von Kraftstoff pro Zeiteinheit und Dauer.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung
erläutert.
Die einzige Figur zeigt ein Ablaufdiagramm mit den einzelnen Schritten S1 bis S13
des Verfahrens als Beispiel, wobei im Rahmen der Erfindung auch ein geänderter
Ablauf des Verfahrens möglich ist. Der Schritt S1 zeigt den Motorstart als Beginn
des Diagramms. Der Motor kann eine längere Standzeit hinter sich haben und damit
entsprechend kühl sein. Der Motor kann aber auch nur kurzfristig nach hoher Kühl
leistung abgeschaltet worden sein, so dass beispielsweise der Kühlkreislauf noch
geöffnet ist.
Während des Schrittes S2 wird entschieden, ob die gemessene Starttemperatur des
Motors innerhalb eines plausiblen Bereichs liegt. Ein plausibler Bereich könnte z. B.
zwischen 0°C und 105°C liegen. Liegt die angezeigte Temperatur außerhalb des
plausiblen Bereichs, so wird in dem Schritt S3 entschieden, dass eine sinnvolle
Diagnose des Sensors nicht möglich ist. Damit erreicht das Verfahren mit dem
Schritt S4 sein Ende.
Liegt während des Schrittes S2 die gemessene Starttemperatur des Motors inner
halb des plausiblen Bereichs, so wird zu Schritt S5 übergegangen. Hier wird die
Initialisierung des minimalen Motortemperaturwertes Tmin und des maximalen
Motortemperaturwertes Tmax vorgenommen. Die Initialtemperaturen für Tmin,
Tmax müssen so gesetzt werden, dass der nächste gemessene Wert für Tmin die
Initialtemperatur Tmin auf jeden Fall unterschreiten wird und der nächste gemesse
ne Wert für Tmax die Initialtemperatur für Tmax auf jeden Fall übersteigen wird. Das
bedeutet, dass bei der Initialisierung, der Initialwert für Tmin auf eine relativ hohe
Temperatur, z. B. 140°C und der Initialwert für Tmax auf eine relativ niedrige Tempe
ratur, z. B. -40°C gesetzt wird. Wenn z. B. unmittelbar nach dem Motorstart die erste
gemessene Temperatur bereits 80°C aufweist, weil der Motor beim Starten von
einer früheren Fahrt noch warm war, dann würde der nächste gemessene Wert für
Tmin auf 80°C gesetzt werden. Würde man hingegen von dem alten im Speicher
stehenden Temperaturwert von z. B. 70°C ausgehen und keine neue Initialisierung
vornehmen, so könnte keine zuverlässige Diagnose betrieben werden, weil die
gespeicherte Temperatur kein Messwert ist, der nach dem erneuten Motorstart
erreicht wurde. Damit würde von einem falschen Wert für die neue Messung ausge
gangen werden. Das gleiche gilt für den Maximalwert Tmax. Dieser wird zunächst
auf -40°C initialisiert und das nächste Messergebnis wird ebenfalls den Wert von
Tmax 80°C ergeben oder etwas darüber liegen, je nach dem, in welchem Zeitraum
nach dem Motorstart der erste neue Wert für Tmax gemessen wird. Sofern unmit
telbar nach dem Motorstart eine Fahrt, z. B. bei sehr geringen Außentemperaturen
angetreten werden würde, könnte es natürlich auch vorkommen, dass der nächste
gemessene Wert unter 80°C liegen würde. Dann würde dieser geringere Wert als
neuer Minimalwert Tmin gespeichert und der initialisierte Messwert von Tmin 80°C
würde als Maximalwert gespeichert werden.
Das Verfahren soll es ermöglichen, dass der Sensor permanent überwacht wird. Die
in dem Schritt S5 zur Verfügung gestellten Temperaturwerte können einem ersten
Speicher entnommen werden oder aber aktuell gemessen werden. In den Schritten
S6 und S7 wird der bisher gemessenen Höchstwert Tmax und der Mindestwert
Tmin der Motortemperatur gespeichert, wobei aus den Werten in Schritt S8 des
Verfahrens ein Differenzbetrag deltaT gebildet wird, der mit einem Schwellenbetrag
Ts verglichen wird. Der Schwellenbetrag Ts wird vorgegeben und ist so klein ge
wählt, dass die vorläufige Aussage gemacht werden kann, dass der Sensor "hängt",
wenn der sich aus den Messungen des Sensors ergebende Differenzbetrag deltaT
kleiner als der Schwellenbetrag Ts ist. Ist aber der sich ergebende Differenzbetrag
deltaT größer als der vorgegebene Schwellenbetrag Ts, so wird in einem Schritt S9
entschieden, dass der Sensor nicht fehlerhaft, also in Ordnung ist. In diesem Fall
findet das Verfahren in dem Schritt S10 sein Ende.
Ist nun der festgestellte Differenzbetrag deltaT kleiner als die Schwelle Ts, so be
steht die Möglichkeit, dass der Sensor fehlerhaft ist. Es kann aber auch sein, dass
in dem gemessenen Zeitraum die Motortemperatur sich tatsächlich nicht geändert
hat, so dass die Messung des Sensors als korrekt zu werten wäre. Um hier Klarheit
zu schaffen dient der Schritt S11, bei dem mit Hilfe von hinsichtlich der Tempera
turmessung des Sensors unabhängigen Bewertungen festgestellt wird, ob sich die
Temperatur des Motors nun tatsächlich geändert haben müsste oder nicht. Dies
geschieht bevorzugt dadurch, dass festgestellt wird, ob folgende Betriebszustände
erfüllt gewesen sind: der Betriebsbereich "niedrige Kühlleistung" und der Betriebs
bereich "hohe Kühlleistung" wurden erreicht oder nicht. Eine Hilfsgröße H+ signali
siert das Erreichen dieser Betriebszustände. Wurden beide Bereiche erreicht ob
wohl die Messungen des Temperatur-Sensors nur einen unterhalb des Schwellenbetrages
liegenden Differenzbetrag ergaben, so wird der Sensor als "hängend" und
damit als defekt (Schritt S12) eingestuft, wodurch das Verfahren in einem Schritt
S13 zu einem Ende gelangt. In diesen Fall wird der Fahrer durch ein akustisches
Signal und/oder optisches Signal und/oder durch eine Klartextanzeige über den
Ausfall des Sensors informiert.
Es kann nun aber auch der Fall eintreten, dass bei einem unterhalb des Schwellen
betrages liegenden Differenzbetrag zwar eine niedrige Kühlleistung oder eine hohe
Kühlleistung erreicht wurde nicht aber beide Zustände. In diesen Fall wird das Ver
fahren mit dem Schritt S6 fortgesetzt. Das bedeutet, dass weiterhin der maximale
und der minimale Wert der Motortemperatur in den Schritten S6 und S7 aktualisiert
wird. Das Ergebnis kann sein, dass schließlich der sich aus den Temperaturmes
sungen ergebende Differenzbetrag eine hinreichende, den Schwellenbetrag über
schreitende Größe erreicht oder schließlich der noch fehlende Wert der Kühlleistung
erreicht wird. In Abhängigkeit hiervon wird entweder das Verfahren mit dem Schritt
S10 beziehungsweise S13 beendet.
Claims (5)
1. Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Temperatursen
sors einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, ge
kennzeichnet durch folgende Schritte:
- - der Differenzbetrag (deltaT) zwischen einem höchsten Temperaturwert (Tmax) und einem niedrigsten Temperaturwert (Tmin) wird ermittelt,
- - der Differenzbetrag (deltaT) wird mit einem Schwellenwert (Ts) ver glichen,
- - aus weiteren Betriebsparametern der Brennkraftmaschine wird eine Hilfsgröße (H+) ermittelt, die den festgelegten Zuständen "geringe Kühlleistung" und "hohe Kühlleistung" entspricht und die beim Errei chen dieser beiden Zustände aussagt, ob der innerhalb der Messzeit erhaltene Differenzbetrag (deltaT) größer sein müsste als der Schwellenwert (Ts), und
- - wenn der festgestellte Differenzbetrag (deltaT) kleiner ist als der Schwellenwert (Ts), jedoch in Bezug auf die Hilfsgröße (H+) größer sein müsste, wird eine Fehlfunktion des Temperatursensors signali siert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Differenzbe
trag (deltaT) in vorgegebenen Zeittakten wiederholt ermittelt wird.
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich
net, dass die Diagnose abgebrochen wird, wenn die unmittelbar nach dem
Start der Brennkraftmaschine gemessenen Temperaturwerte nicht innerhalb
eines plausiblen Temperaturbereiches liegen.
4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, dass die Hilfsgröße (H+) zusätzlich aus weiteren Betriebsparame
tern, wie Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Luftmassendurchsatz durch die
Brennkraftmaschine und/oder Temperaturwerte - wie Öltemperatur und/oder
Abgastemperatur - gebildet ist.
5. Schaltungsanordnung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Temperatursen
sors einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, da
durch gekennzeichnet, dass
ein erster Speicher vorgesehen ist, in dem ein innerhalb eines Zeit raumes aufgetretener maximaler Temperaturwert (Tmax) und ein minimaler Temperaturwert (Im in) der Brennkraftmaschine gespeichert wird,
ein erstes Differenzglied vorgesehen ist, welches aus der Differenz des maximalen Temperaturwertes (Tmax) und des minimalen Temperatur wertes (Tmin) einen Differenzbetrag (deltaT) bildet,
ein Vergleicher vorgesehen ist, der den Differenzbetrag (deltaT) mit ei nem vorgegebenen Schwellenbetrag (Ts) vergleicht,
ein zweiter Speicher vorgesehen ist, in dem zumindest eine aus zuvor gemessenen weiteren Parametern der Brennkraftmaschine bestimmte Hilfsgröße (H+) speicherbar ist, die einer definierten "geringen Kühl leistung" und einer definierten "hohen Kühlleistung" entspricht, und
eine Markierschaltung vorgesehen ist, die den Temperatursensor dann als fehlerhaft markiert, wenn über den Vergleicher ein unterhalb des Schwellenbetrages (Ts) liegender Differenzbetrag (deltaT) festgestellt wird und dem zweiten Speicher die bestimmte Hilfsgröße (H+) ent nehmbar ist.
ein erster Speicher vorgesehen ist, in dem ein innerhalb eines Zeit raumes aufgetretener maximaler Temperaturwert (Tmax) und ein minimaler Temperaturwert (Im in) der Brennkraftmaschine gespeichert wird,
ein erstes Differenzglied vorgesehen ist, welches aus der Differenz des maximalen Temperaturwertes (Tmax) und des minimalen Temperatur wertes (Tmin) einen Differenzbetrag (deltaT) bildet,
ein Vergleicher vorgesehen ist, der den Differenzbetrag (deltaT) mit ei nem vorgegebenen Schwellenbetrag (Ts) vergleicht,
ein zweiter Speicher vorgesehen ist, in dem zumindest eine aus zuvor gemessenen weiteren Parametern der Brennkraftmaschine bestimmte Hilfsgröße (H+) speicherbar ist, die einer definierten "geringen Kühl leistung" und einer definierten "hohen Kühlleistung" entspricht, und
eine Markierschaltung vorgesehen ist, die den Temperatursensor dann als fehlerhaft markiert, wenn über den Vergleicher ein unterhalb des Schwellenbetrages (Ts) liegender Differenzbetrag (deltaT) festgestellt wird und dem zweiten Speicher die bestimmte Hilfsgröße (H+) ent nehmbar ist.
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