CN105697168A - 用于诊断空气质量传感器的附加加热功能的方法和装置 - Google Patents

用于诊断空气质量传感器的附加加热功能的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于对在带有内燃机的发动机系统内的空气质量传感器中的附加加热机构的功能能力进行诊断的方法，其中，附加加热机构用于防止污染传感器区域，其中，空气质量传感器被设计用来在传感器工作方式期间通过信号线路对空气质量说明予以通信，且在信号线路上识别出确定的状态时激活附加加热机构，该方法具有如下步骤：-针对预定的时段在附加加热工作方式下将信号线路的状态调节为确定的状态；-在经过预定的时段之后通过信号线路检测并传输在处于附加加热工作方式之前的第一种温度说明和第二种温度说明；-根据在第一种温度说明和第二种温度说明之间的差来识别附加加热机构的功能能力。

Description

用于诊断空气质量传感器的附加加热功能的方法和装置
技术领域
本发明涉及空气质量传感器，热别是热膜式空气质量传感器，其带有用于防止传感器区域污染的附加加热机构。本发明还涉及用于检查空气质量传感器的附加加热机构的功能能力的措施。
背景技术
空气质量传感器在汽车发动机系统中用于测量被内燃机吸入的新鲜空气的质量流。对于引导空气的内燃机来说，所获知的空气质量流作为输入参数供计算要喷射的燃料量使用。
被构造成热膜式空气质量传感器（HFM传感器）的空气质量传感器具有设置在空气流中的被加热的传感器区域。由空气流引起的冷却通过所提供的加热功率予以补偿，从而把传感器区域保持在恒定的温度。为此所需要的加热功率于是取决于空气流的空气质量流。替代地，可以通过传感器膜片来获知由空气流引起的冷却，并提供相应的温度差作为对于空气质量流的说明。
为了使得污物远离传感器区域，可以在空气质量传感器中设置附加加热机构。因而由文献DE10111840C2已知带有可加热的传感器区域的这种空气质量传感器。设置有附加加热机构，其可以适当地工作，从而在附加加热机构的区域内形成热梯度涡旋，这种涡旋导致空气流中的污物在附加加热机构的区域内沉积在传感器区域旁边。在发动机停机时，在机油蒸汽被引入到进气系统中的情况下，所述污物例如可以来自于环境空气，或者来自于曲轴壳体。
附加加热机构的失灵导致传感器区域受到缓慢的污染，这会造成测量持续恶化，最终导致无法使用的测量值。
发明内容
提出根据权利要求1的用于对空气质量传感器中的附加加热机构进行诊断的方法、根据并列独立权利要求的装置和发动机系统。
其它设计在从属权利要求中给出。
根据第一方面，提出用于对在带有内燃机的发动机系统内的空气质量传感器中的附加加热机构的功能能力进行诊断的方法，其中，附加加热机构用于防止传感器区域污染。空气质量传感器被设计用来在传感器工作方式期间通过信号线路对空气质量说明予以通信，且在信号线路上识别出确定的状态时激活附加加热机构，该方法具有如下步骤：
-针对预定的时段在附加加热工作方式下将信号线路的状态调节为确定的状态；
-在经过预定的时段之后通过信号线路检测并传输在处于附加加热工作方式之前的第一种温度说明和第二种温度说明；
-根据在第一种温度说明和第二种温度说明之间的差来识别附加加热机构的功能能力。
空气质量传感器中的附加加热机构通常利用在信号线路上的由控制器确定的信号电平来激活。为此可以由控制器将信号线路的电平拉至确定的电平、比如接地电平。
传统的诊断方法只能在控制器侧借助在信号线路上的确定的电平的存在状态来检查空气质量传感器中的附加加热机构实际上是否被激活。但不能确定是否根据在信号线路上的信号电平实际上激活了空气质量传感器中的附加加热机构。
相比之下，上述方法能实现通过控制器来探测附加加热机构的功能能力。通过这种方式可以提前探测到附加加热机构的失灵，且在传感器区域的污物使得测量值恶化或者不可用之前，在例行维护时就已经更换了空气质量传感器。这样就可以预防由于附加加热机构的缺陷导致的空气质量传感器失灵，这种失灵需要计划之外的维修。
用于诊断附加加热机构的上述方法规定，在预定的时段即测试时段之前和之后确定空气质量传感器的内部传感器温度，在该时段期间激活附加加热机构。在附加加热机构工作情况下可以预计到空气质量传感器的内部温度已提高。如果确定出明显的温度提高，则可以推断出附加加热机构在工作。否则就可以认为附加加热机构未工作。
所确定的状态还可以相应于信号线路上的所确定的电平。
可以规定，如果通过空气质量传感器施加到信号线路上的信号未改变所确定的电平，则识别出信号线路上的所确定的电平。
根据一种实施方式，可以在发动机系统停机之后处于附加加热工作方式。
可以规定，如果在第一种温度说明与第二种温度说明之间的差超过了预定的阈值，则识别出附加加热机构的正常的功能能力。
此外，如果分别在发动机系统停机之后检测到的、在第一种温度说明与第二种温度说明之间的差有一次或多次低于预定的阈值，则识别出附加加热机构有缺陷。
在经过预定的时段之后，可以至少暂时地处于传感器工作方式。在传感器工作方式期间，可通过信号线路传输信息，其方式为，在信号线路上不产生确定的状态。
根据另一方面，提出用于诊断附加加热机构的功能能力的控制器，该附加加热机构用来在带有内燃机的发动机系统内的空气质量传感器中防止污染传感器区域。空气质量传感器被设计用来通过信号线路对空气质量说明予以通信，且在信号线路上识别出确定的状态时激活附加加热机构，该控制器包括：
-输入级，其被设计用来提供输入阻抗和在信号线路上产生确定的状态；
-控制器逻辑机构，其被设计用来
　　-控制输入级，从而针对预定的时段在附加加热工作方式下将信号线路的状态调节为确定的状态；
　　-在经过预定的时段之后接收在处于附加加热工作方式之前的第一种温度说明并接收第二种温度说明；
　　-根据在第一种温度说明和第二种温度说明之间的差来识别附加加热机构的功能能力。
控制器逻辑机构还可以被设计用来在告知发动机系统停机之后控制输入级，从而针对预定的时段在附加加热工作方式下将信号线路的电平调节为确定的电平。
根据另一方面，提出一种带有内燃机和空气质量传感器的发动机系统，该空气质量传感器被设计用来通过信号线路将空气质量说明发送至上述控制器。
附图说明
下面参照附图详述实施方式。其中：
图1为带有热膜式空气质量传感器的传感器系统的示意图，并示出了与空气质量传感器连接的控制器；
图2示出用于对空气质量传感器的附加加热机构进行诊断的方法；
图3为在从传感器工作方式向附加加热工作方式转变时在信号线路上的信号电平的时间变化曲线。
具体实施方式
图1所示为传感器系统1的示意图，其带有通过信号线路4特别是（撇开独立的电源不看）单芯线路相互连接的空气质量传感器2和控制器3。
空气质量传感器2具有传感器区域21，该传感器区域在空气引导机构22内布置在空气流中，从而将空气流引导经过传感器区域21。该传感器区域21可借助于例如具有电阻层的电加热机构23加热，且可借助于温度感应器27测量传感器区域温度，作为传感器区域21的温度。
设置有传感器逻辑机构24，其对空气流的空气质量流进行连续测量。在测量工作中，设定流经传感器逻辑机构24的加热电流，由此来控制加热机构。空气流在流过时对被加热机构23加热的传感器区域21予以冷却。传感器逻辑机构24将由温度感应器27检测的传感器区域温度控制在预先设定的给定温度，并根据给定温度来调节加热电流。所调节的加热电流于是可以用作流经空气引导机构22的空气质量流的强度说明（空气质量流说明）。也可以考虑采用其它方法来获取对空气质量流的说明。这样就能例如获知在加热区域中由空气流引起的温度差，并用作流经空气引导机构22的空气质量流的强度说明。
空气质量流说明以合适的方式在传感器逻辑机构24中经过处理，并通过信号线路4传输至控制器3。可行的传输方式可以是比如借助于SENT协议进行的串行数字传输、以频率信号对温度说明予以传输的FAS传输，或者是模拟电参数的传输。
通过传感器逻辑机构24传输至控制器3的另一信息存在于空气质量传感器2的内部温度中。该信息作为温度说明借助于另一温度测量机构25来获取，且例如可以是环境温度的量度。
可以设置可靠电工作的附加加热机构26，其可通过传感器逻辑机构24来激活。附加加热机构26布置在传感器区域21的附近，且在其激活情况下引起位于传感器区域21上方的空气的涡流，从而避免在传感器区域21上沉积污物比如灰尘颗粒或机油蒸汽。这样就能避免因传感器区域21的污物引起传感器特性降低。
除了空气质量流说明外，传感器逻辑机构24还可以被设计用来将关于内部传感器温度的温度说明经由信号线路4传输至控制器3，例如以串行的前后相继的信号电平的形式进行编码。
附加加热机构26仅在内燃机切断情况下被激活，因为在附加加热机构26激活情况下无法对流经空气质量传感器2的空气流进行正常测量。在控制器3的切断状态下将内燃机停机告知给空气质量传感器2，其方式为，将信号线路4置于固定的电平，特别是接地电平，从而传感器逻辑机构24不会通过信号线路4发送数据。
传感器逻辑机构24经过设计，从而它识别出没有数据能够通过信号线路4传输，进而识别出附加加热机构26应予以激活。由于在切断状态下无法从空气质量传感器2向控制器3传输信号，所以无法直接诊断附加加热机构26。
为了在信号线路上提供固定的电平，控制器3包括输入级31，该输入级包括能够将信号线路4拉至固定电平特别是接地电平的输入电路。这种输入电路例如可以具有与下拉晶体管耦接的上拉电阻，该晶体管受控制器逻辑机构32控制，以便将固定的电平施加到信号线路4上。
此外，控制器逻辑机构32实施用于对空气质量传感器2中的附加加热机构26进行诊断的方法。在图2中示出了一种流程图，其表明了用于对空气质量传感器2中的附加加热机构26进行诊断的方法。图3所示为在从传感器工作方式向附加加热工作方式转变时在信号线路上的信号电平的时间变化曲线。
在步骤S1中，空气质量传感器2处于传感器工作方式下，并检测用于经由信号线路4向控制器3传输的空气质量说明、温度说明等。在图3的信号曲线图中在时间段t1期间处于传感器工作方式。在步骤S1中，至少获取在空气质量传感器2中的温度说明，并通过信号线路4传输至控制器3。
在步骤S2中检查是否由于内燃机切断已处于附加加热工作方式，这种工作方式通过在信号线路4上的特殊电平由控制器3告知。如果情况并非如此，就跳回到步骤S1，否则（选择：是）就以步骤S3继续执行该方法。
在步骤S3中，把最近检测的温度说明存储在控制器3中。现在，附加加热机构26按照附加加热工作方式激活，并在步骤S4中等待一定的设定时段t2。在经过所述一定的时段t2之后，又离开附加加热工作方式。
现在，传感器逻辑机构24可以把最近检测的温度说明又传输至控制器3。在附加加热工作方式结束后首先检测的温度说明在步骤S5中存储在控制器3中。
在步骤S6中检查是否满足了用于执行诊断的边界条件。这些边界条件可以是，发动机温度和/或环境温度处于预定的温度范围内。此外，作为边界条件，可以检查在附加加热工作方式的时段期间附加加热机构26的加热时间长短是否足以在附加加热机构26工作情况下得到足够的温度差。如果未满足用于执行诊断的边界条件（选择：否），就跳回到步骤S1，否则（选择：是）就以步骤S7继续执行该方法。
在步骤S7中检查，差异、特别是在处于附加加热工作方式之前和在附加加热工作方式结束之后存储的温度说明之间的差是否高于预定的温度阈值。如果情况如此，就将附加加热机构26识别为能工作，并以步骤S1继续执行该方法，否则（选择：否）就将附加加热机构26识别为不能工作，并相应地告知此点。
由于附加加热机构26失灵并不会直接导致空气质量传感器2失灵，可以将失灵的附加加热机构26的故障类型以适当的方式存储在故障存储器中，以便在下一次等待时更换空气质量传感器2。
还可以规定，对诊断方法进行故障排查（entprellen），且在经过于步骤S7中确定的超过预定的阈值预定的次数之后才告知附加加热机构26的相应故障。尤其可以在汽车发动机系统的起动/停止工作期间对附加加热机构26进行诊断。
还可以在发动机系统的后续阶段期间多次相继地执行上述诊断方法，并相应地分析诊断结果。

Claims (12)

1.用于对在带有内燃机的发动机系统内的空气质量传感器（2）中的附加加热机构（26）的功能能力进行诊断的方法，其中，附加加热机构（26）用于防止污染传感器区域（21），其中，空气质量传感器（2）被设计用来在传感器工作方式期间通过信号线路（4）对空气质量说明予以通信，且在信号线路（4）上识别出确定的状态时激活附加加热机构（26），该方法具有如下步骤：
-针对预定的时段（t2）在附加加热工作方式下将信号线路（4）的状态调节（S4）为确定的状态；
-在经过预定的时段（t2）之后通过信号线路检测（S3、S5）并传输在处于附加加热工作方式之前的第一种温度说明和第二种温度说明；
-根据在第一种温度说明和第二种温度说明之间的差来识别（S7、S8）附加加热机构（26）的功能能力。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所确定的状态相应于信号线路（4）上的所确定的电平。
3.如权利要求2所述的方法，其中，如果通过空气质量传感器（2）施加到信号线路上的信号未改变所确定的电平，则识别出信号线路（4）上的所确定的电平。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中，在发动机系统停机之后处于附加加热工作方式。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中，如果在第一种温度说明与第二种温度说明之间的差超过了预定的温度阈值，则识别出附加加热机构（26）的正常的功能能力。
6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，如果分别在发动机系统停机之后检测到的、在第一种温度说明与第二种温度说明之间的差有一次或多次低于预定的温度阈值，则识别出附加加热机构（26）有缺陷。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其中，在经过预定的时段之后，至少暂时地处于传感器工作方式，在传感器工作方式期间，可通过信号线路（4）传输信息，其方式为，在信号线路（4）上不产生确定的状态。
8.用于诊断附加加热机构（26）的功能能力的控制器，该附加加热机构用来在带有内燃机的发动机系统内的空气质量传感器（2）中防止污染传感器区域（21），其中，空气质量传感器（2）被设计用来通过信号线路（4）对空气质量说明予以通信，且在信号线路（4）上识别出确定的状态时激活附加加热机构（26），该控制器包括：
-输入级（31），其被设计用来提供输入阻抗和在信号线路（4）上产生确定的状态；
-控制器逻辑机构（32），其被设计用来
　　-控制输入级（31），从而针对预定的时段（t2）在附加加热工作方式下将信号线路（4）的状态调节为确定的状态；
　　-在经过预定的时段（t2）之后接收在处于附加加热工作方式之前的第一种温度说明并接收第二种温度说明；
　　-根据在第一种温度说明和第二种温度说明之间的差来识别附加加热机构（26）的功能能力。
9.如权利要求8所述的控制器（3），其中，控制器逻辑机构（32）被设计用来在告知发动机系统停机之后控制输入级（31），从而针对预定的时段在附加加热工作方式下将信号线路（4）的电平调节为确定的电平。
10.一种带有内燃机、空气质量传感器的发动机系统，该空气质量传感器被设计用来通过信号线路（4）将空气质量说明发送至根据权利要求8和9中任一项的控制器（3），且在信号线路上识别出确定的状态时激活附加加热机构（26）。
11.一种计算机程序，其被设计用来执行根据权利要求1-7中任一项所述的方法的全部步骤。
12.一种机器可读的存储介质，在该存储介质上存储着根据权利要求11的计算机程序。
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