DE10120968C2 - Verfahren und Schaltungsanordnung zur Überwachung der Funktionsfähigkeit eines Temperatursensors einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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.