SE510837C2 - Förfarande för övervakning av en uppvärmningsanordning till en sensor, som är anordnad i avgassystemet till en förbränningsmotor - Google Patents

Description

15 20 25 30 35 510 857 2 löses genom patentkrav 1 och de därpå följande beskrivna fördelaktiga utformningarna och vidareutvecklingarna.

Uppfinningens fördelar Uppfinningen medför den fördelen, att den möjliggör till- förlitlig övervakning av uppvärmningsanordningen till en sensor, som är monterad i avgassystemet till en förbrän- ningsmotor.

Vid det uppfinningsmässiga förfarandet bildas en första signal, som anger driftsberedskapen för sensorn. Vidare bildas en andra signal, som anger temperaturen hos sensorn.

Uppvärmningsanordningen bedömes funktionsduglig om den första signalen anger att sensorn är driftsberedd och den andra signalen ligger inom ett förutbestämbart första intervall.

Uppvärmningsanordningen bedömes som icke funktionsduglig, om den första signalen anger att sensorn är driftsfärdig och den andra signalen ligger inom ett förutbestämbart andra inter- vall. När den första signalen anger att sensorn är drifts- färdig och den andra signalen ligger inom ett förutbestämbart tredje intervall, gives ingen utsaga beträffande uppvärm- ningsanordningens funktionsduglighet.

Särskilt fördelaktigt är därvid att både den första och den andra signalen står till förfogande utan stort besvär och kostnad. Den första signalen hämtas från utgångssignalerna 4- från sensorn. Den andra signalen bildas i beroende av drifts- data för förbränningsmotorn, i det att en grundsignal förses med minst en korrektion. Grundsignalen bestämmes i beroende av en signal, som anger luftgenomgången genom förbrännings- motorn. Korrektionen representerar temperaturpåverkan från avgassystemets väggar eller/och det dynamiska förhållandet hos sensorns temperatur. Vid en sensor, som är anordnad ned- ströms en katalysator, representerar korrektionen vidare katalysatorns temperaturinflytande. 10 15 20 25 30 35 3 510 837 Ritningar Uppfinningen kommer härefter att förklaras i anslutning till i ritningarna visade utföringsexempel.

Fig. 1 visar en principiell framställning av den tekniska omgivningen, där uppfinningen kan insättas, fig. 2 visar ett diagram för typiskt förlopp hos sensortem- peraturen efter motorns start vid en helt funktionsduglig uppvärmningsanordning och för fallet med en helt funktions- oduglig uppvärmningsanordning, fig. 3 visar ett blockschema över en anordning för efter- bildning av sensortemperaturen, och fig. 4 visar ett flödesdiagram över det uppfinningsmässiga förfarandet.

Beskrivning av utföringsexempel Fig. 1 visar en schematisk framställning av den tekniska omgivning där uppfinningen kan insättas. En förbränningsmotor 100 tillföres via ett insugningsrör 102 en luft/bränsle- -blandning, och avgaserna avges i en avgaskanal 104. I in- sugningssystemet 102 är - i strömningsriktningen för den insugna luften sett - en luftmängdsmätare eller luftmasse- mätare 106, exempelvis en värmefilm-luftmassemätare, ett gasspjäll 108 med en sensor 110, som avkänner spjällets 108 öppningsvinkel, och minst en insprutningsdysa 112. I avgas-_ kanalen 104 finns - i avgasernas strömningsriktning sett - en första syresensor 114, en katalysator 116 och en andra syre- sensor 118. Syresensorerna 114 och 118 kan elektriskt upp- värmas medelst uppvärmningsanordningar 115 och 119. Förbrän- ningsmotorn 100 har en varvtalssensor 120 och en temperatur- sensor 121. Vidare har förbränningsmotorn 100 exempelvis fyra tändstift 122 för tändning av luft/bränsle-blandningen i cylindrarna. Utgångssignalerna mL från luftmängdsmätaren eller luftmassemätaren 106, a från sensorn 110 för mätning av öppningsvinkeln till gasspjället 108, Ål från den första syresensorn 114, Ä2 från den andra syresensorn 118, n från varvtalssensorn 120 och TBKM från temperatursensorn 121 ledes 10 15 20 25 30 35 510 837 4 till en central styranordning 124 via motsvarande förbindel- seledningar. Styranordningen 124 utvärderar sensorsignalerna och styr via ytterligare förbindelseledningar insprutnings- dysan respektive insprutningsdysorna 112, tändstiften 122 och uppvärmningsanordningarna 115 och 119. Vidare utför styr- anordningen det uppfinningsmässiga förfarandet.

Fig. 2 visar ett diagram över ett typiskt förlopp för sensor- temperaturen TS för syresensorn 114 respektive 118 efter för- bränningsmotorns 100 start vid en fullt funktionsduglig upp- värmningsanordning 115 respektive 119 och för fallet med en alldeles funktionsoduglig uppvärmningsanordning 115 respek- tive 119. På abskissan har upptagits tiden t från förbrän- ningsmotorns 100 start, och på ordinatan är utritad sensor- temperaturen TS. För förenklings skull beskrives i det föl- jande uppfinningen i exempelform utgående från syresensorn 114 och uppvärmningsanordningen 115. Uppfinningen kan även insättas i förbindelse med syresensorn 118 och uppvärmnings- anordningen 119.

En streckad kurva a återger temperaturförloppet utan uppvärm- ningsanordning 115, d.v.s. för fallet med en helt funktions- oduglig uppvärmningsanordning 115, och en heldragen kurva b återger temperaturförloppet med uppvärmningsanordning 115, d.v.s. med fullt funktionsduglig uppvärmningsanordning.

Kurvorna a och b börjar vid samma sensortemperatur TS vid tidpunkten t = 0, vid vilken förbränningsmotorn 100 startas.- Från och med denna tidpunkt t = 0 kommer syresensorn 114 att uppvärmas av de förbiströmmande heta avgaserna, d.v.s. sen- sortemperaturen TS stiger. Därför stiger kurvorna a och b från tiden t = 0. Eftersom vid förbränningsmotorns 100 start i enlighet med kurvan b dessutom värmeanordningen 115 i syresensorn 114 blir aktiverad, kommer syresensorn 114 dess- utom att elektriskt uppvärmas, och därför stiger sensor- temperaturen TS snabbt. Vid kurvan a bortfaller den elekt- riska uppvärmningen, och följaktligen stiger sensortempera- turen TS långsamt, d.v.s. kurvan a löper under kurvan b.

Efter en tidpunkt tl har kurvan b uppnått lägsta drifts- temperatur TBMin för syresensorn 115. Kurvan a ligger vid 10 15 20 25 30 35 510 837 5 denna tidpunkt t1 ännu kraftigt under minsta driftstempe- raturen TBmin, d.v.s. vid tidpunkten tl är syresensorn 114 redan driftsberedd, om den från tidpunkten t = 0 dessutom elektriskt uppvärmes medelst uppvärmningsanordningen 115, under det att syresensorn 114 utan ytterligare elektrisk uppvärmning vid tidpunkten t1 ännu ej är driftsberedd. Vid tidpunkten t2 uppnår kurvan a sedan även den minsta drifts- temperaturen TBmin. Följaktligen är syresensorn 114 utan elektrisk uppvärmning driftsberedd från och med tidpunkten t2. Totalt sett kan man därmed säga att syresensorn 114 uppnår sin minsta driftstemperatur TBMin, om den dessutom uppvärmes elektriskt. En defekt uppvärmningsanordning 115 förlänger tiden till uppnående av minsta driftstemperatur TBMin. De i fig. 2 visade temperaturförloppen hänför sig till en helt bestämd belastningsprofil för förbränningsmotorn 100.

Med en annan belastningsprofil får man också något andra temperaturförlopp. Som beskrives närmare nedan, kan det uppfinningsmässiga förfarandet användas vid olika belast- ningsprofiler, så länge som belastningen ligger under ett tröskelvärde.

Fig. 3 visar en blockschemabild av en anordning, med vilken temperaturen för syresensorn 114 och temperaturen för syre- sensorn 118 efterbildas. Utföringsexemplet enligt fig. 3 är anordnat för det fall, att syresensorerna 114 och 118 bara värmes av avgaserna, d.v.s. uppvärmningsanordningarna 115 och 119 ej är i drift. Efterbildningen av sensortemperaturerna ^_ sker i beroende av driftskarakteristikor, ur vilka till en början en signal Tstat bestämmes för en stationär avgastem- peratur. Denna signal Tstat utsättes sedan för en rad ytter- ligare bearbetningssteg för att ta hänsyn till påverkningar från icke-stationär drift för motorn 100, avkylningen genom transport genom avgassystemet, eventuellt föreliggande kon- densvatten, uppvärmningsförhållandet för syresensorerna 114 respektive 118 och katalysatorn 116 o.s.v. Detaljer härvidlag beskrives i det följande: ' I ett block 300 inmatas en signal mL, som anger gasgenom- strömningen genom motorn 100. I stället för signalen mL kan 10 15 20 25 30 35 510 857 6 även användas en signal n för varvtalet och en signal tL för belastningen av motorn. Ytterligare imatas i blocket 300 en signal SA, som anger om motorn 100 befinner sig i förflytt- ningsdrift. Signalen SA kan på känt sätt bestämmas ur signa- len a för gasspjällsvinkeln och signalen n för varvtalet.

Blocket 300 bestämmer ur ingångsstorheterna signalen TStat för den stationära avgastemperaturen. Hur detta i detalj går till framgår av DE 43 38 342.

Utgången på blocket 300 är kopplad till en ingång på ett block 302. Till ytterligare ingångar på blocket 302 är kopp- lade en signal v för fordonshastigheten och signalen mL respektive signalerna n och tL. På en ytterligare ingång ligger en signal TP, som anger om det finns kondensvatten i motorns 100 avgassystem. Signalen TP avges av ett block 304, i vilket signalen mL respektive signalen tL, signalen n och en signal TKat för temperaturen hos katalysatorn 116 inmatas.

Detaljer beträffande bestämning av signalen TKat följer ytterligare nedan. Funktionssättet för blocket 304 framgår likaså av DE 43 38 342. Blocket 302 bestämmer ur sina in- gångssignaler en signal TAbg för avgastemperaturen och håller denna signal beredd på utgången. Signalen TAbg representerar avgastemperaturen omedelbart uppströms katalysatorn 116.

Utgången på blocket 302 är kopplad till en ingång på ett block 306. Till ytterligare ingångar på blocket 306 är kopp- lade signalen mL respektive signalerna n och tL och signalen_ TP. Blocket 306 efterbildar i beroende av de nämnda ingångs- storheterna temperaturen hos syresensorn 114, d.v.s. den bestämmer ur mått på avgastemperaturen, gasgenomströmningen och befintligheten av kondensvatten en signal, som anger temperaturen hos syresensorn 114 och färdigställer denna signal på sin utgång. Blocket 306 kan utföras som filter, exempelvis lågpassfilter, och åstadkomma en filtrering av signalen Tabg, varvid filterverkan hänger samman med signalen mL och varvid i beroende av signalen TP en begränsningsfunk- tion i filtret är aktiverbar, vilken begränsar utgångssigna- len till ett förinställbart värde. 10 15 20 25 30 35 510 837 7 Utgången på blocket 306 är kopplad till en första ingång av en sammanställningspunkt 308, vars andra ingång är kopplad till utgången på ett block 310. Medelst sammanställnings- punkten 308 och blocket 310 skall hänsyn tagas till den kylverkan, som avgaskanalens 104 rörvägg i regel utövar på syresensorn 114. Vid en mycket enkel utföringsform är blocket 310 anordnat som fastvärdesminne, där ett fast temperatur- värde är anordnat, exempelvis 50°C. Blocket 310 avger en mot detta nedlagda värde svarande signal TKSKVK, som i punkten 308 subtraheras från den från blocket 306 utkommande signa- len. Resultatet av denna räkneoperation föreligger vid ut- gången på sammanställningspunkten 308 och anger den efter- bildade temperaturen för syresensorn 114, vilken behövs för det uppfinningsmässiga förfarandet.

I fig. 3 visas ytterligare funktionsgrupper, genom vilka temperaturen hos syresensorn 118 kan efterbildas, vilken sensor ligger nedströms katalysatorn 116. Härtill är en ingång till ett block 312 kopplad till utgången på blocket 302, d.v.s. i blocket 312 inmatas signalen TAbg för avgas- temperaturen. På ytterligare ingångar i blocket 312 ligger signalen mL respektive signalerna n och tL och signalen TP.

Blocket 312 bestämmer ur ingångsstorheterna en signal TKat för temperaturen hos katalysatorn 116. Blocket 312 kan i princip vara uppbyggt likadant som blocket 306, varvid bara en annan dimensionering bör göras för att exempelvis göra räkning för de starkt skiljaktiga termiska massorna hos - _ syresensorn 114 och katalysatorn 116.

Utgången på blocket 312 är kopplad till en ingång på ett block 314. Till ytterligare ingångar på blocket 314 är kopp- lade signalen mL respektive signalerna n och tL och signalen TP. Blocket 314 bestämmer ur ingångsstorheterna en signal för temperaturen hos syresensorn 118. Uppbyggnaden av blocket 314 kan vara identisk med uppbyggnaden av blocket 306, och i fall syresensorerna 114 och 118 är likadana, kan även dimensione- ringen av blocket 314 vara identisk med dimensioneringen för blocket 306. Utgången på blocket 314 är kopplad till en första ingång på en förbindningspunkt 316, vars andra ingång 10 15 20 25 30 35 510 837 8 är kopplad till utgången på ett block 318. Blocket 318 och förbindelsepunkten 316 svarar till sin funktion mot blocket 310 och förbindelsepunkten 308, d.v.s. de korrigerar den från blocket 314 utmatade signalen med ett värde, som svarar mot avkylningen genom avgaskanalens 104 rörvägg. Därvid avges från blocket 318 en signal TKSKHK. Förbindelsepunkten 316 avger en signal TSKHK, som representerar temperaturen för syresensorn 118. Denna signal behövs, om det uppfinnings- mässiga förfarandet för övervakning av syresensorn 118 skall tillämpas, vilken sensor sitter nedströms katalysatorn 116.

Fig. 4 visar ett flödesdiagram för det uppfinningsmässiga förfarandet. Det i fig. 4 visade förfarandet kan exempelvis aktiveras efter motorns 100 start. Det börjar med ett steg 400, där motorn 100 startas. På steget 400 följer ett steg 402, där uppvärmningsanordningen 115 för syresensorn 114 respektive uppvärmningsanordningen 119 för syresensorn 118 inkopplas. Till steget 402 anslutes ett frågesteg 404. I frågesteget 404 prövas om ett diagnosvillkor är uppfyllt.

Diagnosvillkoret är uppfyllt när luftmassaströmmen ligger under ett förutbestämbart värde, temperaturen hos motorn ligger under ett förutbestämbart värde, batterispänningen ligger över ett förutbestämbart värde och syresensorn 114 respektive 118 ej är defekt. Om frågesteget 404 skall be- svaras med nej, d.v.s. diagnosvillkoret ej är uppfyllt, så ansluter till frågesteget 404 ett steg 405. I steget 405 fastställes att någon diagnos av uppvärmningsanordningen 115- respektive 119 under de givna driftsvillkoren är möjlig, och därmed är flödesdiagrammets genomlopp avslutat. Om frågan 404 däremot skall besvaras med ja, så ansluter ett frågesteg 406.

I frågesteget 406 frågas om syresensorn 114 respektive 119 är driftsfärdig. Driftsfärdigheten kan bestämmas från de signa- ler som kommer från syresensorn 114 respektive 118. När dessa signaler överstiger ett tröskelvärde, föreligger driftsbered- skap. Om ingen driftsberedskap föreligger, utföres frågeste- get 406 på nytt. Om driftsberedskap föreligger, följer ett frågesteg 408, där det frågas om signalen TSKVK för syresen- sorns 114 temperatur respektive signalen TSKHK för syresen- sorns 118 är mindre än ett tröskelvärde TS1. Signalerna TSVK 10 15 20 25 30 35 510 ss? 9 och TSHK avkännes med den i fig. 3 visade anordningen och avser respektive sensortemperatur utan elektrisk uppvärmning.

Om frågan 408 har positivt resultat, d.v.s. om signalen TSKVK respektive signalen TSKHK är mindre än tröskelvärdet TS1, så ansluter till frågesteget 408 ett steg 410, där slutsatsen drages att uppvärmningsanordningen 115 respektive 119 är funktionsduglig.

Denna slutsats skall nu förklaras utifrån det i fig. 1 visade diagrammet: För att komma fram till frågesteget 408 måste dessförinnan i frågesteget 406 fastställas en driftsberedskap hos syresen- sorn 114 respektive 118, d.v.s. den elektriskt uppvärmda syresensorn 114 respektive 118 har överskridit den i fig. 2 som TBMin visade minsta driftstemperaturen. I fig. 2 repre- senterar den heldragna kurvan b temperaturen för syresensorn 114 respektive 118 med aktiverad elektrisk uppvärmningsanord- ning 115 respektive 119. För att säkert kunna dra slutsatsen om en funktionsduglig uppvärmningsanordning måste den strec- kade kurvan a för temperaturförloppet hos syresensorn 114 respektive 118 utan extra elektrisk uppvärmning ligga tydligt under kurvan b. Detta prövas genom frågesteget 408. Där jämföres den för en syresensor 114 respektive 118 utan extra elektrisk uppvärmning efterbildade temperaturen TSKVK respek- tive TSKHK med ett tröskelvärde TS1. Tröskelvärdet TS1 är mindre än TBMin, så att i frågesteget 408 efterfrågas om _ temperaturen för syresensorn 114 respektive 118 utan extra elektrisk uppvärmning är klart under TBMin. Om så är fallet, kan en tydlig temperaturförhöjning genom inverkan av värm- ningsanordningen 115 respektive 119 fastställas, och sålunda kan slutas att uppvärmningsanordningen 115 respektive 119 är ordentligt funktionsduglig. Om så däremot ej är fallet, d.v.s. frågesteget 408 ger ej jasvar, så skall prövas om man med tillräcklig säkerhet kan konstatera en helt eller delvis funktionsoduglig uppvärmningsanordning 115 respektive 119, eller om med de givna villkoren ingen entydig utsaga är möjlig. Därtill ansluter i detta fall på frågesteget 408 ett frågesteg 412. I frågesteget 412 prövas om signalen TSKVK 10 15 20 25 30 35 510 837 10 respektive TSKHK för den temperatur, som syresensorn 114 respektive 118 skulle ha utan elektrisk uppvärmning genom uppvärmningsanordningen 115 respektive 119, ligger under ett tröskelvärde TS2. Tröskelvärdet TS2 är större än tröskel- värdet TS1. Om frågesteget 412 ger jasvar, så befinner sig signalen TSKVK respektive TSKHK i intervallet mellan TS1 och TS2. I detta intervall är ingen säker utsaga möjlig beträf- fande funktionstillståndet hos uppvärmningsanordningen 115 respektive 119, och ett steg 414 följer efter frågesteget 412, och där dras slutsatsen att ingen säker utsaga är möjlig beträffande funktionstillståndet hos uppvärmningsanordningen 115 respektive 119. Med steget 414 är flödesschemats genom- lopp fullbordat. Om frågesteget 412 däremot ej ger jasvar, d.v.s. signalen TSKVK respektive TSKHK är ej mindre än trös- kelvärdet TS2, så ansluter sig till frågesteget 412 ett steg 416, där slutsatsen drages att uppvärmningsanordningen 115 respektive 119 är defekt. Vidare kan i steget 416 aktiveras en lämplig varningsanordning, och inskrift i ett felminne ske. Med steget 416 är flödesdiagrammets genomlopp full- bordat.

Alternativt till det tidigare beskrivna kan anordningen i fig. 3 även så modifieras, att temperaturen hos syresensorn 114 eller/och syresensorn 118 efterbildas under hänsynsta- gande till den av den elektriska uppvärmningsanordningen 15 eller/och 119 orsakade temperaturförhöjningen. övningen av funktionsdugligheten måste på motsvarande sätt modifieras. -_ Exempelvis kan avvaktas tills den efterbildade sensortempera- turen överstiger den lägsta driftstemperaturen med ett förut- bestämbart värde, och därefter frågas om driftsberedskap föreligger hos syresensorn 114 respektive 118. Om drifts- beredskap föreligger, så bedömes uppvärmningsanordningen 115 respektive 119 som funktionsduglig. Om ingen driftsberedskap föreligger, så bedömes uppvärmningsanordningen 115 respektive 119 som ej funktionsduglig.

Härutöver är även ytterligare utföringsformer tänkbara.

Väsentligt är därvid att i beroende av syresensorns 114 respektive 118 fastställda driftsberedskap, varav kan dragas 510 837 ll slutsatsen att den lägsta driftstemperaturen uppnåtts, och den av driftsdata efterbildade temperaturen för syresensorn llft respektive 118 bedömes funktionsdugligheten hos uppvärm- ningsanordningen 115 respektive 119.

Claims (8)

10 15 20 25 30 35 510 837 12 Patentkrav

1. Förfarande för övervakning av en uppvärmningsanordning (115, 119) till en sensor (114, 118), monterad i en förbrän- ningsmotors (100) avgassystem, känneteoknat av att - en första signal bildas, som anger sensorns (114, 118) driftsberedskap, - en andra signal (TSKVK, TSKHK) bildas, som anger sensorns (114, 118) temperatur, - uppvärmningsanordningen (115, 119) bedömes som funktions- duglig när den första signalen anger att sensorn (114, 118) är driftsberedd och den andra signalen (TSKVK), TSKHK) ligger inom ett förutbestämbart första intervall, och ingen utsaga göres för uppvärmningsanordningens (115, 119) funktionsduglighet, om den första signalen anger att sensorn (114, 118) är driftsberedd och den andra signalen (TSKVK, TSKHK) ligger inom ett förutbestämbart tredje intervall.

2. Förfarande enligt krav 1, kännetecknat av att uppvärm- ningsanordningen (115, 119) bedömes som icke funktionsduglig, när den första signalen anger att sensorn (114, 118) är driftsberedd och den andra signalen (TSKVK, TSKHK) ligger inom ett förutbestämbart andra intervall.

3. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att den andra signalen (TKSVK, TKSHK) bildas i beroende av driftskarakteristika för förbränningsmotorn (100).

4. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att den andra signalen (TKSVK, TKSHK) bildas ur en grund- signal (TStat), som bestämmes i beroende av en signal (mL), som anger luftgenomströmningen genom förbränningsmotorn (100), och som förses med minst en korrektion (TKSKVK, TKsKHK) .

5. Förfarande enligt krav 4, kännetecknat av att korrektionen representerar temperaturinflytandet hos avgassystemets vägg. 10 15 20 510 837 13

6. Förfarande enligt krav 4 eller 5, kännetecknat av att korrektionen representerar det dynamiska förhållandet för sensorns (114, 118) temperatur.

7. Förfarande enligt något av föregående krav, kännetecknat av att vid en nedströms en katalysator (116) anordnad sensor korrektionen representerar katalysatorns (116) temperatur- inflytande.

8. Anordning för övervakning av en uppvärmningsanordning (115, 119) till en sensor (114, 118) som är anordnad i ett avgassystem till en förbränningsmotor (100), med . - ett driftsberedskapsmedel, som bildar en första signal, vilken anger sensorns (114, 118) driftsberedskap, - ett temperaturmodellmedel, som bildar en andra signal (TSKVK, TSKHK), vilken anger sensorns (114, 118) temperatur och - ett bedömningsmedel, som bedömer uppvärmningsanordningen (115, 119) som funktionsduglig, om den första signalen anger att sensorn (114, 118) är driftsberedd och den andra signalen (TSKVK, TSKHK) ligger inom ett förutbestämtbart första inter- vall, varvid dock ingen utsaga göres för uppvärmningsanordningens (115, 119) funktionsduglighet, om den första signalen anger att sensorn (114, 118) är driftsberedd och den andra signalen (TSKVK, TSKHK) ligger inom ett förutbestämbart tredje intervall.