DE10001713A1

DE10001713A1 - Verfahren zur Fehlererkennung eines Kühlsystems eines Kraftfahrzeug-Motors

Info

Publication number: DE10001713A1
Application number: DE10001713A
Authority: DE
Inventors: Frank Kastner; Peter Wiltsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-01-18
Filing date: 2000-01-18
Publication date: 2001-07-19
Also published as: JP2003520320A; US20020157620A1; EP1165948B1; JP4605738B2; EP1165948A1; ES2376729T3; WO2001053674A1; US6640168B2

Abstract

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Fehlererkennung eines Kühlsystems eines Kraftfahrzeug-Motors vorgeschlagen, bei dem mit Hilfe eines Algorithmus nicht nur ein Fehler des Kühlsystems erkannt wird, sondern auch, ob das Thermostatventil oder der Temperatursensor defekt ist. Die differenzierte Fehlerermittlung wird dadurch erreicht, daß ein zweites Temperatur-Modellband für den Fall berechnet wird, wenn der Thermostat im geöffneten Zustand verbleibt. Ein erstes Temperatur-Modellband wird für den Fall berechnet, daß das Kühlsystem in Ordnung ist. Durch Vergleich des Kurvenverlaufs für die gemessene Ist-Temperatur mit den beiden Temperatur-Modellbändern läßt sich eine selektive Diagnose durchführen und bestimmen, ob der Temperatursensor oder das Thermostatventil defekt sind. Ein zusätzlicher Hardwareaufwand ist nicht erforderlich.

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Fehlererkennung eines Kühlsystems eines Kraftfahrzeugmotors nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon bekannt, daß die Kühlwassertemperatur eines Kraftfahrzeug-Kühlsystems durch Öffnen und Schließen eines Thermostatventils gesteuert wird. Die Temperatur des Kühlwassers wird von einem Temperatursensor gemessen und einem Rechner zugeführt, der mittels eines Algorithmus aus den gemessenen Werten für die Ist-Temperatur ein erstes Temperatur-Modellband berechnet. Durch Vergleich der Ist-Temperatur mit dem ersten Temperatur-Modellband wird dann eine Fehlererkennung durchgeführt. Allerdings ist aus der sich ergebenden Fehlermeldung nicht erkennbar, ob ein Defekt des Thermostatventils oder sogar des Temperatursensors vorliegt. Auch Fehler in der Zuleitung oder der Anzeige sind nicht unterscheidbar. Andererseits gibt es gesetzliche Anforderungen, beispielsweise in den USA, daß ein defekter Kühlwasserthermostat erkannt bzw. angezeigt werden muß.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Fehlererkennung eines Kühlsystems eines Kraftfahrzeugmotors hat demgegenüber den Vorteil, daß ohne zusätzlichen Hardwareaufwand die einzelnen Fehlerursachen, beispielsweise ein nicht schließendes Thermostatventil oder ein defekter Temperatursensor selektiv erkannt und direkt angezeigt werden kann. Dies wird mit der Simulation eines zweiten Temperatur-Modellbandes erreicht, das für den Fall eines nicht schließenden Thermostatventils berechnet wird. Durch diese einfache Maßnahme kann mit einem entsprechenden Algorithmus vorteilhaft eine detaillierte Fehlererkennung durchgeführt werden.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß der Rechner das zweite Temperatur-Modellband für eine lastabhängige Temperatur oder unterschiedliche Drehzahlen berechnet. Durch die Änderung des Verlaufs während des zweiten Temperatur- Modellbandes kann dann unterschieden werden, ob das Thermostatventil tatsächlich nicht mehr schließt oder ob ein Defekt des Temperatursensors, beispielsweise eine Unterbrechung oder ein Schwingen vorliegt. Insbesondere unter Berücksichtigung auch der Umgebungstemperatur für die Berechnung des zweiten Temperatur-Modellbandes kann vorteilhaft noch genauer die Ursache für die Fehlanzeige festgestellt werden. Dies ist besonder von Vorteil, wenn weitere Parameter wie die Ansaugluft-Temperatur, angesaugte Luftmasse, der Drosselklappenwinkel und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeit hinzugefügt werden.

Um eine eindeutige Aussage über die Fehlererkennung des Kühlsystems durchführen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die beiden Temperatur-Modellbänder erst zu einem Zeitpunkt analysiert werden, wenn sie sich nicht mehr überlappen.

Andererseits kann ein defekter Temperatur-Sendsor bereits erkannt werden, wenn die Isttemperatur füe eine vorgegebene Zeitspanne außerhalb der beiden sich noch überlappenden Temperaturbänder liegt.

Da das zweite Temperatur-Modellband wegen der niedrigeren Kühlwassertemperatur wesentlich flacher ausgebildet ist als das erste Temperatur-Modellband, ergibt sich eine erste eindeutige Fehlerdiagnose aus dem Verlauf der Kurve für die gemessene Ist-Temperatur.

Die Auswertung der Kurve für die Ist-Temperatur erfolgt vorteilhaft mit einem einfachen Zeitzähler, der während eines vorgegebenen Zeitintervalls die Ist-Temperatur verfolgt. Ein Fehler liegt dann vor, wenn die Ist-Temperatur sich außerhalb des ersten Temperatur-Modellbandes befindet. Liegt der Verlauf der Ist-Temperatur sogar außerhalb der beiden Temperatur-Modellbänder, dann kann davon ausgegangen werden, daß ein defekter Temperatursensor vorliegt. Liegt dagegen die Kurve für die Ist-Temperatur innerhalb des zweiten Temperatur-Modellbandes, dann ist dieses ein Indiz für ein nicht schließendes Thermostatventil, während der Temperatursensor in Ordnung ist. Eine mögliche Ursache kann darin liegen, daß das Ventil beispielsweise in geöffneten Zustand hängen geblieben ist.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild eines vereinfachten Kühlkreislaufes eines Kraftfahrzeug-Motors, Fig. 2 zeigt ein Flußdiagramm, und Fig. 3 zeigt ein Diagramm mit Temperatur-Modellbändern und Temperaturkurven.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt in stark vereinfachter Form ein Blockschaltbild eines Kühlkreislaufes mit einem Motor 1, bei dem mittels einer Umwälzpumpe 2 über eine Vorlaufleitung V und Rücklaufleitung R das Kühlwasser durch einen Kühler 6 geleitet wird. Ein vorzugsweise mechanisch betriebenes Thermostatventil 3 öffnet oder schließt sich in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur. Bei niedriger Temperatur soll es geschlossen sein, während es bei hoher Temperatur entsprechend weit aufmacht, und somit einen größeren Kühlwasserstrom in Richtung Kühler 6 durchläßt. Vollständigkeitshalber wird noch darauf hingewiesen, daß die Kühlwirkung des Kühlers 6 durch einen oder mehrere Lüfter 10 und/oder den Fahrtwind F verstärkt werden kann. In den Kühlwasserkreislauf ist ein Temperatursensor 4 an geeigneter Stelle (vorzugsweise am Motorblock) angebracht und erfaßt die augenblickliche Ist-Temperatur des Kühlwassers. Dieser Meßwert wird einem Rechner 7 zugeleitet, der mittels eines Programms, das in einem Programmspeicher 8 abgelegt ist, die Funktion des Lüfters 10 steuert.

In alternativer Ausgestaltung der Erfindung ist auch vorsehbar, daß der Rechner 7 das Thermostatventil 3 elektrisch betätigt. Wird ein Fehler im Kühlsystem erkannt, dann wird dieser beispielsweise auf einer Anzeige 9 optisch oder akustisch ausgegeben oder ist auch über einen entsprechenden Service-Anschluß auslesbar.

Anhand der Fig. 2 und 3 wird die Funktionsweise dieser Anordnung näher erläutert.

Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, mit Hilfe eines einfachen Algorithmus ohne zusätzlichen Hardwareaufwand Entscheidungskriterien zu finden, die eine Unterscheidung zwischen einem defekten Thermostatventil und einem defekten Temperatursensor liefern. Dieses wird dadurch erreicht, daß zusätzlich zu dem bereits bekannten ersten Temperatur- Modellband, das üblicherweise mittels eines entsprechenden Softwareprogramms ermittelt wird, ein zweites Temperatur- Modellband berechnet wird. Dieses zweite Temperatur- Modellband ist jedoch so festgelegt, daß es den Temperaturverlauf bei einem defekten Thermostatventil, dessen Durchlaßventil offen ist. Die Temperaturmessung erfogt innerhalb eines festgelegten Zeitintervalls. Dabei kann vorteilhaft auch der Einfluß von Lastwechseln oder Drehzahlwechsel berücksichtigt werden. Die Bestimmung dieses zweiten Temperatur-Modellbandes ist im Flußdiagramm der Fig. 2 wiedergegeben. In der Praxis wird der Algoritmus vorteilhaft mit einem Programm realisiert.

Das Flußdiagramm der Fig. 2 zeigt folgenden Ablauf. Beginnend in einer Startposition 20 wird in Position 21 geprüft, ob die beiden Temperatur-Modellbänder überlappungsfrei sind oder nicht. Ist dies nicht der Fall, dann kann bereits in Position 27 ein defekter Temperatursensor erkannt werden, sofern die Isttemperatur sich für eine bestimmte Zeit außerhalb beider Modellbänder befindet. Eine entsprechende Ausgabe wird auf der Anzeige 9 generiert. Ansonsten wiederholt sich der Prüfzyklus. Sind die beiden Modellbänder überlappungsfrei, dann wird in Position 22 der Temperaturverlauf der vom Temperatursensor 4 gemessenen Ist-Temperatur zunächst mit dem ersten Temperatur-Modellband verglichen. Zur Bestimmung des Temperatur-Modellbandes sei grundsätzlich angemerkt, daß zur Erfassung der auftretenden Toleranzen der Temperaturverlauf aus der Modellrechnung mit einem entsprechenden Toleranzband definiert wird. Verläuft nun die gemessene Ist-Temperatur innerhalb dieses ersten Temperatur-Modellbandes innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne bzw. eines Zeitintervalls, dann ist das Kühlsystem in Ordnung. Das heißt, daß sowohl der Temperatursensor als auch das Thermostatventil bestimmungsgemäß arbeiten. Ist dies nicht der Fall, dann wird in Position 23 geprüft, ob die Ist-Temperatur außerhalb des ersten Temperatur-Modellbandes liegt. Dabei werden Zeitzähler gestartet, die die jeweilige ununterbrochene Aufenthaltsdauer der gemessenen Kühlwassertemperatur im entsprechenden Modelltemperaturband anzeigen. In Position 23 wird daher kontinuierlich geprüft, wie lange die Ist- Temperatur außerhalb des ersten Temperatur-Modellbandes liegt. Solange dieses vorgegebene Zeitintervall nicht erreicht ist, springt das Programm auf Position 22 zurück. Im anderen Fall wird in Position 24 geprüft, ob die Ist- Temperatur innerhalb des zweiten Temperatur-Modellbandes liegt. Ist dies nicht der Fall, dann ist dies ein Zeichen dafür, daß der Temperatursensor 4 defekt ist. In diesem Fall kann eine entsprechende Fehlermeldung optisch oder akustisch auf eine Anzeige bzw. über einen Lautsprecher oder auch über einen entsprechenden Servicestecker ausgegeben werden. Die Meldung könnte lauten, "Temperatursensor defekt".

Liegt dagegen die gemessene Ist-Temperatur zwar außerhalb des ersten Temperatur-Modellbandes, aber innerhalb des zweiten Temperatur-Modellbandes innerhalb der vorgegebenen Zeitspanne, dann kann zunächst nur eine allgemeine Fehlermeldung beispielsweise "Kühlsystem defekt" ausgegeben werden. In diesem Fall ist noch nicht eindeutig feststellbar, ob der Fehler von einem defekten Temperatursensor 4 mit einer zufälligen Temperaturanzeige oder von einem defekten Thermostatventil 3 herrührt. Für diesen Fall ist noch eine dynamische Prüfung zur weiteren Verifikation der tatsächlichen fehlerhaften Komponente erforderlich.

Nachdem nun also in Position 25 allgemein ein Fehler des Kühlsystems festgestellt wurde, wird in Position 26 die dynamische Prüfung durchgeführt. Die dynamische Prüfung wird derart durchgeführt, daß nun über einen längeren Zeitraum der Temperaturverlauf beispielsweise auch unter Berücksichtigung von Lastwechsel oder Drehzahlwechsel verfolgt wird. Desweiteren kann auch die Umgebungstemperatur berücksichtigt werden, um das Ergebnis zu präzisieren. Zu Beginn der Dynamikprüfung wird nun die Motortemperatur entsprechend der Ist-Temperatur des Kühlwassers mit dem zweiten Temperatur-Modellband verglichen und gespeichert. Die Messungen werden kontinuierlich für ein vorgegebenes Zeitintervall durchgeführt und vorzugsweise gespeichert. Stellt sich dabei heraus, daß der Temperatursensor im wesentlichen dem tatsächlichen Temperaturverlauf gemäß des zweiten Temperatur-Modellbandes folgt, dann ist daraus zu schließen, daß der Temperatursensor funktioniert, denn die beobachteten Temperaturdifferenzen sind bis auf die Toleranz des berechneten Modellbandes identisch. Übersteigt jedoch der Betrag der Differenz zwischen der Änderung des zweiten Temperatur-Modellbandes und der Änderung der gemessenen Ist- Temperatur eine vorgegebene Schwelle, dann kann daraus geschlossen werden, daß der Temperatursensor defekt ist. Man kann folgende Fälle unterscheiden:

1. Der Temperatursensor konnte nicht der kennfeldabhängigen Dynamik des Modells für einen defekten Thermostaten folgen.
2. Der Temperatursensor 4 schwingt, d. h. er ändert die angezeigte Temperatur, ohne daß eine Dynamik im Modell vorliegt.

Beide Fälle weisen auf einen Defekt des Temperatursensors hin, sodaß eine entsprechende Fehlermeldung für den defekten Temperatursensor ausgegeben werden kann.

Fig. 3 stellt in dem dargestellten Temperaturdiagramm noch einmal die einzelnen Verhältnisse dar. Das erste Temperatur- Modellband 31 zeigt den Zustand, wenn die Kurve für die Ist- Temperatur 32 innerhalb des Modellbandes 31 liegt. Zeigt dagegen beispielsweise der Temperatursensor die Temperatur T₂ an, dann schneidet er nur kurzfristig das erste Temperatur-Modellband 31. Da die Temperaturkurve 33 die längste Zeit außerhalb des ersten Temperatur-Modellbandes 31 verläuft, ist auf einen Fehler des Temperatursensors 4 zu schließen. Das untere Modellband (zweites Temperatur- Modellband 34) zeigt den Temperaturanstieg des Kühlwassers, der einem offenen Thermostatventil 3 entspricht. Dieser Verlauf ist relativ flach, weil die vom Verbrennungsmotor erzeugte Wärme sofort über den Kühler wieder abgeführt wird, ohne daß der Motor seine Betriebstemperatur erreicht. Erst bei größerer Last oder höherer Drehzahl steigt im rechten Teil des Diagramms das zweite Temperatur-Modellband etwas an. Entsprechend ist auch bei einem intakten Temperatursensor 4 der Verlauf der Ist-Temperatur innerhalb dieses zweiten Temperatur-Modellbandes. Ist dagegen die Ist- Temperatur des Temperatur-Sensors 4 auf den Wert T₁ im wesentlichen konstant, dann kann auf einen defekten Temperatursensor 4 geschlossen werden, da dieser im wesentlichen nicht dem rechten Verlauf (Fig. 3) des zweiten Temperatur-Modellbandes folgt.

Aus dem Verlauf des zweiten Temperatur-Modellbandes ist das Vorhandensein einer Dynamik erkennbar, wenn der Betrag der Temperaturänderung über einer vorgegebenen Schwelle liegt. Ein Defekt des Termostatventils 3 liegt vor, wenn der Betrag der Differenz zwischen der Temperaturänderung im zweitem Modellband und der Änderung der gemessenen Ist-Temperatur kleiner einer vorgegebenen Schwelle ist. Der Rechner 7 kann für diesen Fall eine entsprechende Fehlermeldung für das defekte Thermostatventil 3 ausgeben.

Wie schon erwähnt wurde, wird der Algorithmus für die Berechnung der Temperatur-Modellbänder vorzugsweise in Form eines Softwareprogrammes realisiert. Dieses Programm kann auch Bestandteil eines bereits vorhandenen Steuerprogramms für Motorfunktionen oder dergleichen sein.

Claims

1. Verfahren zur Fehlererkennung eines Kühlsystems eines Kraftfahrzeug-Motors (1), wobei ein Thermostatventil (3) durch Öffnen oder Schließen die Temperatur im Kühlwasserkreislauf regelt und ein Temperatursensor (4) die Ist-Temperatur des Kühlwassers erfaßt, und mit, einem Rechner (7), der mittels eines Algorithmus aus den Werten für die Ist-Temperatur ein erstes Temperatur- Modellband berechnet und durch Vergleich mit der Ist- Temperatur eine Fehlererkennung durchführt, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (7) für eine zweite Temperatur entsprechend einem offenen Thermostatventil(3) ein zweites Temperatur-Modellband für die Kühlwassertemperatur berechnet, daß der Rechner (7) den Verlauf der Ist-Temperatur mit dem zweiten Temperatur-Modellband vergleicht und daß der Rechner (7) aus dem Ergebnis der Vergleiche aus dem ersten und zweiten Temperatur-Modellband bestimmt, ob ein Defekt des Temperatursensors (4) oder ein Defekt des Thermostatventils (3) vorliegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (7) das zweite Temperatur-Modellband für eine lastabhängige Temperatur berechnet.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (7)das zweite Temperatur-Modellband für eine drehzahlabhängige Temperatur berechnet.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (7) das zweite Temperatur-Modellband in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur berechnet.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (7) das zweite Temperatur-Modell in Abhängigkeit von weiteren Parametern wie der Ansauglufttemperatur, der Fahrzeuggeschwindigkeit, der angesaugten Luftmasse und/oder des Drosselklappenwinkels berechnet.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner einen defekten Temperatursensor (4) erkennt, sobald die gemessenen Ist- Temperatur für eine vorgegebene Zeitspanne außerhalb der beiden modellbänder liegt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (7) weitere Prüfungen ab dem Zeitpunkt beginnt, wenn die beiden Temperatur-Modellbänder überlappungsfrei sind.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (7) für das Temperatur-Modellband einen Zeitzähler startet, der solange läuft, solange sich die jeweilige Ist-Temperatur innerhalb der Temperatur-Modellbänder befindet.

9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (7) eine fehlerfreie Funktion erkennt, wenn die vom Temperatursensor (4) gemessene Ist-Temperatur sich innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls im ersten und außerhalb des zweiten Temperatur-Modellbandes befindet.

10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (7) eine Fehlermeldung für einen defekten Temperatursensor (4) ausgibt, wenn sich die vom Temperatursensor (4) gemessene Ist-Temperatur während des vorgegebenen Zeitintervalls außerhalb der beiden Temperatur- Modellbänder befindet.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (7) eine Fehlermeldung vorzugsweise "Kühlsystem defekt" ausgibt, wenn während der vorgegebenen Meßdauer die gemessene Ist-Temperatur sich außerhalb des ersten Temperatur- Modellbandes, aber innerhalb des zweiten Temperatur- Modellbandes befindet.

12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Rechner (7) den Verlauf der vom Temperatursensor (4) gemessenen Ist-Temperatur verfolgt, ihn mit dem Verlauf des zweiten Temperatur-Modellbandes vergleicht und aus dem Verlauf der gemessenen Ist-Temperaturen innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls eine Fehlermeldung für einen defekten Temperatursensor (4) oder ein defektes Thermostatventil (3) ausgibt.