Verfahren zur Fehlererkennung eines Kühlsystems eines Kraftfahrzeug-Motors
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur
Fehlererkennung eines Kühlsystems eines Kraftfahrzeugmotors nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es ist schon bekannt, daß die Kühlwassertemperatur eines Kraftfahrzeug-Kühlsystems durch Öffnen und Schließen eines Thermostatventils gesteuert wird. Die Temperatur des Kühlwassers wird von einem
Temperatursensor gemessen und einem Rechner zugeführt, der mittels eines Algorithmus aus den gemessenen Werten für die Ist-Temperatur ein erstes Temperatur-Modellband berechnet. Durch Vergleich der Ist-Temperatur mit dem ersten Temperatur-Modellband wird dann eine Fehlererkennung durchgeführt. Allerdings ist aus der sich ergebenden Fehlermeldung nicht erkennbar, ob ein Defekt des Thermostatventils oder sogar des Temperatursensors vorliegt. Auch Fehler in der Zuleitung oder der Anzeige sind nicht unterscheidbar. Andererseits gibt es gesetzliche
Anforderungen, beispielsweise in den USA, daß ein defekter Kühlwasserthermostat erkannt bzw. angezeigt werden muß.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Fehlererkennung eines
Kühlsystems eines Kraftfahrzeugmotors hat demgegenüber den Vorteil, daß ohne zusätzlichen Hardwareaufwand die einzelnen Fehlerursachen, beispielsweise ein nicht schließendes Thermostatventil oder ein defekter Temperatursensor selektiv erkannt und direkt angezeigt werden kann. Dies wird mit der Simulation eines zweiten Temperatur-Modellbandes erreicht, das für den Fall eines nicht schließenden Thermostatventils berechnet wird. Durch diese einfache Maßnahme kann mit einem entsprechenden Algorithmus vorteilhaft eine detaillierte Fehlererkennung durchgeführt werden.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß der Rechner das zweite Temperatur-Modellband für eine lastabhängige Temperatur oder unterschiedliche Drehzahlen berechnet. Durch die Änderung des Verlaufs während des zweiten Temperatur- Modellbandes kann dann unterschieden werden, ob das Thermostatventil tatsächlich nicht mehr schließt oder ob ein Defekt des Temperatursensors, beispielsweise eine Unterbrechung oder ein Schwingen vorliegt. Insbesondere unter Berücksichtigung auch der Umgebungstemperatur für die Berechnung des zweiten Temperatur-Modellbandes kann vorteilhaft noch genauer die Ursache für die Fehlanzeige festgestellt werden. Dies ist besonder von Vorteil, wenn weitere Parameter wie die Ansaugluft-Temperatur, angesaugte Luftmasse, der Drosselklappenwinkel und/oder die Fahrzeuggeschwindigkeit hinzugefügt werden.
Um eine eindeutige Aussage über die Fehlererkennung des Kühlsystems durchführen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die beiden Temperatur-Modellbänder erst zu einem Zeitpunkt analysiert werden, wenn sie sich nicht mehr überlappen.
Andererseits kann ein defekter Temperatur-Sendsor bereits erkannt werden, wenn die Isttemperatur füe eine vorgegebene Zeitspanne außerhalb der beiden sich noch überlappenden Temperaturbänder liegt .
Da das zweite Temperatur-Modellband wegen der niedrigeren Kühlwassertemperatur wesentlich flacher ausgebildet ist als das erste Temperatur-Modellband, ergibt sich eine erste eindeutige Fehlerdiagnose aus dem Verlauf der Kurve für die gemessene Ist-Temperatur .
Die Auswertung der Kurve für die Ist-Temperatur erfolgt vorteilhaft mit einem einfachen Zeitzähler, der während eines vorgegebenen Zeitintervalls die Ist-Temperatur verfolgt. Ein Fehler liegt dann vor, wenn die Ist-Temperatur sich außerhalb des ersten Temperatur-Modellbandes befindet. Liegt der Verlauf der Ist-Temperatur sogar außerhalb der beiden Temperatur-Modellbänder, dann kann davon ausgegangen werden, daß ein defekter Temperatursensor vorliegt. Liegt dagegen die Kurve für die Ist-Temperatur innerhalb des zweiten Temperatur-Modellbandes, dann ist dieses ein Indiz für ein nicht schließendes Thermostatventil, während der Temperatursensor in Ordnung ist. Eine mögliche Ursache kann darin liegen, daß das Ventil beispielsweise in geöffneten Zustand hängen geblieben ist.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Es zeigt Figur 1 ein Blockschaltbild eines vereinfachten Kühlkreislaufes eines Kraftfahrzeug-Motors, Figur 2 zeigt ein Flußdiagramm, und Figur 3 zeigt ein Diagramm mit Temperatur-Modellbändern und Temperaturkurven.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
Figur 1 zeigt in stark vereinfachter Form ein Blockschaltbild eines Kühlkreislaufes mit einem Motor 1, bei dem mittels einer Umwälzpumpe 2 über eine Vorlaufleitung V und Rücklaufleitung R das Kühlwasser durch einen Kühler 6 geleitet wird. Ein vorzugsweise mechanisch betriebenes Thermostatventil 3 öffnet oder schließt sich in Abhängigkeit von der Kühlmitteltemperatur. Bei niedriger Temperatur soll es geschlossen sein, während es bei hoher Temperatur entsprechend weit aufmacht, und somit einen größeren Kühlwasserstrom in Richtung Kühler 6 durchläßt. Vollständigkeitshalber wird noch darauf hingewiesen, daß die Kühlwirkung des Kühlers 6 durch einen oder mehrere Lüfter 10 und/oder den Fahrtwind F verstärkt werden kann. In den
Kühlwasserkreislauf ist ein Temperatursensor 4 an geeigneter Stelle (vorzugsweise am Motorblock) angebracht und erfaßt die augenblickliche Ist-Temperatur des Kühlwassers. Dieser Meßwert wird einem Rechner 7 zugeleitet, der mittels eines Programms, das in einem Programmspeicher 8 abgelegt ist, die Funktion des Lüfters 10 steuert.
In alternativer Ausgestaltung der Erfindung ist auch vorsehbar, daß der Rechner 7 das Thermostatventil 3 elektrisch betätigt. Wird ein Fehler im Kühlsystem erkannt, dann wird dieser beispielsweise auf einer Anzeige 9 optisch oder akustisch ausgegeben oder ist auch über einen entsprechenden Service-Anschluß auslesbar.
Anhand der Figuren 2 und 3 wird die Funktionsweise dieser Anordnung näher erläutert .
Der Erfindung liegt die Idee zugrunde, mit Hilfe eines einfachen Algorithmus ohne zusätzlichen Hardwareaufwand
Entscheidungskriterien zu finden, die eine Unterscheidung zwischen einem defekten Thermostatventil und einem defekten Temperatursensor liefern. Dieses wird dadurch erreicht, daß zusätzlich zu dem bereits bekannten ersten Temperatur- Modellband, das üblicherweise mittels eines entsprechenden Softwareprogramms ermittelt wird, ein zweites Temperatur- Modellband berechnet wird. Dieses zweite Temperatur- Modellband ist jedoch so festgelegt, daß es den Temperaturverlauf bei einem defekten Thermostatventil, dessen Durchlaßventil offen ist. Die Temperaturmessung erfogt innerhalb eines festgelegten Zeitintervalls . Dabei kann vorteilhaft auch der Einfluß von Lastwechseln oder Drehzahlwechsel berücksichtigt werden. Die Bestimmung dieses zweiten Temperatur-Modellbandes ist im Flußdiagramm der Figur 2 wiedergegeben. In der Praxis wird der Algoritmus vorteilhaft mit einem Programm realisiert.
Das Flußdiagramm der Figur 2 zeigt folgenden Ablauf . Beginnend in einer Startposition 20 wird in Position 21 geprüft, ob die beiden Temperatur-Modellbänder überlappungsfrei sind oder nicht. Ist dies nicht der Fall, dann kann bereits in Position 27 ein defekter Temperatursensor erkannt werden, sofern die Isttemperatur sich für eine bestimmte Zeit außerhalb beider Modellbänder befindet. Eine entsprechende Ausgabe wird auf der Anzeige 9 generiert. Ansonsten wiederholt sich der Prüfzyklus . Sind die beiden Modellbänder überlappungsfrei, dann wird in Position 22 der Temperaturverlauf der vom Temperatursensor 4 gemessenen Ist-Temperatur zunächst mit dem ersten Temperatur-Modellband verglichen. Zur Bestimmung des
Temperatur-Modellbandes sei grundsätzlich angemerkt, daß zur Erfassung der auftretenden Toleranzen der Temperaturverlauf aus der Modellrechnung mit einem entsprechenden Toleranzband definiert wird. Verläuft nun die gemessene Ist-Temperatur innerhalb dieses ersten Temperatur-Modellbandes innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne bzw. eines Zeitintervalls, dann ist das Kühlsystem in Ordnung. Das heißt, daß sowohl der Temperatursensor als auch das Thermostatventil bestimmungsgemäß arbeiten. Ist dies nicht der Fall, dann wird in Position 23 geprüft, ob die Ist-Temperatur außerhalb des ersten Temperatur-Modellbandes liegt. Dabei werden Zeitzähler gestartet, die die jeweilige ununterbrochene Aufenthaltsdauer der gemessenen Kühlwassertemperatur im entsprechenden Modelltemperaturband anzeigen. In Position 23 wird daher kontinuierlich geprüft, wie lange die Ist- Temperatur außerhalb des ersten Temperatur-Modellbandes liegt. Solange dieses vorgegebene Zeitintervall nicht erreicht ist, springt das Programm auf Position 22 zurück. Im anderen Fall wird in Position 24 geprüft, ob die Ist- Temperatur innerhalb des zweiten Temperatur-Modellbandes liegt. Ist dies nicht der Fall, dann ist dies ein Zeichen dafür, daß der Temperatursensor 4 defekt ist. In diesem Fall kann eine entsprechende Fehlermeldung optisch oder akustisch auf eine Anzeige bzw. über einen Lautsprecher oder auch über einen entsprechenden Servicestecker ausgegeben werden. Die Meldung könnte lauten, „Temperatursensor defekt".
Liegt dagegen die gemessene Ist-Temperatur zwar außerhalb des ersten Temperatur-Modellbandes, aber innerhalb des zweiten Temperatur-Modellbandes innerhalb der vorgegebenen
Zeitspanne, dann kann zunächst nur eine allgemeine Fehlermeldung beispielsweise „Kühlsystem defekt" ausgegeben werden. In diesem Fall ist noch nicht eindeutig feststellbar, ob der Fehler von einem defekten Temperatursensor 4 mit einer zufälligen Temperaturanzeige
oder von einem defekten Thermostatventil 3 herrührt . Für diesen Fall ist noch eine dynamische Prüfung zur weiteren Verifikation der tatsächlichen fehlerhaften Komponente erforderlich.
Nachdem nun also in Position 25 allgemein ein Fehler des Kühlsystems festgestellt wurde, wird in Position 26 die dynamische Prüfung durchgeführt. Die dynamische Prüfung wird derart durchgeführt, daß nun über einen längeren Zeitraum der Temperaturverlauf beispielsweise auch unter
Berücksichtigung von Lastwechsel oder Drehzahlwechsel verfolgt wird. Desweiteren kann auch die Umgebungstemperatur berücksichtigt werden, um das Ergebnis zu präzisieren. Zu Beginn der Dynamikprüfung wird nun die Motortemperatur entsprechend der Ist-Temperatur des Kühlwassers mit dem zweiten Temperatur-Modellband verglichen und gespeichert. Die Messungen werden kontinuierlich für ein vorgegebenes Zeitintervall durchgeführt und vorzugsweise gespeichert. Stellt sich dabei heraus, daß der Temperatursensor im wesentlichen dem tatsächlichen Temperaturverlauf gemäß des zweiten Temperatur-Modellbandes folgt, dann ist daraus zu schließen, daß der Temperatursensor funktioniert, denn die beobachteten Temperaturdifferenzen sind bis auf die Toleranz des berechneten Modellbandes identisch. Übersteigt jedoch der Betrag der Differenz zwischen der Änderung des zweiten
Temperatur-Modellbandes und der Änderung der gemessenen Ist- Temperatur eine vorgegebene Schwelle, dann kann daraus geschlossen werden, daß der Temperatursensor defekt ist. Man kann folgende Fälle unterscheiden: 1. Der Temperatursensor konnte nicht der kennfeidabhängigen
Dynamik des Modells für einen defekten Thermostaten folgen. 2. Der Temperatursensor 4 schwingt, d. h. er ändert die angezeigte Temperatur, ohne daß eine Dynamik im Modell vorliegt.
Beide Fälle weisen auf einen Defekt des Temperatursensors hin, sodaß eine entsprechende Fehlermeldung für den defekten Temperatursensor ausgegeben werden kann.
Figur 3 stellt in dem dargestellten Temperaturdiagramm noch einmal die einzelnen Verhältnisse dar. Das erste Temperatur- Modellband 31 zeigt den Zustand, wenn die Kurve für die Ist- Temperatur 32 innerhalb des Modellbandes 31 liegt. Zeigt dagegen beispielsweise der Temperatursensor die Temperatur 2 an, dann schneidet er nur kurzfristig das erste Temperatur-Modellband 31. Da die Temperaturkurve 33 die längste Zeit außerhalb des ersten Temperatur-Modellbandes 31 verläuft, ist auf einen Fehler des Temperatursensors 4 zu schließen. Das untere Modellband (zweites Temperatur- Modellband 34) zeigt den Temperaturanstieg des Kühlwassers, der einem offenen Thermostatventil 3 entspricht . Dieser Verlauf ist relativ flach, weil die vom Verbrennungsmotor erzeugte Wärme sofort über den Kühler wieder abgeführt wird, ohne daß der Motor seine Betriebstemperatur erreicht. Erst bei größerer Last oder höherer Drehzahl steigt im rechten Teil des Diagramms das zweite Temperatur-Modellband etwas an. Entsprechend ist auch bei einem intakten Temperatursensor 4 der Verlauf der Ist-Temperatur innerhalb dieses zweiten Temperatur-Modellbandes. Ist dagegen die Ist- Temperatur des Temperatur-Sensors 4 auf den Wert T1 im wesentlichen konstant, dann kann auf einen defekten Temperatursensor 4 geschlossen werden, da dieser im wesentlichen nicht dem rechten Verlauf (Figur 3) des zweiten Temperatur-Modellbandes folgt.
Aus dem Verlauf des zweiten Temperatur-Modellbandes ist das Vorhandensein einer Dynamik erkennbar, wenn der Betrag der Temperaturänderung über einer vorgegebenen Schwelle liegt. Ein Defekt des Termostatventils 3 liegt vor, wenn der Betrag
der Differenz zwischen der Temperaturänderung im zweitem Modellband und der Änderung der gemessenen Ist-Temperatur kleiner einer vorgegebenen Schwelle ist . Der Rechner 7 kann für diesen Fall eine entsprechende Fehlermeldung für das defekte Thermostatventil 3 ausgeben.
Wie schon erwähnt wurde, wird der Algorithmus für die Berechnung der Temperatur-Modellbänder vorzugsweise in Form eines Softwareprogrammes realisiert. Dieses Programm kann auch Bestandteil eines bereits vorhandenen Steuerprogramms für Motorfunktionen oder dergleichen sein.