DE4332107A1

DE4332107A1 - Einrichtung mit einem Sensor

Info

Publication number: DE4332107A1
Application number: DE4332107A
Authority: DE
Inventors: Uwe Dipl Ing Kammann; Ludwig Dr Ing Brabetz; Andre Oberschachtsiek; Michael Dr Rer Nat Siedentop
Original assignee: Volkswagen AG; Siemens Automotive SA
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1992-09-29
Filing date: 1993-09-22
Publication date: 1994-03-31
Anticipated expiration: 2013-09-23
Also published as: DE4332107B4

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung mit einem Sensor gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine gattungsgemäße Einrichtung ist bekannt aus der US-PS 4 638 658. Dort wird ein Sauerstoffsensor gezeigt, der im Abgassystem einer Brennkraftmaschine angeordnet ist und an eine Steuerein richtung zur Regelung der Zusammensetzung eines Kraftstoff- Luft-Gemisches Signale abgibt. Für eine derartige Einrichtung wird eine Arbeitsweise beschrieben, mittels derer Fehler im Sen sorsystem erkannt werden können. Als Kompensation wird für den Fall eines fehlerhaften Betriebes des Sensors vorgeschlagen, an stelle des von dem Sensor gelieferten Wertes einen vorgegebenen Wert für die weitere Verarbeitung in der Steuereinrichtung zu verwenden. Gleichzeitig wird dort vorgeschlagen, die fehlerhafte Arbeitsweise des Sensors an einem Alarmgerät zur Anzeige zu bringen. Die zuvor beschriebene Einrichtung weist den Nachteil auf, daß die Ursachen für den fehlerhaften Betrieb nicht konkre tisiert werden können und demzufolge auch keine ursachengerech ten Notlaufbetriebsarten der Arbeitsmaschine eingestellt werden können.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile gattungsgemäßer Einrichtungen zu beseitigen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche enthalten zweckmäßige Wei terbildungen der Erfindung.

Von besonderer Bedeutung für die Erfindung ist, daß dem Sensor und ergänzend oder alternativ der Steuereinrichtung Mittel zuge ordnet sind, die eine Lokalisierung eines innerhalb der Einrich tung auftretenden Fehlers ermöglichen. Solche Mittel können bei spielsweise Vergleicher sein, die bei Kraftstoff-Mischungsver hältnis-Sensoren gemäß DE-38 41 264-A1 (G 01 N 33/22) Abweichun gen von vorgegebenen Mindest- oder Höchstwerten bei der Kapazi täts-, Temperatur- und Leitwertmessung gesondert erfassen. Wird beispielsweise bei der Leitwert- oder Temperaturmessung eine Ab weichung festgestellt, erzeugt der zugehörige Vergleicher ein Fehlersignal und überträgt dies gegebenenfalls mit dem weiterhin noch vorhandenen Signal aus der Kapazitätsmessung auf die zur Steuereinrichtung führende Signalübertragungsstrecke. Erfin dungsgemäß kann in der Steuereinrichtung dann in Abhängigkeit vom Typ und von der Dauer des Fehlers ein vorgegebener Notlauf betrieb eingestellt werden oder bei einem noch vorhandenen - ei ne eingeschränkte Genauigkeit aufweisenden - Nutzsignal über ei ne vorgebbare Zeitspanne der Betrieb der Arbeitsmaschine auf der Basis dieses "Nutzsignals" aufrechterhalten werden. In der Steu erung ist also ein Kennfeld abgelegt, welches je nach Fehlerart die für den Nutzer der Arbeitsmaschine günstigste Betriebsweise einstellt, ohne die Arbeitsmaschine selbst in ihrer Funktion oder im Hinblick auf ihre Emissionen negativ zu beeinflussen.

Besonders vorteilhaft ist bei einer erfindungsgemäßen Einrich tung die Verwendung der sogenannten Pulsweiten-Modulation für die Übertragung eines digitalen Signales. Diese ist besonders gut für die gemeinsame Übertragung von Nutzsignalen und Fehler signalen geeignet.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Einrichtung auf Brennkraftmaschinen, deren Betriebszustand in Abhängigkeit von Kraftstoff-Mischungsverhältnis-Sensoren einge stellt werden (siehe hierzu DE-41 26 856-A1; F 02 D 45/00). Ge rade beim Betrieb einer solchen Brennkraftmaschine in Kraftfahr zeugen können Störungen vielfältiger Art auftreten. Es ist daher günstig, wenn für die Brennkraftmaschine eine Betriebsart einge stellt wird, die der jeweils gemeldeten Störung in optimaler Weise Rechnung trägt.

Ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine erfin dungsgemäße Einrichtung mit einem Sensor,

Fig. 2 ein Pulsweiten-Modulations-Signal mit einer ersten Art der Fehlererkennung und

Fig. 3 ein Pulsweiten-Modulations-Signal mit einer zweiten Art der Fehlererkennung.

Man erkennt in Fig. 1 einen mit einer Strichpunktlinie angedeu teten Sensor 1, der von einer Flüssigkeit 2 vollständig benetzt ist. Diese Flüssigkeit kann beispielsweise ein Benzin-Alkohol- Kraftstoffgemisch sein, das sich in einem Kraftstofftank oder in einer Kraftstoffzufuhrleitung eines Kraftfahrzeuges befindet. Wesentliche Elemente des Sensors 1 sind Elektroden 3 und 4, mit denen der Leitwert der zwischen ihnen befindlichen Flüssigkeit und die Kapazität des durch sie und die Flüssigkeit gebildeten Kondensators gemessen werden können. Der Sensor 1 ist über eine Leitung 5 mit einer Gebereinheit 6 verbunden, deren wesentliche Elemente ein der Leitwertmessung zugeordneter Vergleicher 7a, ein der Temperaturmessung zugeordneter Vergleicher 7b, ein der Kapazitätsmessung zugeordneter Vergleicher 8 und ein Sender 9 sind. Dieser ist über eine Signalleitung 10 mit der Steuerein richtung 11 verbunden, deren wesentliche Elemente hier ein Emp fänger 12 und eine mit einer Kennfeldsteuerung versehene Rech nereinheit 13 sind. Über weitere hier nicht bezifferte Signal leitungen sind durch die Steuereinrichtung 11 ein Anzeigegerät 14 und eine Brennkraftmaschine 15 beaufschlagbar. Schließlich soll durch das mit 16 bezeichnete Symbol ein auf die Signallei tung 10 einwirkender Störimpuls angedeutet werden. Solche Stör impulse können beispielsweise aus elektrostatischen Aufladungen oder elektromagnetischen Streufeldern resultieren.

Bei dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird vorzugsweise im Sender 9 ein pulsweiten-moduliertes Signal erzeugt. Es ist aber auch denkbar die vom Sensor 1 erfaßte Größe amplituden- oder frequenzmoduliert zum Empfänger 12 zu übertragen. Unter Am plitudenmodulation soll hier auch verstanden werden, daß ein Gleichspannungssignal hinsichtlich seines Pegels entsprechend der jeweiligen Meßgröße verändert werden kann.

Für den Fall einer pulsweiten-modulierten Übertragung ist in Fig. 2 für die Periodendauer T beispielhaft ein Signal darge stellt, das sowohl eine Fehlererkennbarkeit als auch eine Nutz signalübertragung ermöglicht. Dies soll im folgenden näher er läutert werden.

Für die gemeinsame Übertragung eines Fehlersignals und eines Nutzsignals ist im vorliegenden Falle eine Aufteilung der Peri ode T in drei Teilperioden T_FA, T_N und T_FE vorgenommen worden. Dabei soll T_FA, also t₂-t₁, vereinbarungsgemäß 10% der Länge von T aufweisen und im Sender 9 mit dem dort festgelegten Pegel "1" ausgegeben werden. Als Nutzsignal wird die Zeit T_N (t₄-t₂) mit einer vorgegebenen Länge von 80% der Periode T genutzt. Ebenfalls mit 10% der Länge von T wird im Zeitraum t₅-t₄ für die Teilperiode T_FE vom Sender 9 ein festgelegter Pegel "0" ausgege ben. Die vom Sensor 1 ermittelte physikalische Größe wird in ein diese repräsentierendes Tastverhältnis umgesetzt. Das Tastver hältnis ist hier definiert als (t₃-t₁)/(t₅-t₁). Wird also von dem Sensor 1 beispielsweise eine Kraftstoffzusammensetzung mit 30% Benzin und 70% Alkohol ermittelt, weist das Verhältnis innerhalb der Zeitdauer T_N den Wert 0,7 auf. Da T_N = 0,8T ist, ergibt sich mit der Addition des Pegels "1" aus T_FA ein Tastver hältnis mit dem Wert
0,10 + 0,70 * 0,80 = 0,66.

In der Steuereinrichtung 11 ist nun der Empfänger 12 automatisch mit dem Sender 9 synchronisiert, so daß beispielsweise bei einer Unterbrechung der Signalleitung 10 oder einem Totalausfall des Senders 9 aufgrund des dann nicht mehr beim Empfänger 12 inner halb der Zeitdauer T_FA ankommenden Pegels "1" die zuvor ge nannten Störungen erkannt werden können. Innerhalb der Steuer einrichtung 11 kann das Fehlen des festgelegten Pegels eine Identifizierung der Fehlerart - nämlich Unterbrechung der Si gnalleitung 10 oder Totalausfall des Senders - ermöglichen und eine für diese Störungsfälle vorgesehene Notlaufbetriebsweise für die Brennkraftmaschine 15 einstellen. Ein solcher Notlauf kann beispielsweise darin bestehen, daß der Betriebszustand der Brennkraftmaschine 15 auf der Grundlage des letzten fehlerfrei übertragenen Signals vom Sender 9 für eine vorgegebene Zeit wei terbetrieben wird. Denkbar ist aber auch die Aktivierung eines Kennfeldes, in dem in bestimmter Weise ein Notlaufbetrieb be reits fest vorgegeben ist.

Kurzzeitige Störungen in der Signalleitung 10 können dadurch nach Art eines Tiefpaßfilters ausgeblendet werden, daß die Länge der Zeitspanne T_FA so festgelegt wird, daß sie in jedem Falle länger ist als die zu erwartenden Störimpulse. Nimmt in einem solchen Falle der Empfänger 12 beispielsweise zum Zeitpunkt t_S1 ein Signal auf, das nur innerhalb der Zeitspanne T_FA andauert, wird dies beim Vergleich mit einem synchronlaufenden Referenz signal im Empfänger 12 nicht bemerkt. Das Nutzsignal würde dann aber weiterhin übertragen werden.

Kurzzeitige Störungen während der Zeitspanne T_FE würden im Emp fänger 12 durch Vergleich mit dem synchronlaufenden Referenzsi gnal festgestellt, weil dann ein Pegel ausgegeben wird, der ver einbarungsgemäß nicht vorhanden sein darf. Gleiches gilt für Störimpulse zum Zeitpunkt t_S2. Das erneute Vorliegen eines Pe gels "1" nach bereits erfolgtem Pegelabfall zum Zeitpunkt t₃ in nerhalb der Periode t würde ebenfalls im Empfänger 12 festge stellt. In solchen Fällen ist es zweckmäßig, daß die Steuerein richtung 11 das weiterhin gelieferte Nutzsignal zur Steuerung der Brennkraftmaschine 15 verwendet und darüber hinaus die fest gestellte Störung auf der Anzeigevorrichtung 14 sichtbar macht.

Eine weitere Möglichkeit der Fehlererkennung besteht darin, daß beim Auftreten eines Fehlers die Länge von T_FA gezielt verklei nert bzw. vergrößert wird (beispielsweise von den hier vorge schlagenen 10% auf 2,5% bzw. 95%). Dabei erfolgt in der zum Fehlersignal gehörenden Periode T keine Nutzsignalübertragung. In besonders vorteilhafter Weise können jedoch Fehler- und Nutz signal im sogenannten Zeitmultiplex-Betrieb einander abwechselnd ausgegeben werden, so daß über eine vorgebbare Zeitspanne der Betrieb der Brennkraftmaschine 15 auf der Basis des Nutzsignals aufrechterhalten werden kann. Zweckmäßigerweise wird gleichzei tig die Fehlerart auf der Anzeigevorrichtung 14 sichtbar ge macht.

Eine weitere Art der Übertragung eines erkannten Fehlers kann durch eine Vervielfachung der Pulsweite ermöglicht werden. Dies soll beispielhaft an der Fig. 3 erläutert werden. Wird bei spielsweise in dem Vergleicher 7a festgestellt, daß bei der Mes sung des Leitwertes Abweichungen von einem vorgegebenen Mindest- oder Höchstwert auftreten, dann wird im Sender 9 ein Fehlersi gnal erzeugt. Dies geschieht vorzugsweise dadurch, daß die Puls weite T bei gleichbleibendem Tastverhältnis verändert wird. Ei ner bestimmten Fehlerquelle, im vorliegenden Falle also bei der Temperatur- oder Leitwertmessung, kann ein entsprechendes Maß an Frequenzveränderung zugeordnet werden, das anschließend im Empfänger 12 durch Vergleich mit dort festgelegten Referenzsignalen identifiziert werden kann. Das jeweils festgelegte Maß der Fre quenzabweichung repräsentiert eine bestimmte Fehlerquelle oder einen bestimmten Fehlertyp und läßt so in der Steuereinrichtung 11 eine angemessene Einstellung eines fehlergerechten Notlaufbe triebes zu. In Fig. 3 ist zu sehen, daß der Betrag der Pulswei te T′ dem doppelten Wert von T entspricht. Dabei ist das Tast verhältnis (t₃′ - t₁′)/(t₅′ - t₁′) unverändert geblieben. Dieses Tastverhältnis wird also als Nutzsignal weiter übertragen.

Über das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel hinaus kann ein Notlaufbetrieb so aussehen, daß beispielsweise bei einem Fehler in der Leitwert- oder Temperaturmessung auf der Basis der Kapazitätsmessung der Betrieb der Brennkraftmaschine 15 nach wie vor aufrechterhalten wird. Bei den eingangs genannten Kraft stoff-Mischungsverhältnis-Sensoren ist dies möglich, weil die Kapazität die Hauptmeßgröße ist und Leitwert- und Temperatur messung demgegenüber nur Korrekturgrößen zur Verbesserung der Genauigkeit des Sensors sind. Um eine unsachgemäße Betriebsweise der Brennkraftmaschine 15 zu vermeiden, kann es jedoch zweckmä ßig sein, in Abhängigkeit von der in den Vergleichern 7a, 7b und 8 dargestellten Fehlerursache die zuvor genannten Notlaufbe triebsweisen auf eine bestimmte Zeitdauer zu beschränken. Diese Zeitdauer sollte dabei so bemessen werden, daß beispielsweise bei niedriger Last noch eine größere Entfernung zum Anfahren ei ner Reparaturwerkstatt ermöglicht werden kann.

Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausfüh rungsbeispiel beschränkt. Im Kraftfahrzeugbau sind auch Anwen dungen für andere den Betriebszustand des Motors und/oder des Fahrzeugs sowie deren Umgebungsbedingungen erfassende Sensoren denkbar, beispielsweise solche für Motordrehzahl, Motortempe ratur, Verbrennungsablauf, insbesondere Klopfverhalten, sowie Beladung des Fahrzeugs.

Claims

1. Einrichtung mit einem Sensor (1), der über wenigstens eine Signalübertragungsstrecke (Leitung 5, Signalleitung 10) mit einer Steuereinrichtung (11) verbunden ist, die eine Arbeits maschine (Brennkraftmaschine 15) beeinflußt und auf wenig stens ein die Fehlfunktionen des Sensors (1) meldendes Mittel anspricht, wobei über die Signalübertragungsstrecke (Leitung 5, Signalleitung 10) Nutzsignale und Fehlersignale übertrag bar sind, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle der Übertra gung eines Fehlersignals die Steuereinrichtung (11) in Abhän gigkeit vom Typ und/oder der Dauer des Fehlers bei der Ar beitsmaschine (Brennkraftmaschine 15) einen vorgegebenen Not laufbetrieb einstellt oder bei einem gleichzeitig vorhandenen Nutzsignal über eine vorgebbare Zeitspanne den Betrieb der Arbeitsmaschine (Brennkraftmaschine 15) auf der Basis dieses Nutzsignals aufrechterhält.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (11) mit einer Anzeigevorrichtung (14) ver bunden ist, durch die die Art der Fehlfunktion des Sensors (1) anzeigbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel dem Sensor (1) zugeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittel der Steuereinrichtung (11) zugeordnet ist.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Nutzsignale und Fehlersignale auf der Signalübertragungs strecke überlagert übertragbar sind.

6. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der vorgebbaren Zeitspanne in Abhängigkeit von der Feh lerart vorgebbar ist.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Sensor (1) erfaßte physikalische Größe als digitales pulsweiten-moduliertes Signal übertragen wird.

8. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf eine Fehlfunktion ansprechende Mittel ein Vergleicher (7a, 7b, 8) ist, der ein Fehlersignal abgibt, wenn die erfaß te physikalische Größe einen vorgegebenen Mindest- oder Höchstwert überschreitet.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem digitalen pulsweiten-modulierten Signal ein vorbestimm ter Teil der Pulsweite für die Übertragung des Nutzsignals mittels eines in Beziehung zur physikalischen Größe stehenden Verhältniswertes und der verbleibende Teil für die Übertra gung wenigstens eines vorgegebenen Pegels zur Erkennung oder Ausblendung von Fehlern genutzt wird.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in einem der Steuereinrichtung (11) zugeordneten Empfänger (12) ein Referenzsignal zur Erkennung eines Fehlersignals erzeugt wird.

11. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Übertragung eines Fehlersignals bei gleichbleibendem Tastver hältnis für das Nutzsignal die Pulsweite verändert wird.

12. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Sensor (1) erfaßte physikalische Größe als amplitu denmoduliertes Signal übertragen wird.

13. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von dem Sensor (1) erfaßte physikalische Größe als frequenz moduliertes Signal übertragen wird.

14. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeitsmaschine eine Brennkraftmaschine (15) ist.

15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Kraftstoff-Mischungsverhältnis-Sensor ist.

16. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (11) ein elektronisches Steuergerät mit Kennfeldsteuerung ist.