DE102005009103B4

DE102005009103B4 - Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose eines einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine zugeordneten Luftemperatursensors

Info

Publication number: DE102005009103B4
Application number: DE200510009103
Authority: DE
Inventors: Bruno Izard
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2007-02-15
Anticipated expiration: 2025-03-01
Also published as: DE102005009103A1

Abstract

Verfahren zur Diagnose eines einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine zugeordneten Lufttemperatursensors (1), dadurch gekennzeichnet, dass für die Diagnose des Lufttemperatursensors (1) Betriebsparameter (BP) der Brennkraftmaschine oder eines mit der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs ausgewertet werden, wobei für die Diagnose ein von den Betriebsparametern (BP) abhängiger Schätzwert (T_Sch) für die Temperatur im Ansaugtrakt am Ende eines vorbestimmten Zeitabschnittes und ein mit dem Lufttemperatursensor (1) am Ende des Zeitabschnittes gemessener Wert (T_Mess_E) verwendet werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose eines einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine zugeordneten Lufttemperatursensors, wobei zur Diagnose des Lufttemperatursensors Betriebsparameter der Brennkraftmaschine oder eines mit der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs ausgewertet werden.
Aufgrund gesetzlicher Vorgaben zur Verringerung der Schadstoffemissionen von Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge müssen, gemäß der von der kalifornischen Umweltbehörde herausgegebenen Vorschriften zur On-Board Diagnose II (OBD II), alle abgasrelevanten Fahrzeugkomponenten und Systeme überwacht werden. Durch die Überwachung soll sichergestellt werden, dass alle überwachten Systeme und Komponenten in ihrem optimalen Bereich arbeiten und so der Schadstoffausstoß der Brennkraftmaschine minimiert wird. Zu den zu überwachenden Systemen gehört neben der Katalysatoranlage, der Lambdasonde, des Abgasrückführsystems, des Kraftstoffsystems und des Tankentlüftungssystems auch der Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine, da für eine optimale Verbrennung die den Zylindern zugeführte Luftmasse präzise bestimmt werden muss.

Die Bestimmung der den Zylindern zugeführten Luftmasse kann durch die Auswertung der Signale eines Saugrohrdrucksensors und eines Lufttemperatursensors erfolgen. Gemäß OBD II müssen die oben genannten Sensoren diagnostiziert werden. So kann der Ausfall des Lufttemperatursensors, durch z. B. Leitungskurzschlüsse oder mechanische Beschädigungen, zu verringerter Motorleistung, erhöhtem Kraftstoffverbrauch und Schadstoffemissionen führen.

Für ein mögliches Verfahren zur Diagnose des Lufttemperatursensors wird zumindest ein weiterer Lufttemperatursensor im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine benötigt. Es wird ein Vergleich der Messwerte beider Lufttemperatursensoren durchgeführt. Falls die Differenz der jeweiligen Messwerte einen Schwellenwert überschreitet, wird eine Fehlermeldung für den zu überwachenden Lufttemperatursensor angezeigt. Aufgrund der Verwendung eines zweiten Lufttemperatursensors, treten bei den bekannten Verfahren zusätzliche Kosten durch die Diagnose auf. Des Weiteren wird durch die zusätzlich benötigte Hardware auch die Komplexität und Fehleranfälligkeit des Systems gesteigert.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstiges Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose eines einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine zugeordneten Lufttemperatursensors zur Verfügung zu stellen.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zur Diagnose eines einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine zugeordneten Lufttemperatursensors, wobei Betriebsparameter der Brennkraftmaschine oder eines mit der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs für die Diagnose ausgewertet werden. Hierzu wird der Sachverhalt ausgenutzt, dass die Lufttemperatur im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine unter anderem auch vom Betriebszustand des Fahrzeugs abhängt. So nimmt z. B. die Lufttemperatur im Ansaugtrakt, ausgehend von einer Beschleunigungsphase des Fahrzeugs und anschließender Fahrt bei hoher Geschwindigkeit und mittlerer Belastung der Brennkraftmaschine, innerhalb einer bestimmten Zeitspanne stark ab. Dagegen steigt die Lufttemperatur im Ansaugtrakt innerhalb einer bestimmten Zeitspanne an, wenn das Fahrzeug bei niedriger Geschwindigkeit und Belastung der Brennkraftmaschine betrieben wird, nachdem es zuvor mit höherer Geschwindigkeit und Belastung der Brennkraftmaschine beaufschlagt wurde. Ein weiteres Beispiel für eine Temperaturzunahme stellt eine im Ladebetrieb arbeitende aufgeladene Brennkraftmaschine dar, die zuvor im Saugbetrieb betrieben wurde.

Zur Durchführung des Verfahrens werden in einem Steuergerät, z. B. dem Motorsteuergerät, zeitliche Verläufe von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine oder des Fahrzeugs ausgewertet und in Abhängigkeit der Auswertung Betriebszustände der Brennkraftmaschine festgelegt. Durch die Betriebszustände wird entschieden, ob und um welchen Wert die Lufttemperatur im Ansaugtrakt, ausgehend vom aktuellen Zeitpunkt, innerhalb eines bestimmten Zeitabschnittes steigt, fällt oder ob keine Aussage über die Temperaturentwicklung für diesen Zeitabschnitt möglich ist.

Es wird demnach zu Beginn des Zeitabschnittes ein Schätzwert für die Lufttemperatur im Ansaugtrakt am Ende des Zeitabschnittes ermittelt. Dieser Schätzwert hängt vom Betriebszustand ab. Anschließend wird die Differenz zwischen dem mit dem Lufttemperatursensor gemessenen Wert zu Beginn des Zeitabschnittes und dem Schätzwert für die Lufttemperatur am Ende des Zeitabschnittes ermittelt. Diese Differenz stellt die während des betrachteten Zeitabschnittes geschätzte Änderung der Temperatur dar und wird im folgendem als Schätzdifferenz bezeichnet. Da der Schätzwert für die Temperatur zum Ende eines Zeitabschnittes mit einer gewissen Toleranz behaftet ist, wird die Schätzdifferenz mit einem Toleranzband versehen.

Am Ende eines Zeitabschnittes wird die Differenz zwischen dem mit dem Lufttemperatursensor gemessenen Wert zu Beginn und am Ende des Abschnittes gebildet. Diese Differenz entspricht der während des betrachteten Zeitabschnittes gemessenen Temperaturänderung. Folgend wird die Differenz zwischen der ge schätzten und gemessenen Temperaturänderung gebildet. Falls diese Differenz außerhalb des ermittelten Toleranzbandes der Schätzdifferenz liegt, wird eine Fehlermeldung generiert. Zur Diagnose des Lufttemperatursensors wird demnach ein Vergleich der Differenz der Messwerte des Lufttemperatursensors zu Beginn und am Ende eines Zeitabschnittes mit der zu Beginn eines Zeitabschnittes ermittelten mit einem Toleranzband behafteten Schätzdifferenz durchgeführt. Alternativ kann für die Diagnose auch die Differenz zwischen dem Schätzwert für die Lufttemperatur und dem mit dem Lufttemperatursensor gemessenen Wert am Ende eines Zeitabschnittes verwendet werden.

Eine Diagnose wird nur ausgeführt, falls der Betriebszustand zu Beginn eines Zeitabschnittes die Ermittlung einer Schätzdifferenz ermöglicht und ausgesuchte Betriebsparameter der Brennkraftmaschine oder des Fahrzeugs während dieses Zeitabschnittes innerhalb vorgegebener Betriebsparametertoleranzbänder liegen. Die Betriebsparametertoleranzbänder sind dabei von dem für diesen Zeitabschnitt gültigen Betriebszustand abhängig. Falls Betriebsparameter während des Zeitabschnittes ihre zugehörigen Betriebsparametertoleranzbänder verlassen, wird ein neuer Zeitabschnitt zur Diagnose des Lufttemperatursensors gestartet.

Das vorgestellte Verfahren zur Diagnose eines Lufttemperatursensors weist den Vorteil auf, dass für die Diagnose kein zusätzlicher Sensor benötigt wird. Somit entstehen durch das erfindungsgemäße Verfahren in Bezug auf das Eingangs genannte Verfahren geringere Kosten. Des Weiteren wird durch den verminderten Hardwareaufwand die Fehleranfälligkeit vermindert.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Betriebszustände der Brennkraftmaschine in drei Kategorien eingeteilt. In einer ersten Kategorie werden alle Betriebszustände zusammengefasst, bei denen innerhalb des vorgegebenen Zeitabschnittes eine Erhöhung der Lufttemperatur im Ansaugtrakt auftritt. Entsprechend werden in einer zweiten Katego rie alle Betriebszustände zusammengefasst, bei denen innerhalb des Zeitabschnittes eine Erniedrigung der Lufttemperatur vorkommt. In der dritten Kategorie werden Betriebszustände eingruppiert, die keine Aussage über die Temperaturentwicklung im Ansaugtrakt innerhalb des betrachteten Zeitabschnittes erlauben. Durch die Eingruppierung der Betriebszustände in drei Kategorien wird die in der Steuereinheit benötigte Rechenleistung und der Speicherbedarf zur Diagnose des Lufttemperatursensors minimiert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung wird eine Fehlermeldung nur für den Fall generiert, dass der Lufttemperatursensor bei mehreren aufeinander folgenden Betriebszuständen als fehlerhaft diagnostiziert wurde. Durch diese Maßnahme werden die Bedingungen, unter denen der Lufttemperatursensor als fehlerbehaftet angezeigt wird, eingeschränkt. Fehldiagnosen werden so vermieden.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist im Steuergerät ein mathematisches Modell der Brennkraftmaschine hinterlegt. Die Bestimmung der Lufttemperatur im Ansaugtrakt zum Ende eines Zeitabschnittes erfolgt mit Hilfe des Modells, aktueller und vorheriger Betriebsparameter und eines Schätzalgorithmus. Durch dieses Verfahren kann das Toleranzband der Schätzdifferenz verkleinert werden. Die Diagnose des Lufttemperatursensors wird so verfeinert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Erfindung werden bei einer aufgeladenen Brennkraftmaschine der Luftmassenstrom im Ansaugtrakt, das Verhältnis der Luftdrücke zwischen der bei einem Lader ein- und austretenden Luft oder die Fahrzeuggeschwindigkeit als Parameter zur Festlegung der Betriebszustände verwendet. Die oben genannten Parameter ermöglichen besonders genaue Aussagen bezüglich der Lufttemperatur im Ansaugtrakt zum Ende eines Zeitabschnitts.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

1 eine Vorrichtung zur Diagnose eines einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine zugehörigen Lufttemperatursensors,

2 ein Ablaufdiagramm zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

3 ein Ablaufdiagramm einer vorteilhaften Ausführung zur Vermeidung von Fehldiagnosen.

In 1 ist eine Vorrichtung zur Diagnose eines einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine zugehörigen Lufttemperatursensors 1 dargestellt. Die Signale des Lufttemperatursensors 1 werden einem Steuergerät 2 zugeführt. Darüber hinaus sind in dem Steuergerät 2 Informationen über Betriebsparameter der Brennkraftmaschine oder eines mit der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs vorhanden. Diese Informationen können durch die Erfassung von Betriebsparameter messenden Sensoren, wie z. B. einem Drucksensor 3 im Ansaugtrakt, durch den Informationsaustausch mit weiteren Steuereinheiten 4 oder durch Berechnung aus vorliegenden Informationen ermittelt werden. Anhand der aktuellen und vorheriger in einem Speicher 5 des Steuergerätes 2 abgelegter Daten der Betriebsparameter, wird im Steuergerät 2 ein für die Diagnose des Lufttemperatursensors 1 benötigter Betriebszustand ermittelt. Die weiteren zur Diagnose erforderlichen Berechnungen werden in dem Steuergerät 2 durchgeführt. Als Steuergerät 2 zur Diagnose kann z. B. das Motorsteuergerät verwendet werden.

2 zeigt ein Diagramm, welches die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht. Es ist ein Bearbeitungsdurchlauf dargestellt. Zu Beginn wird in dem Schritt S1, abhängig von den aktuellen und den vorherigen Betriebsparametern BP der Brennkraftmaschine oder des zugehörigen Fahrzeugs, der Betriebszustand BZ der Brennkraftmaschine ermittelt. Anschließend wird in S2 geprüft, ob der Betriebszustand BZ eine Schätzung der Temperatur T_Sch zum Ende eines vom Betriebszustand BZ abhängigen Zeitabschnittes erlaubt. Falls keine Schätzung möglich ist, erfolgt durch den Schritt S3 die Verzweigung auf den Beginn des Bearbeitungsdurchlaufs. Andernfalls wird in den Schritt S4 die Dauer D_t des Zeitabschnittes und der Schätzwert T_Sch der Temperatur zum Ende des Zeitabschnittes bestimmt. In dem nachfolgenden Schritt S5 wird der aktuelle Messwert T_Mess_A (Messwert am Anfang des Zeitabschnittes) des zu überwachenden Lufttemperatursensors 1 im Ansaugtrakt erfasst. Folgend wird in S6 die Schätzdifferenz D_T_Sch durch die Differenz zwischen T_Sch und T_Mess_A und das zur Schätzdifferenz zugehörige Toleranzband TB gebildet. Die Schätzdifferenz D_T_Sch entspricht der während des Zeitabschnittes geschätzten Änderung der Temperatur.

In dem Schritt S7 wird geprüft, ob alle zur Bestimmung des Betriebszustandes BZ und des Schätzwertes T_Sch herangezogenen Betriebsparameter BP für die Dauer des Zeitabschnittes innerhalb von dem Betriebszustand BZ abhängigen Betriebsparametertoleranzbändern BPTB liegen. BPTB_UG bzw. BPTB_OG stellen den unteren bzw. den oberen Grenzwert eines Betriebsparametertoleranzbandes BPTB dar. Hierdurch wird sichergestellt, dass für den gesamten Zeitabschnitt die zur Schätzung der Temperatur am Ende des Zeitabschnittes erforderliche Voraussetzungen erfüllt sind. Durch den Index i wird veranschaulicht, dass mehrere Parameter überprüft werden müssen. Falls diese Bedingung nicht erfüllt wird, erfolgt in dem Schritt S8 die Verzweigung auf den Beginn des Bearbeitungsdurchlaufs. In dem anderen Fall wird in dem Schritt S9 der Messwert T_Mess_E des zu überwachenden Lufttemperatursensors 1 am Ende des Zeitabschnitts erfasst.

Darauf folgt in Schritt S10 die Berechnung von D_T_Mess durch die Differenzbildung zwischen den erfassten Messwerten des Lufttemperatursensors 1 am Anfang T_Mess_A und am Ende T_Mess_E des Zeitabschnittes. Anschließend wird in dem Schritt S11 die Differenz D_T zwischen der Schätzdifferenz (geschätzten Temperaturänderung) D_T_Sch und der gemessenen Temperaturänderung D_T_Mess während des Zeitabschnittes gebildet. In dem Schritt S12 erfolgt die Überprüfung, ob der Betrag von D_T innerhalb des Toleranzbandes TB der Schätzdifferenz D_T_Sch liegt. TB_UG bzw. TB_OG stellen den unteren bzw. den oberen Grenzwert des Toleranzbandes TB dar. Liegt der Betrag D_T innerhalb des Toleranzbandes TB der Schätzdifferenz D_T_Sch, wird in dem Schritt S13 der zu überwachende Lufttemperatursensor 1 als ordnungsgemäß funktionierend OK diagnostiziert. Andernfalls wird in S14 für den Lufttemperatursensor 1 eine Fehlfunktion F diagnostiziert.

In 3 ist ein Ablaufdiagramm einer vorteilhaften Ausführung zur Vermeidung von Fehldiagnosen dargestellt. In diesem Beispiel wird für den zu überwachenden Lufttemperatursensor 1 eine Fehlfunktion F nur unter der Bedingung diagnostiziert, wenn bei jeweils zwei aufeinander folgenden Diagnosen der Betrag D_T außerhalb des Toleranzbandes TB der Schätzdifferenz liegt. Zur Anwendung des Verfahrens sind zwei Teildiagnosen D1, D2 erforderlich. Für jede Teildiagnose D1, D2 findet das in 2 vorgestellte Ablaufdiagramm Anwendung. Zu Beginn wird in dem Schritt S1 die erste Teildiagnose D1 durchgeführt. Als Ergebnis der Teildiagnose D1 wird für den Lufttemperatursensor 1 eine Fehlfunktion FD1 oder eine ordnungsgemäße Funktion OKD1 festgestellt. Das Ergebnis von D1 wird einer Logikeinheit LE zugeführt. Anschließend erfolgt in dem Schritt S2 die Teildiagnose D2, wobei das Ergebnis FD2 oder OKD2 von D2 der Logikeinheit LE zugeführt wird. Folgend wird in dem Schritt S3 in der Logikeinheit LE das Ergebnis der Gesamtdiagnose ermittelt. Eine Fehlfunktion F des Lufttemperatursensors wird nur diagnostiziert, wenn bei beiden Teildiagnosen D1 und D2 eine Fehlfunktion festgestellt wurde. Reziprok wird die ordnungsgemäße Funktion OK nur diagnostiziert, wenn bei beiden Teildiagnosen D1 und D2 das ordnungsgemäße funktionieren des Lufttemperatursensors 1 festgestellt wurde. Die restlichen Kombinationen der Ergebnisse von D1 und D2 erlauben keine eindeutige Diagnose des Lufttemperatursensors 1.

Eine zusätzliche Steigerung der Treffsicherheit der Diagnose des Lufttemperatursensors 1 kann durch die Erhöhung der Anzahl der Teildiagnosen und entsprechender logischer Verknüpfung der Teilergebnisse oder durch Bedingungen an die Teildiagnosen erfolgen. So kann z. B. die Bedingung gestellt werden, dass für eine Diagnose zwei aufeinander folgende unterschiedliche Betriebszustände BZ ausgewertet werden, wobei für einen Betriebszustand BZ eine Temperaturerhöhung der Luft im Ansaugtrakt auftritt und für den Anderen eine Erniedrigung. Durch diese Vorgehensweise wird das Verhalten des Lufttemperatursensors bei verschiedenen Temperaturgradienten überprüft.

Claims

Verfahren zur Diagnose eines einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine zugeordneten Lufttemperatursensors (1), dadurch gekennzeichnet, dass für die Diagnose des Lufttemperatursensors (1) Betriebsparameter (BP) der Brennkraftmaschine oder eines mit der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs ausgewertet werden, wobei für die Diagnose ein von den Betriebsparametern (BP) abhängiger Schätzwert (T_Sch) für die Temperatur im Ansaugtrakt am Ende eines vorbestimmten Zeitabschnittes und ein mit dem Lufttemperatursensor (1) am Ende des Zeitabschnittes gemessener Wert (T_Mess_E) verwendet werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Diagnose durch einen Vergleich zwischen einem von den Betriebsparametern (BP) abhängigen Schätzwert (D_T_Sch) für die Temperaturänderung im Ansaugtrakt innerhalb eines von den Betriebsparametern (BP) abhängigen Zeitabschnittes und der mit dem Lufttemperatursensor (1) gemessenen Temperaturänderung (D_T_Mess) erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Abhängigkeit von den Betriebsparametern (BP) Betriebszustände (BZ) bestimmt werden, wobei durch die Betriebszustände (BZ) festgelegt wird, ob und um welchen Wert die Lufttemperatur in dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine, innerhalb eines vom Betriebszustand (BZ) abhängigen Zeitabschnittes, steigt, fällt oder ob keine Aussage über die Temperaturentwicklung für diesen Zeitabschnitt möglich ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebszustände (BZ) in drei Kategorien eingeteilt werden, wobei in einer ersten Kategorie alle Betriebszustände (BZ) zusammengefasst werden, bei denen die Lufttemperatur im Ansaugtrakt innerhalb des vom Betriebszustand (BZ) abhängigen Zeitabschnittes steigt, in einer zweiten Kategorie alle Betriebszustände (BZ) zusammengefasst werden, bei denen die Lufttemperatur fällt und in einer dritten Kategorie alle Betriebszustände (BZ) zusammengefasst werden, die keine Vorhersage der Lufttemperatur während des Zeitabschnittes erlauben.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Diagnose des Lufttemperatursensors (1) mehrere aufeinander folgende Betriebszustände (BZ) der Brennkraftmaschine ausgewertet werden, wobei das Ergebnis der Diagnose durch eine logische Verknüpfung der Ergebnisse der für die jeweiligen Betriebszustände (BZ) durchgeführten Teildiagnosen bestimmt wird.
Verfahren nach dem vorstehenden Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass zur Diagnose des Lufttemperatursensors (1) mehrere aufeinander folgende Betriebszustände (BZ) unterschiedlicher Kategorie ausgewertet werden.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schätzung der Lufttemperatur im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine mit Hilfe eines mathematischen, in einem Steuergerät (2) hinterlegten Modells der Brennkraftmaschine erfolgt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei bei einer aufgeladenen Brennkraftmaschine als Betriebsparameter (BP) zur Bestimmung der Betriebszustände (BZ) der Luftmassenstrom im Ansaugtrakt, das Verhältnis der Luftdrücke zwischen der bei einem Lader ein- und austretenden Luft oder die Geschwindigkeit des Fahrzeugs verwendet werden.
Vorrichtung zur Diagnose eines Lufttemperatursensors (1), der einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine zugeordnet ist, die ein Steuergerät (2) zur Erfassung und Auswertung von Betriebsparametern (BP) der Brennkraftmaschine oder eines mit der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs aufweist, mit Mitteln, welche die Betriebsparameter (BP) der Brennkraftma schine oder eines mit der Brennkraftmaschine angetriebenen Fahrzeugs für die Diagnose des Lufttemperatursensors (1) auswerten, wobei für die Diagnose ein von den Betriebsparametern (BP) abhängiger Schätzwert (T_Sch) für die Temperatur im Ansaugtrakt am Ende eines vorbestimmten Zeitabschnittes und ein mit dem Lufttemperatursensor (1) am Ende des Zeitabschnittes gemessener Wert (T_Mess_E) verwendet werden.