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