DE10120968A1 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Feststellung der Funktionsfähigkeit eines Sensors zur Messung der Motortemperatur - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung zur Feststellung der Funktionsfähigkeit eines Sensors zur Messung der Temperatur eines Motors. Dazu wird der Differenzbetrag (deltaT) zwischen dem höchsten und niedrigsten Temperaturwert (Tmax, Tmin) festgestellt und danach geprüft, ob der festgestellte Differenzbetrag (deltaT) oder eine von ihm abgeleitete Größe unterhalb eines vorgegebenen Schwellenbetrages (Ts) liegt, wobei bei einem unterhalb des Schwellenbetrages (Ts) liegenden Differenzbetrag (deltaT) in Abhängigkeit von zuvor gemessenen weiteren Fahrzeugparametern bestimmt wird, ob der Sensor als ordnungsgemäß arbeitend oder als fehlerhaft gekennzeichnet wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Temperatur-Sensors einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges sowie eine Schaltungsanordnung zur Durchführung dieses Verfahrens. Die wachsende Abhängigkeit grundlegender Funktionen in Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise 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 diagnostisch auszuwerten, gefährdete Komponenten durch geeignete Notlaufprogramme zu schützen sowie eventuelle Ersatzgrößen für einen Notlauf bereitzustellen 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 Stromwerte) zu bestimmen und diese mit Hilfe von Grenzwerten auf Plausibilität zu prüfen. Je nach Art des Sensors wird bei Über- oder Unterschreiten des Grenzwertes über mehrere Meßzyklen hinweg eine Fehlfunktion des Sensors diagnostiziert.

Aus der DE 198 29 622 ist ein Verfahren zum Überwachen der Funktion eines Sensors in einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges und ein nach diesem Verfahren arbeitendes elektronisches Steuergerät bekannt. Dort werden aus den Ausgangssignalen Sensordifferenzwerte erzeugt und aus einer größeren Anzahl von Referenzwerten wird ein gleitender Mittelwert als Vergleichswert berechnet. Abhängig von der Amplitudenteilung der Referenzwerte um den Vergleichswert wird die Funktion des Sensors diagnostiziert. Da das Verfahren lediglich auf die Auswertung der Sensorwerte abstellt, ist das Diagnoseergebnis nicht besonders abgesichert.

Eine Möglichkeit der Überschreitung von Grenzwerten eines Sensors nach oben oder unten wird in der US-PS 5,153,835 erläutert. Sensoren zur Messung der Temperatur des Motors werden vielfach als Thermistoren eingesetzt. Ein Thermistor ist ein negativer Widerstand, dessen Widerstandswert sich bei wachsender Temperatur vermindert. Die Temperatur des Motors wird in der Regel als Temperatur des Kühlwassers bewertet, wobei die Temperatur bei wassergekühlten Motoren am Kasten des geregelten Thermostaten gemessen wird. Bei luftgekühlten Motoren erfolgt die Messung der Motortemperatur in der Regel am Zylinderkopf. Ein plausibler Bereich für Spannungswerte eines Thermistors bei der Messung der Temperatur des Kühlwassers liegt zwischen 4,7 und 0,1 Volt.

Wird aber der Thermistor durch einen Schaden kurz geschlossen oder von dem Stromkreis abgetrennt, so kann an dem mit dem Thermistor verbundenen Spannungsteiler eine unterhalb 0,1 Volt oder oberhalb von 4,7 Volt liegende Spannung gemessen werden, obwohl die Temperatur des Kühlwassers im üblichen Bereich liegt.

Ein anderes schwerwiegendes Problem liegt darin, daß ein Thermistor Spannungswerte anzeigen kann, die durchaus in Bezug auf die mögliche Temperatur eines Motors plausibel sind. Gleichwohl kann die angezeigte Temperatur stark von der tatsächlichen Temperatur des Motors bzw. des Kühlwassers abweichen. Dies kann dadurch geschehen, daß der Thermsitor oder ein anderer verwendeter Temperatursensor "hängt", das heißt der Widerstandswert des Sensors ändert sich nicht oder nur kaum mit der sich ändernden Temperatur des Motors bzw. Kühlwassers. Hierdurch kann die Steuerung des Motors fehlerhafte Stellwerte ermitteln, die zur Beschädigung bzw. Stillstand des Motors führen können.

Aufgabe der Erfindung ist es daher ein Verfahren und eine Schaltungsanordnung anzugeben, mit dem das Hängen eines Temperatur-Sensors erkannt und dementsprechend Maßnahmen zur Abhilfe ergriffen werden können.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Verfahrensansprüche und des Vorrichtungsanspruch gelöst. Die Erfindung besteht im Prinzip darin, daß nach dem Motorstart der Differenzbetrag der niedrigsten und der höchsten Temperaturwerte festgestellt wird und, wenn das Ausgangssignal sich nur geringfügig oder überhaupt nicht ändert und damit der Differenzbetrag unterhalb eines vorgegebenen Schwellenbetrages bleibt, auf einen möglicherweise defekten Sensor geschlossen wird. Den Schwellenbetrag wird man so klein wählen, daß er durch den Differenzbetrag eines ordnungsgemäß arbeitenden Temperatur-Sensors bei den üblicherweise auftretenden Temperaturschwankungen des Motors überschritten wird. Erfindungsgemäß wird aber beim Unterschreiten des Schwellenbetrages durch den Differenzbetrag der Sensor nicht sofort als fehlerhaft markiert. Gemäß der Erfindung wird vielmehr anhand von weiteren Parametern des Fahrzeugs geprüft ob der Sensor nicht gleichwohl korrekt arbeitet. Es ist ja immerhin denkbar, daß der Motor längere Zeit mit gleicher Leistung betrieben wird und dabei Temperatur konstant beibehält. Dies kann beispielsweise bei einem Fahrzeug geschehen, welches mit einem Tempostaten versehen ist und auf ebener Strecke mit gleichbleibender Geschwindigkeit fährt.

Um ein abgesichertes, bzw. ausreichend zuverlässiges Diagnoseergebnis zu erhalten, wird weiter geprüft, ob die Motorleistung in dem betrachteten Zeitraum hinreichenden Schwankungen unterworfen war, die zu einer entsprechenden Schwankung der Temperatur des Motors hätten führen müssen. Dementsprechend wird ein Wert gebildet, der nachfolgend als Hilfsgröße bezeichnet wird. Diese Hilfsgröße wird derart gewählt, daß mit ihr eine Aussage über die Betriebsbereiche, die ein Motor nach dem Motorstart bereits durchlaufen hat, getroffen werden kann. Die Hilfsgröße kann unabhängig von dem möglicherweise defekten Temperatursensor festgestellt werden. Sie kann beispielsweise ein Maß für die Größe der Schwankung der Motor-Temperatur beinhalten, indem sie beispielsweise die Differenz zweier durch die Fahrzeugparameter bestimmter Temperaturen - wie beispielsweise Öltemperatur oder Abgastemperatur - bildet. Diese Größe kann aber auch das Differential einer derartigen Temperaturänderung sein. Die Hilfsgröße kann aber auch aus mehreren Werten bestehen, die zueinander in ein Verhältnis gesetzt werden. Zum Bestimmen der Hilfsgrößen können verschiedene Zeitglieder vorgesehen werden, die ein Verlassen der Betriebsbereiche, z. B. "geringe" oder "hohe" Kühlung, überwachen.

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 Diagnoseverfahren belastet, so daß mehr Leistung der Bordelektronik für andere Aufgaben zur Verfügung steht.

Eine besonders einfache Weiterbildung der Erfindung ergibt sich dadurch, daß die Hilfsgröße aus Betriebsparametern, die den Zuständen "geringe Kühlleistung" und "hohe Kühlleistung" entsprechen, gebildet wird. Wurden beide Zustände erreicht, wurde also z. B. sowohl eine festgelegte hohe als auch eine festgelegte niedrige Kühlleistung innerhalb der Meßzeit erreicht, so muß auch die Temperatur des Motors hinreichend geschwankt haben, was ein intakter Sensor durch einen entsprechenden Differenzbetrag zwischen dem minimalem Temperaturwert und dem maximalen Temperaturwert ebenfalls detektiert haben müßte. Hat der Sensor diese Temperaturschwankungen nicht detektiert, so ist er fehlerhaft.

Die zu einer Bestimmung der jeweiligen Kühlleistung benötigten Parameter des Fahrzeugs sind besonders einfach zu messen und ergeben somit eine vergleichsweise einfache Bestimmung der Kühlleistung.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung können als weitere Betriebsparameter auch - zusätzlich oder allein - die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder der Luftmassendurchsatz durch den Motor und/oder Temperaturwerte - wie Öltemperatur und/oder Abgastemperatur verwendet werden. Selbstverständlich können auch andere Parameter zweckmäßig ausgewertet werden wie beispielsweise 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 Kühlleistung 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 Start-Temperatur des Motors innerhalb 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 gemessene 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 Temperatur, 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 ausgegangen 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 unmittelbar 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 gewählt, 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 deltal größer als der vorgegebenen 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 besteht 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 Temperaturmessung 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 Betriebsbereich "hohe Kühlleistung" wurden erreicht oder nicht. Eine Hilfsgröße H+ signalisiert das Erreichen dieser Betriebszustände. Wurden beide Bereiche erreicht obwohl 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 Schwellenbetrages liegenden Differenzbetrag zwar eine niedrige Kühlleistung oder eine hohe Kühlleistung erreicht wurde nicht aber beide Zustände. In diesen Fall wird das Verfahren 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 Temperaturmessungen ergebende Differenzbetrag eine hinreichende, den Schwellenbetrag überschreitende 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 (6)

1. Verfahren zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Temperatur- Sensors einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

• 1. 1.1 der Differenzbetrag (deltaT) zwischen dem höchsten und niedrigsten Temperaturwert (Tmax, Tmin) wird ermittelt,
• 2. 1.2 der Differenzbetrag (deltaT) wird mit einem Schwellenwert (Ts) verglichen,
• 3. 1.3 aus weiteren Betriebsparametern wird eine Hilfsgröße (H+) ermittelt, die aussagt, ob der Differenzbetrag (deltal) größer sein müßte als der Schwellenwert (Ts),
• 4. 1.4 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 Sensors signalisiert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzbetrag (deltal) in vorgegebenen Zeittakten wiederholt ermittelt wird.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsgröße (H+) aus weiteren Betriebsparametern, die den Zuständen "geringe Kühlleistung" und "hohe Kühlleistung" entsprechen, gebildet wird.

4. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Diagnose abgebrochen wird, wenn die unmittelbar nach dem Motorstart gemessenen Temperaturwerte nicht innerhalb eines plausiblen Temperaturbereichs liegen.

5. Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Betriebsparameter durch die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder den Luftmassendurchsatz durch den Motor und/oder Temperaturwerte - wie Öltemperatur und/oder Abgastemperatur - gebildet sind.

6. Anordnung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Temperatur- Sensors einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Speicher vorgesehen ist, in dem der innerhalb eines Zeitraums aufgetretene maximale und minimale Temperaturwert (Tmax, Tmin) des Motors gespeichert wird, daß ein erstes Differenzglied vorgesehen ist, welches aus der Differenz des maximalen und minimalen Temperaturwertes (Tmax, Tmin) einen Differenzbetrag bildet, daß ein Vergleicher vorgesehen ist, der den Differenzbetrag mit einem vorgegebenen Schwellenbetrag (Ts) vergleicht, daß ein zweiter Speicher vorgesehen ist, in dem zumindest eine aus zuvor gemessenen weiteren Fahrzeugparametern bestimmte Hilfsgröße (H+), vorzugsweise eine definierte hohe und eine definierte niedrige Kühlleistung speicherbar sind, daß eine Markierschaltung vorgesehen ist, die den Sensor dann als fehlerhaft markiert, wenn über den Vergleicher ein unterhalb des Schwellenbetrages (Ts) liegender Differenzbetrag festgestellt wird und dem zweiten Speicher die bestimmte Hilfsgröße (H+) insbesondere die definierte hohe Kühlleistung und die definierte niedrige Kühlleistung entnehmbar ist.