DE102019203687A1 - Method for diagnosing exhaust gas sensors - Google Patents
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Abstract
Auswerte- und Steuereinheit, insbesondere als ASIC ausgebildet, zum Betreiben einer Breitband-Lambdasonde (200), die mindestens zwei elektrische Leitungen (201, 202, 203, 204) aufweist, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (100) mindestens zwei elektrische Anschlüsse (RE, IPE,APE, MES) zur elektrischen Verbindung mit den elektrischen Leitungen (201, 202, 203, 204) der Breitband-Lambdasonde (200) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass für jeweils zwei der Anschlüsse (RE, IPE,APE, MES) immer ein separater Komparator (A, A, A, A, A, A) vorgesehen ist, dessen Signaleingänge mit den zwei Anschlüssen (RE, IPE,APE, MES) elektrisch verbunden sind.Evaluation and control unit, in particular designed as an ASIC, for operating a broadband lambda probe (200) which has at least two electrical lines (201, 202, 203, 204), the evaluation and control unit (100) at least two electrical connections ( RE, IPE, APE, MES) for the electrical connection to the electrical lines (201, 202, 203, 204) of the broadband lambda probe (200), characterized in that for two of the connections (RE, IPE, APE, MES ) a separate comparator (A, A, A, A, A, A) is always provided, the signal inputs of which are electrically connected to the two connections (RE, IPE, APE, MES).
Description
Stand der TechnikState of the art
Aus der
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Mit der in der vorliegenden Erfindung vorgeschlagenen Auswerte- und Steuereinheit lassen sich hingegen Diagnosen der elektrischen Leitungen der Breitband-Lambdasonde mit Hinblick auf das Vorliegen von Kurzschlüssen stets vollständig und in einfacher Art und Weise durchführen.With the evaluation and control unit proposed in the present invention, however, diagnoses of the electrical lines of the broadband lambda probe with regard to the presence of short circuits can always be carried out completely and in a simple manner.
Die erfindungsgemäße Auswerte- und Steuereinheit weist mindestens zwei elektrische Anschlüsse auf, die mit mindestens zwei elektrischen Leitungen der Breitband-Lambdasonde verbindbar sind. Bevorzugt kann die Auswerte- und Steuereinheit sogar mindestens drei oder mindestens vier elektrische Anschlüsse aufweisen, von denen jede mit einer verschiedenen elektrischen Leitung der Breitband-Lambdasonde verbindbar ist. Insofern kann es sich beispielsweise um elektrische Leitungen handeln, die mit einer Referenzelektrode, einer inneren Pumpelektrode, einer äußeren Pumpelektrode und einem Messanschluss einer Breitband-Lambdasonde verbunden sind.The evaluation and control unit according to the invention has at least two electrical connections that can be connected to at least two electrical lines of the broadband lambda probe. The evaluation and control unit can preferably even have at least three or at least four electrical connections, each of which can be connected to a different electrical line of the broadband lambda probe. In this respect, electrical lines can be involved, for example, which are connected to a reference electrode, an inner pump electrode, an outer pump electrode and a measuring connection of a broadband lambda probe.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass für jeweils zwei der Anschlüsse immer ein separater Komparator vorgesehen ist, dessen Eingänge mit den zwei Anschlüssen elektrisch verbunden sind. Im Fall von 3 Anschlüssen sind also beispielsweise 3 Komparatoren vorgesehen, im Fall von n Anschlüssen sind also beispielsweise n*(n-1)/2 Komparatoren vorgesehen. Potenzialdifferenzen zwischen allen Anschlüssen werden so erfassbar und die für Diagnosen erforderlichen Informationen können ohne weitere Schaltvorgänge direkt erfasst werden.According to the invention, it is provided that a separate comparator is always provided for two of the connections, the inputs of which are electrically connected to the two connections. In the case of 3 connections, 3 comparators are provided, for example, in the case of n connections, n * (n-1) / 2 comparators are provided, for example. Potential differences between all connections can thus be recorded and the information required for diagnostics can be recorded directly without further switching operations.
Bei den Komparatoren kann es sich um aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannte Komponenten handeln, die (ggf. unter der Voraussetzung des Überschreitens einer Schwelle) feststellen, welcher ihrer beiden Signaleingänge ein höheres Potenzial aufweist, und die beispielsweise einen Differenzverstärker und ggf. weitere Verstärkerstufen aufweisen.The comparators can be components known in principle from the prior art, which determine (if necessary under the condition that a threshold is exceeded) which of their two signal inputs has a higher potential, and which, for example, have a differential amplifier and possibly further amplifier stages exhibit.
Um ohne weitere hardware- oder softwareseitigen Schutzmechanismen sicherzustellen, dass in derartigen Fehlerfällen an den Leitungen der Breitbandlambda-Sonde keine Schäden der Auswerte- und Steuereinheit resultieren, kann vorgesehen sein, dass die Komparatoren spannungsfest gegen die im Fehlerfall an dem jeweiligen Anschluss maximal zu erwartende Kurzschluss-Spannung sind, beispielsweise der vollen Versorgungsspannung. Die im Fehlerfall an dem jeweiligen Anschluss maximal zu erwartende Kurzschluss-Spannung kann beispielsweise 16V, 36V oder sogar 48V oder mehr betragen.In order to ensure, without additional hardware or software protection mechanisms, that there is no damage to the evaluation and control unit in such fault cases on the lines of the broadband lambda probe, it can be provided that the comparators are voltage-proof against the maximum short circuit to be expected in the event of a fault at the respective connection -Voltage, for example the full supply voltage. The maximum short-circuit voltage to be expected at the respective connection in the event of a fault can be, for example, 16V, 36V or even 48V or more.
In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass jedem der elektrischen Anschlüsse jeweils ein elektrischer Schalter zugeordnet ist, über den der jeweilige Anschluss individuell oder lediglich gemeinsam mit den anderen elektrischen Anschlüssen mit einem definierten elektrischen Potenzial verbindbar ist, wobei das definierte elektrische Potenzial und die Eingänge der Komparatoren durch die Schalter voneinander trennbar bzw. miteinander verbindbar sind. Auf diese Weise wird ein gemeinsames Bezugspotenzial als Basis für Diagnoseverfahren bereitgestellt, insbesondere, wenn zwischen dem jeweiligen Schalter und dem definierten elektrischen Potenzial ein Schutzwiderstand vorgesehen ist.In a development it can be provided that each of the electrical connections is assigned an electrical switch via which the respective connection can be connected individually or only jointly with the other electrical connections with a defined electrical potential, the defined electrical potential and the inputs of the Comparators can be separated from one another or connected to one another by the switches. In this way, a common reference potential is provided as the basis for diagnostic methods, in particular when a protective resistor is provided between the respective switch and the defined electrical potential.
Die Schalter können es auch ermöglichen, die Anschlüsse miteinander kurzzuschließen, um so die Breitband-Lambdasonde im Fehlerfall zu schützen.The switches can also make it possible to short-circuit the connections to one another in order to protect the broadband lambda probe in the event of a fault.
Vorteilhafterweise können die Schalter und der Schutzwiderstand Widerstandswerte im Bereich von 200 Ohm und 20 kOhm aufweisen, sodass im Fehlerfall resultierende Ströme und Potenzialdifferenzen im Messbereich üblicher Messeinrichtungen liegen.The switches and the protective resistor can advantageously have resistance values in the range of 200 ohms and 20 kOhms, so that in the event of a fault, the currents and potential differences that result are within the measuring range of conventional measuring devices.
Mit der gleichen Zielsetzung kann vorgesehen sein, dass die elektrischen Anschlüsse und das definierte elektrische Potenzial durch einen Gesamtwiderstand von 1 kOhm bis 50 MOhm getrennt sind, insbesondere als Summe des Innenwiderstands des jeweiligen Schalters im geschlossenen Zustand und dem Widerstandswert des Schutzwiderstands.With the same objective, it can be provided that the electrical connections and the defined electrical potential are separated by a total resistance of 1 kOhm to 50 MOhm, in particular as the sum of the internal resistance of the respective switch in the closed state and the resistance value of the protective resistor.
Um ohne weitere hardware- oder softwareseitigen Schutzmechanismen sicherzustellen, dass in derartigen Fehlerfällen an den Leitungen der Breitbandlambda-Sonde keine Schäden der Auswerte- und Steuereinheit resultieren, und um überdies auch im Fehlerfall ein Verfahren zur Diagnose der elektrischen Leitungen einer Breitband-Lambdasonde zu ermöglichen, ist insbesondere vorgesehen, dass auch die Schalter spannungsfest gegen die im Fehlerfall an dem jeweiligen Anschluss maximal zu erwartende Kurzschluss-Spannung sind.In order to ensure, without additional hardware or software protective mechanisms, that there is no damage to the evaluation and control unit in the event of such faults on the lines of the broadband lambda probe, and also to enable a method for diagnosing the electrical lines of a broadband lambda probe in the event of a fault, it is provided in particular that the switches are voltage-proof against the im In the event of a fault at the respective connection, the maximum expected short-circuit voltage is.
Zur raschen Feststellbarkeit, ob überhaupt ein Kurzschluss vorliegt, können weitere Komparatoren vorgesehen sein. An einem ersten ihrer Signaleingänge liegt beispielsweise jeweils ein Anschluss an und an einem zweiten ihrer Signaleingänge liegt beispielsweise jeweils ein Potenzial an, mit dem verglichen werden soll, beispielsweise ein oberes oder ein unteres zulässiges Potenzial.Further comparators can be provided so that it can be determined quickly whether there is a short circuit at all. At a first of their signal inputs there is, for example, a connection and at a second of their signal inputs there is, for example, a potential with which a comparison is to be made, for example an upper or a lower permissible potential.
Bei dem oberen/unteren zulässigen Potenzial kann es sich um das höchste/niedrigste an den Anschlüssen im fehlerfreien Fall gerade noch erwartete Potenzial handeln.The upper / lower permissible potential can be the highest / lowest potential just expected at the connections in the fault-free case.
Unter der Spannungsfestigkeit eines Bauteils gegen eine Spannung wird die Eigenschaft des Bauteils verstanden, dieser Spannung über längere Zeiten, beispielsweise mehrere Sekunden, ohne Schädigung aussetzbar zu sein. Insbesondere bei hoher Miniaturisierung, beispielsweise bei Ausführung des Bauteils als Teil einer als ASIC ausgeführten Auswerte- und Steuereinheit, setzt dies entsprechende konstruktive Maßnahmen voraus, beispielsweise ausreichende Isolierungen und/oder Abschirmungen.The dielectric strength of a component against a voltage is understood to mean the property of the component that it can be exposed to this voltage over longer periods of time, for example several seconds, without damage. Particularly in the case of high miniaturization, for example when the component is designed as part of an evaluation and control unit designed as an ASIC, this requires appropriate design measures, for example adequate insulation and / or shielding.
Im Rahmen der Anmeldung wird unter einer elektrischen Verbindung bzw. unter der Tatsachen, dass zwei elektrische Subkomponenten miteinander elektrisch verbunden sind, wenn nicht ausdrücklich anders gefordert, verstanden, dass eine niederohmige Verbindung besteht, beispielsweise durch eine elektrische Leiterbahn.In the context of the application, an electrical connection or the fact that two electrical subcomponents are electrically connected to one another, unless expressly required otherwise, is understood to mean that there is a low-resistance connection, for example through an electrical conductor track.
Die mit der in der vorgeschlagenen Auswerte- und Steuereinheit durchführbaren Diagnosen werden nachfolgend erläutert.The diagnoses that can be carried out in the proposed evaluation and control unit are explained below.
In einem ersten, vorangehenden Diagnoseschritt wird unterschieden, ob an keiner der elektrischen Leitungen der Breitband-Lambdasonde ein Kurzschluss vorliegt, oder ob an mindestens einer der elektrischen Leitungen der Breitband-Lambdasonde ein Kurzschluss nach einem niedrigen Kurzschlusspotenzial vorliegt, oder ob an mindestens einer der elektrischen Leitungen der Breitband-Lambdasonde ein Kurzschluss nach einem hohen Kurzschlusspotenzial vorliegt.In a first, preceding diagnostic step, a distinction is made as to whether there is no short circuit on any of the electrical lines of the broadband lambda probe, or whether there is a short circuit to a low short-circuit potential on at least one of the electrical lines of the broadband lambda probe, or whether on at least one of the electrical lines Lines of the broadband lambda probe there is a short circuit after a high short circuit potential.
Bei dem niedrigen Kurzschlusspotenzial kann es sich beispielsweise um Masse handeln; bei dem hohen Kurzschlusspotenzial kann es sich beispielsweise um eine Versorgungsspannung handeln, beispielsweise 16V.The low short-circuit potential can be ground, for example; the high short-circuit potential can, for example, be a supply voltage, for example 16V.
Diese Unterscheidung im Rahmen des ersten Diagnoseschrittes kann zum Beispiel dadurch erfolgen, dass mittels der oben erläuterten weiteren Komparatoren die an den Anschlüssen anliegenden Potenziale mit dem oberen und dem unteren zulässigen Potenzial verglichen werden und dass dann geschlossen wird, dass an keiner der elektrischen Leitungen der Breitband-Lambdasonde ein Kurzschluss vorliegt falls festgestellt wird, dass alle an den Anschlüssen anliegenden Potenziale höher sind als das untere zulässige Potenzial und niedriger sind als das obere zulässige Potenzial; und im ersten Diagnoseschritt geschlossen wird, dass an mindestens einer der elektrischen Leitungen der Breitband-Lambdasonde ein Kurzschluss nach einem niedrigen Kurzschlusspotenzial vorliegt, wenn festgestellt wird, dass an mindestens einem der Anschlüsse ein Potenzial anliegt, das niedriger ist als das untere zulässige Potenzial; und im ersten Diagnoseschritt geschlossen wird, dass an mindestens einer der elektrischen Leitungen der Breitband-Lambdasonde ein Kurzschluss nach einem hohen Kurzschlusspotenzial vorliegt, wenn festgestellt wird, dass an mindestens einem der Anschlüsse ein Potenzial anliegt, das höher ist als das obere zulässige Potenzial.This distinction in the context of the first diagnostic step can be made, for example, by using the additional comparators explained above to compare the potentials present at the connections with the upper and lower permissible potential and then to conclude that none of the electrical lines is broadband -Lambda probe there is a short circuit if it is determined that all potentials present at the connections are higher than the lower permissible potential and lower than the upper permissible potential; and in the first diagnostic step it is concluded that there is a short circuit to a low short circuit potential on at least one of the electrical lines of the broadband lambda probe if it is determined that a potential is present on at least one of the connections that is lower than the lower permissible potential; and in the first diagnostic step it is concluded that there is a short circuit to a high short circuit potential on at least one of the electrical lines of the broadband lambda probe, if it is determined that a potential is present on at least one of the connections that is higher than the upper permissible potential.
Wurde im ersten Diagnoseschritt ein solcher Fehler erkannt, also dass an mindestens einer der elektrischen Leitungen der Breitband-Lambdasonde ein Kurzschluss nach einem niedrigen/hohen Kurzschlusspotenzial vorliegt, ist die Durchführung eines zweiten Diagnoseschrittes vorgesehen, zur Identifizierung derjenigen elektrischen Leitungen der Breitband-Lambdasonde, an der der Kurzschluss nach dem niedrigen Kurzschlusspotenzial erfolgt.If such an error was detected in the first diagnostic step, i.e. that there is a short circuit to a low / high short-circuit potential on at least one of the electrical lines of the broadband lambda probe, a second diagnostic step is provided to identify those electrical lines of the broadband lambda probe which the short circuit takes place after the low short circuit potential.
Dies kann dadurch erfolgen, dass für alle Anschlüsse durch die separaten Komparatoren für immer jeweils zwei Anschlüsse festgestellt wird, an welchem der beiden Anschlüsse ein höheres Potenzial und an welchem Anschluss ein niedrigeres Potenzial anliegt und nachfolgend im Fall, in dem im ersten Diagnoseschritt festgestellt wurde, dass an mindestens einer der elektrischen Leitungen der Breitband-Lambdasonde ein Kurzschluss nach einem niedrigen/hohen Kurzschlusspotenzial vorliegt, diejenige der elektrischen Leitungen der Breitband-Lambdasonde als die Leitung identifiziert wird, an der der Kurzschluss nach dem niedrigen/hohen Kurzschlusspotenzial erfolgt, die mit dem Anschluss verbunden ist, für den im Vergleich mit allen anderen Anschlüssen festgellt wurde, dass an ihm das niedrigere/höhere Potenzial anliegt.This can be done by using the separate comparators to determine which of the two connections has a higher potential and which connection has a lower potential, and then in the case in which it was determined in the first diagnostic step that there is a short circuit to a low / high short-circuit potential on at least one of the electrical lines of the broadband lambda probe, that of the electrical lines of the broadband lambda probe is identified as the line on which the short circuit to the low / high short-circuit potential occurs, which is associated with the Connection is connected, for which it was determined in comparison with all other connections that it has the lower / higher potential.
Ist das nicht möglich, zum Beispiel, weil in den konkreten Messungen für alle Anschlüsse nicht im Vergleich zu allen anderen Anschlüssen ein niedrigeres/höheres Potenzial feststellbar war, dann kann vorgesehen sein, dass der zweite Diagnoseschritt des Verfahrens oder sogar der erste und der zweite Diagnoseschritt des Verfahrens wiederholt wird.If this is not possible, for example because a lower / higher potential could not be determined in the specific measurements for all connections compared to all other connections, then it can be provided that the second diagnostic step of the method or even the first and second diagnostic step the procedure is repeated.
Die Wiederholung kann nach einer Wartezeit erfolgen, beispielsweise 2 bis 10 Sekunden, die der Abkühlung der Breitband-Lambdasonde dient. Kühlt die Breitband-Lambdasonde ab, so steigt ihr Innenwiderstand und es kann erwartet werden, dass Potenzialdifferenzen zwischen den Leitungen, an denen ein Kurzschluss vorliegt, und Leitungen, an denen kein Kurzschluss vorliegt, zunehmen. Dann kann eher eindeutig bestimmt werden, an welcher Leitung der Kurzschluss vorliegt.The repetition can take place after a waiting time, for example 2 to 10 seconds, which is used to cool the broadband lambda probe. If the broadband lambda probe cools down, its internal resistance increases and it can be expected that potential differences between the lines on which there is a short circuit and lines on which there is no short circuit increase. Then it can be more clearly determined on which line the short circuit is present.
Alternativ kann die Wiederholung aber auch sofort - also ohne Wartezeit - erfolgen, wobei eine Erhöhung der Genauigkeit der Messung entweder dadurch erreicht wird, dass der Wert des definierten elektrischen Potenzials verändert wird, und zwar entgegen der Richtung, in dem das im ersten Diagnoseschritt erkannte Kurzschlusspotenzial liegt; oder dadurch erreicht wird, dass anstelle des definierten elektrischen Potenzials eine entsprechende Stromquelle geschaltet wird.Alternatively, the repetition can also take place immediately - i.e. without waiting time - with an increase in the accuracy of the measurement either being achieved by changing the value of the defined electrical potential, namely in the opposite direction to the direction in which the short-circuit potential identified in the first diagnostic step lies; or is achieved by switching a corresponding current source instead of the defined electrical potential.
Eine nochmals weitere Alternative bzw. zusätzliche Maßnahme zur Erhöhung der Genauigkeit der Messung besteht darin, bei der Wiederholung des zweiten Diagnoseschrittes die konkreten Spannungsmessungen zwischen zwei Anschlüssen sequenziell durchzuführen und dabei jeweils nur die Schalter zu schließen, die den Anschlüssen zugeordnet sind, zwischen denen gerade gemessen wird, während die Schalter, die den Anschlüssen zugeordnet sind, zwischen denen gerade nicht gemessen wird, geöffnet sind.Another alternative or additional measure to increase the accuracy of the measurement is to carry out the specific voltage measurements between two connections sequentially when repeating the second diagnostic step and only close the switches that are assigned to the connections between which measurements are currently being made while the switches that are assigned to the connections between which no measurement is currently taking place are open.
FigurenlisteFigure list
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Auswerte- und Steuereinheit zum Betreiben einer Breitband-Lambdasonde im Fehlerfall.1 shows an evaluation and control unit according to the invention for operating a broadband lambda probe in the event of a fault. -
2 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Diagnoseverfahrens mit der Auswerte- und Steuereinheit gemäß1 .2 FIG. 11 shows a flow chart of a diagnostic method according to the invention with the evaluation and control unit according to FIG1 .
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments
Die
Die Auswerte- und Steuereinheit
Die Auswerte- und Steuereinheit
Die beiden Signaleingänge eines ersten Komparators
In der
Das erfindungsgemäße Verfahren wird beispielsweise in folgenden Schritten durchgeführt (siehe
- In einem ersten Diagnoseschritt werden durch weitere, in der
1 nicht dargestellte Komparatoren in einem ersten SchrittD1S1 folgende Vergleiche vorgenommen: Das anRE anliegende Potenzial mit einem oberen zulässigen Potenzial; das anRE anliegende Potenzial mit einem unteren zulässigen Potenzial; das anIPE anliegende Potenzial mit einem oberen zulässigen Potenzial; das anIPE anliegende Potenzial mit einem unteren zulässigen Potenzial; das anAPE anliegende Potenzial mit einem oberen zulässigen Potenzial; das anAPE anliegende Potenziale mit einem unteren zulässigen Potenzial; das anMES anliegende Potenzial mit einem oberen zulässigen Potenzial; das anMES anliegende Potenzial mit einem unteren zulässigen Potenzial.
- In a first diagnostic step, additional ones in the
1 comparators (not shown) in a first stepD1S1 made the following comparisons: That onRE applied potential with an upper permissible potential; that onRE adjacent potential with a lower permissible potential; that onIPE applied potential with an upper permissible potential; that onIPE applied potential with a lower permissible potential; that onAPE applied potential with an upper permissible potential; that onAPE applied potentials with a lower permissible potential; that onMES applied potential with an upper permissible potential; that onMES applied potential with a lower permissible potential.
Unter der Voraussetzung, dass alle an den Anschlüssen
Unter der Voraussetzung, dass festgestellt wird, dass an mindestens einem der Anschlüsse
In diesem Fall wird das Diagnoseverfahren mit einem zweiten Diagnoseschritt
Wenn es einen Anschluss
Wenn es andererseits keinen Anschluss
Alternativ dazu, zu warten und den Diagnoseschritt
Weitere Alternativen bestehen darin, den Diagnoseschritt
Eine nochmals weitere Alternative bzw. zusätzliche Maßnahme zur Erhöhung der Genauigkeit der Messung besteht darin, bei der Wiederholung des zweiten Diagnoseschrittes
Unter der Voraussetzung, dass im ersten Diagnoseschritt
Zum Schutz der Breitband-Lambdasonde
In diesem Fall wird das Diagnoseverfahren mit einem zweiten Diagnoseschritt
Wenn es einen Anschluss
Wenn es andererseits keinen Anschluss
Alternativ dazu, zu warten und den Diagnoseschritt
Weitere Alternativen bestehen darin, den Diagnoseschritt
Eine nochmals weitere Alternative bzw. zusätzliche Maßnahme zur Erhöhung der Genauigkeit der Messung besteht darin, bei der Wiederholung des zweiten Diagnoseschrittes
Die im Fehlerfall zwischen den Anschlüssen
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- DE 102011007068 A1 [0026]DE 102011007068 A1 [0026]
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