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WO1998036163A1 - Verfahren und einrichtung zum überwachen eines sensors - Google Patents

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WO1998036163A1
WO1998036163A1 PCT/DE1998/000293 DE9800293W WO9836163A1 WO 1998036163 A1 WO1998036163 A1 WO 1998036163A1 DE 9800293 W DE9800293 W DE 9800293W WO 9836163 A1 WO9836163 A1 WO 9836163A1
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WO
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value
sensor
mod
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recognized
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Application number
PCT/DE1998/000293
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English (en)
French (fr)
Inventor
Hong Zhang
Maximilian Engl
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Siemens Aktiengesellschaft filed Critical Siemens Aktiengesellschaft
Priority to EP98909317A priority Critical patent/EP0897464A1/de
Publication of WO1998036163A1 publication Critical patent/WO1998036163A1/de

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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
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    • F02D41/222—Safety or indicating devices for abnormal conditions relating to the failure of sensors or parameter detection devices
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D2041/1433—Introducing closed-loop corrections characterised by the control or regulation method using a model or simulation of the system
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the invention relates to a method for monitoring a sensor according to the preamble of patent claim 1 and a device for monitoring the sensor according to the preamble of patent claim 10.
  • a method and a device for monitoring a sensor is described in US Pat. No. 5,079,946.
  • a throttle position sensor and an intake manifold pressure sensor are associated with the device that monitors the throttle position sensor.
  • the throttle valve position sensor detects the opening angle of a throttle valve and determines the measured value of the opening angle.
  • the pressure sensor detects the intake manifold pressure and determines a measured value of the intake manifold pressure. If the internal combustion engine is in a stationary operating state, the measured value of the opening angle is compared with a speed-dependent calibration value. If the measured value of the opening angle is greater than the calibration value, it is checked whether the intake manifold pressure is greater than a predetermined value.
  • the known method / device enables the sensor to be monitored only in a stationary operating state of the internal combustion engine.
  • the calibration value and the value of the intake manifold pressure are determined under predetermined operating conditions of the internal combustion engine. However, if the operating conditions deviate significantly from the specified operating conditions, precise and safe monitoring of the sensor can no longer be guaranteed.
  • the object of the invention is to provide a method and a device for monitoring a sensor that is accurate and reliable.
  • the object is achieved by the features of independent claims 1 and 10.
  • the method according to claim 1 is characterized in that it is checked whether a first condition is met, which depends on a measured value and an estimated value of a measured variable.
  • the measured value is determined by a sensor.
  • the estimated value is calculated by an observer.
  • the sensor is then recognized as faulty if the condition is fulfilled.
  • the observer comprises a physical model of an intake tract of the internal combustion engine, which is preferably adapted in such a way that deviations of the model from physical reality are minimized.
  • the estimated value of the measured variable is calculated very precisely regardless of the current operating conditions. This enables accurate and reliable monitoring of the sensor.
  • the method according to the invention also has the advantage that the monitoring takes place reliably both in a stationary operating state and in an unsteady operating state.
  • a further sensor is additionally monitored. For this purpose, it is checked whether a measured value of a further measured variable fulfills a predetermined second condition.
  • the further measured variable can be detected by the further sensor. However, it can also be detected by a third sensor.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine with a control device for controlling the internal combustion engine
  • FIG. 2 shows a block diagram of a first embodiment of the invention
  • 3 shows the block diagram of a second embodiment of the invention
  • FIG. 4 shows the block diagram of a third embodiment of the invention
  • FIG. 5 shows a table.
  • An internal combustion engine (FIG. 1) comprises an intake tract 1, in which a throttle valve 10 is arranged, and an engine block 2, which has a cylinder 20 and a crankshaft 24.
  • a piston 21, a connecting rod 22 and a spark plug 23 are assigned to the cylinder 20.
  • the connecting rod is connected to the piston and a crankshaft 24.
  • An injection valve is provided that is assigned to an individual injection system and is arranged in the vicinity of the cylinder 20 on the intake tract 1.
  • the internal combustion engine further comprises an exhaust tract 4 in which a catalytic converter
  • the internal combustion engine is shown in FIG. 1 with a cylinder 20. However, it can also comprise several cylinders.
  • the injection valve can also be assigned to a central injection system or a direct injection system.
  • the internal combustion engine can also have a bypass (not shown) to the throttle valve 10 or an exhaust gas recirculation system.
  • a control device 5 for the internal combustion engine is provided, to which sensors are assigned, which record different measured variables and each determine the measured value of the measured variable. Depending on at least one measured variable, the control device 5 determines one or more control signals, each of which controls an actuator.
  • the sensors are a pedal position sensor 6, which detects a pedal position PV of the accelerator pedal 7, a throttle valve position sensor 11, which detects an opening angle THR of the throttle valve 10, an air mass meter 12, which detects an air mass flow MAF, and / or an intake manifold pressure sensor 13, which detects an intake manifold pressure MAP ,
  • a temperature sensor 14 which detects an intake air temperature TAL, a speed sensor 25, which detects a speed n of the crankshaft 24, and an oxygen probe 41, which detects the residual oxygen content of the exhaust gas and which assigns an air ratio LAM to it.
  • any subset of the sensors mentioned or additional sensors can be present.
  • Operating variables include the measured variables and variables derived therefrom, such as an ambient pressure or an exhaust gas back pressure, which are determined via a map context or by an observer who calculates estimated values of the operating variables.
  • the control units each include an actuator and an actuator.
  • the actuator is an electromotive drive, an electromagnetic drive, a mechanical drive or another drive known to the person skilled in the art.
  • the actuators are designed as a throttle valve 10, as an injection valve 3, as a spark plug 23 or as a switch between two different intake pipe lengths. In the following, reference is made to the actuators with the associated actuator.
  • the control device is preferably designed as an electronic motor controller. However, it can also comprise several control devices which are connected to one another in an electrically conductive manner, for. B. via a bus system.
  • the control device 5 further comprises a monitoring device 51, which monitors at least one sensor.
  • the monitoring device 51 is preferably arranged in the electronic engine control. However, it can also be arranged in a separate control unit.
  • FIG. 2 shows the block diagram of a first embodiment of the monitoring device 51.
  • the observer 511 encompasses the area shown in dashed lines.
  • a first block B1 comprises a physical model of the intake tract 1 of the internal combustion engine. Such a model is described in WO 96/32579, the content of which is hereby included.
  • An estimate MAF_THR_MOD of the air mass flow MAF at the throttle valve 10 is derived from the flow equation of ideal gases through throttle points. Flow losses that occur at the throttle valve 10 are taken into account by a reduced flow cross section ARED. The following relationships can be specified:
  • MAF THR MOD ARED • P ⁇ »J -» MAP MOD » ⁇ (1. 0] ⁇ - 1 V RL * TAL with
  • MAP_MOD Model value of the intake manifold pressure
  • ⁇ can be broken down into sections within which it can be represented with sufficient accuracy by a polygon approximation. So: ⁇ DFGO j - DFGl ⁇ - * 100 (1 .3)
  • the values for the slope DFG1 and the offset DFGO are stored in tables depending on the ratio of the estimated value MAP_MOD of the intake manifold pressure MAP to the estimated value AMP_MOD of the ambient pressure AMP.
  • a first map KF1 is preferably represented by a first map KF1 as a function of the intake air temperature TAL.
  • MAF_THR_M0D ARED »KF1 (TAL) • (DFG0 « AMP_MOD-DFGl »MAP_MOD) (1.6)
  • the air mass flow MAF in the cylinder 20 can be determined analytically only with difficulty, since it depends strongly on the gas exchange.
  • the filling of the cylinder 20 is largely determined by the intake manifold pressure MAP, the speed n and by the valve overlap VUE of the gas exchange valves. With constant speed N and valve overlap VUE, the air mass flow in the MAF in the cylinder 20 is directly proportional to the intake manifold pressure MAP. With a linear use of the form
  • MAF CYL MOD ETA 1 • MAP MOD + ETA 0 (2.0) the estimated value MAF_CYL_MOD of the air mass flow MAF into the cylinder 20 can be calculated with good accuracy.
  • the slope ETA_1 and the absolute element ETA_0 of the relationship (2.0) are functions of the rotational speed N, the geometry of the intake tract, the number of cylinders 20, the valve overlap VUE, and the intake air temperature TAL, taking into account all essential influencing factors.
  • the dependency of the values of the slope ETA_1 and of the absolute member ETA_0 on the quantities mentioned can be determined via stationary measurements and stored in a second and a third characteristic map.
  • the differential equation (3.0) is preferably solved using a numerical solution method, such as the trapezoidal rule.
  • the estimated value MAP_MOD of the intake manifold pressure MAP is preferably calculated segment-synchronously.
  • the index n denotes the current point in time, with the index n-1 the point in time that is a segment before the current point in time.
  • TN is used to denote the length of time for each segment.
  • the relationship for the estimated value MAP MOD of the intake manifold pressure MAP is as follows:
  • the estimates MAP_MOD of the intake manifold pressure MAP, the estimate MAF_CYL_MOD of the air mass flow into the cylinder 20 and the estimate MAF_THR_MOD of the air mass flow at the throttle valve 10 are thus available at the outputs of the first block B1.
  • an estimated value ARED_MOD of the reduced flow cross section ARED is determined from a fourth characteristic diagram as a function of the measured value THR_MES of the opening angle THR of the throttle valve 10, the estimated value AMP_MOD of the ambient pressure AMP and the estimated value MAP_MOD of the intake manifold pressure. Due to the reduced flow cross-section ARED, flow losses that occur at the throttle point are taken into account.
  • a third block B3 comprises a behavior model of the air mass meter 12, which can be a PTI element, for example.
  • a behavior model of the air mass meter 12 which can be a PTI element, for example.
  • MAF_AFM_MOD of the air mass flow to the air mass meter 12 is formed.
  • the difference XW of the measured value MAF_MES of the air mass flow MAF and the estimated value MAF AFM MOD of the air mass flow is supplied as a control difference to a fourth block B4, which has a controller with proportional and integral behavior.
  • the difference XW is also fed to a fifth block B5, which has a controller with integral behavior. If the ratio of the estimated value MAP_MOD of the intake manifold pressure MAP and the estimated value AMP_MOD of the ambient pressure AMP has a value which is less than a predetermined first threshold value (e.g. MAP_MOD / AMP_MOD> 0.9), the controller of the fourth block is B4 active and the controller of the fifth block B5 is not active.
  • the output variable of the fourth block B4 represents a correction value DARED of the reduced flow cross section.
  • the controller of the fifth block B5 is active and the controller of the fourth block B4 is not active.
  • the output of the fifth block B5 is an estimate AMP_M0D of the ambient pressure.
  • an error in the air mass meter 12 is detected when the correction value DARED exceeds a predetermined second threshold value.
  • the amount of the correction value DARED can also be formed and the air mass meter 12 can be recognized as faulty if the amount of the correction value DARED exceeds the second threshold value.
  • the air mass meter 12 is identified as faulty if the difference XW is greater than the predetermined second threshold value.
  • the quotient of the correction value DARED and the estimated value ARED_MOD of the reduced flow cross section is calculated at the first dividing point D1.
  • the output variable of the first divider D1 is the first error measure DARED_A, which is fed to a sixth block B6, which has a filter.
  • the first error measure DARED_A is preferably subjected to a moving averaging once per segment.
  • a seventh block B7 it is then checked whether the amount of the averaged first error measure DARED_A_M exceeds a predetermined third threshold value. If this is the case, a first error A is recognized.
  • a variable representing the measured value LAM_MES of the air number LAM is fed to an eighth block B8.
  • This is preferably an injection time correction factor TI_LAM.
  • the injection time correction factor TI_LAM is preferably subjected to a moving averaging in the eighth block B8, and a check is made in a ninth block B9 to determine whether the averaged injection time correction factor TI_LAM_M exceeds a predetermined fourth threshold value. If this is the case, a second error B is recognized.
  • An evaluation unit 512 then checks whether the first and second errors A, B have been detected. If this is the case, the air mass meter 12 is recognized as faulty.
  • the throttle valve position sensor 11 is identified as faulty.
  • FIG. 3 shows the block diagram of a second embodiment of the invention.
  • a behavior model of the intake manifold pressure sensor 13 is stored in a block B3 '.
  • the intake manifold pressure sensor 13 has a PT1 behavior to a good approximation.
  • the output variable of block B3 ' is the estimated value MAP_MPS_MOD of the intake manifold pressure at the intake manifold pressure sensor 13.
  • the difference XW is formed from the measured value MAP_MES and the estimated value MAP_MPS_MOD of the intake manifold pressure at the intake manifold pressure sensor 13. It is checked in the evaluation unit 512 whether the error A and the error B are recognized. If this is the case, the intake manifold pressure sensor 13 is recognized as faulty. If the fault A is detected, but the second fault B is not, the throttle valve position sensor 11 is recognized as faulty.
  • both an air mass meter 12 and an intake manifold pressure sensor 13 are assigned to the internal combustion engine.
  • the difference between the measured value MAP_MES and the estimated value MAP_MOD of the intake manifold pressure, which represents a second error measure, is formed at a third summing point S3 and fed to a tenth block BIO.
  • the third error measure is preferably subjected to a moving averaging.
  • a third error C is detected in a block B1 if the averaged third error measure exceeds a predetermined fifth threshold value. Alternatively, the third error C is recognized when the amount of the second error measure exceeds the predetermined fifth threshold value.
  • the evaluation unit then checks which errors A, B, C are detected. If only the 3rd error C is detected, the intake manifold pressure sensor 13 is identified as being defective. A faulty air mass meter or a faulty throttle valve position sensor is identified analogously to FIG. 2.
  • the internal combustion engine is assigned an ambient pressure sensor 14 which detects the ambient pressure and determines the measured value AMP_MES of the ambient pressure.
  • the difference between the measured value AMP_MES and the estimated value AMP_MOD of the intake manifold pressure, which represents a third error measure, is determined in a fourth summing point S4.
  • the fourth error measure is preferably subjected to a moving averaging.
  • a thirteenth block B13 it is checked whether the error measure or the amount of the error measure exceeds a predetermined sixth threshold value. Is this the case, a fourth error D is recognized.
  • the evaluation unit checks whether only error D is detected. If this is the case, then the ambient pressure sensor is recognized as faulty.
  • the evaluation unit 512 is preferably assigned a table (FIG. 5) from which, depending on the errors A, B, C, D, it can be determined which sensor is faulty.
  • the method and the device according to the invention are particularly distinguished by the fact that the estimates, which are determined by the observer 511, both for the plausibility check of the sensors and for the exact determination of an injection time and injection duration for the injection valve 23 - both in the stationary and in transient operation of the internal combustion engine - can be used advantageously.

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Abstract

Verfahren und Einrichtung zum Überwachen eines Sensors, der einer Brennkraftmaschine zugeordnet ist. Der Sensor erfaßt eine Meßgröße und ermittelt einen Meßwert der Meßgröße. Ein Schätzwert der Meßgröße wird von einem Beobachter (511) berechnet. Es wird überprüft, ob eine erste Bedingung erfüllt ist, die von dem Meßwert und dem Schätzwert abhängt. Der Sensor wird als fehlerhaft erkannt, wenn die Bedingung erfüllt ist.

Description

Beschreibung
Verfahren und Einrichtung zum Überwachen eines Sensors
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Überwachen eines Sensors gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 und eine Einrichtung zum Überwachen des Sensors gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
Ein Verfahren bzw. eine Einrichtung zum Überwachen eines Sensors ist in der US 5 079 946 beschrieben. Ein Drosselklappenstellungsgeber und ein Saugrohrdrucksensor sind der Einrichtung zugeordnet, die den Drosselklappenstellungsgeber überwacht. Der Drosselklappenstellungsgeber erfaßt den Öffnungs- winkel einer Drosselklappe und ermittelt den Meßwert des Öffnungswinkels. Der Drucksensor erfaßt den Saugrohrdruck und ermittelt einen Meßwert des Saugrohrdrucks. Wenn sich die Brennkraftmaschine in einem stationären Betriebszustand befindet, wird der Meßwert des Öffnungswinkels mit einem dreh- zahlabhängigen Kalibrationswert verglichen. Ist der Meßwert des Öffnungswinkels größer als der Kalibrationswert , so wird überprüft, ob der Saugrohrdruck größer ist als ein fest vorgegebener Wert . Das/die bekannte Verfahren/Einrichtung ermöglicht das Überwachen des Sensors lediglich in einem stationä- ren Betriebszustand der Brennkraftmaschine. Darüber hinaus ist der Kalibrationswert und der Wert des Saugrohrdrucks unter vorgegebenen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine ermittelt. Weichen die Betriebsbedingungen jedoch stark von den vorgegebenen Betriebsbedingungen ab, so ist ein genaues und sicheres Überwachen des Sensors nicht mehr gewährleistet.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Überwachen eines Sensors anzugeben, das/die genau und zuverlässig ist.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 10 gelöst. Das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 zeichnet sich dadurch aus, daß überprüft wird, ob eine erste Bedingung erfüllt ist, die von einem Meßwert und von einem Schätzwert einer Meßgröße abhängt . Der Meßwert wird von einem Sensor ermittelt. Der Schätzwert wird von einem Beob- achter berechnet. Der Sensor wird dann als fehlerhaft erkannt, wenn die Bedingung erfüllt ist. Der Beobachter umfaßt ein physikalisches Modell eines Ansaugtraktes der Brennkraftmaschine, das vorzugsweise derart adaptiert wird, daß Abweichungen des Modells von der physikalischen Realität minimiert werden. So wird der Schätzwert der Meßgröße unabhängig von den aktuellen Betriebsbedingungen sehr präzise berechnet. Damit ist eine genaue und zuverlässige Überwachung des Sensors möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat darüber hinaus den Vorteil, daß das Überwachen sowohl in einem stationären Betriebszustand als auch in einem instationären Betriebszustand zuverlässig erfolgt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird zusätzlich ein weiterer Sensor überwacht. Dazu wird geprüft, ob ein Meßwert einer weiteren Meßgröße eine vorgegebene zweite Bedingung erfüllt . Die weitere Meßgröße kann von dem weiteren Sensor erfaßt werden. Sie kann aber auch von einem dritten Sensor erfaßt werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden unter Bezugnahme auf die schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Brennkraftmaschine mit einer Steuereinrichtung zum Steuern der Brennkraftmaschine, Figur 2 ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungsform der Erfindung, Figur 3 das Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung und
Figur 4 das Blockschaltbild einer dritten Ausführungsform der Erfindung, Figur 5 eine Tabelle.
Elemente gleicher Konstruktion und Funktion sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Eine Brennkraftmaschine (Figur 1) umfaßt einen Ansaugtrakt 1, in dem eine Drosselklappe 10 angeordnet ist, und einen Motorblock 2, der einen Zylinder 20 und eine Kurbelwelle 24 aufweist. Ein Kolben 21, eine Pleuelstange 22 und eine Zündkerze 23 sind dem Zylinder 20 zugeordnet. Die Pleuelstange ist mit dem Kolben und einer Kurbelwelle 24 verbunden.
Ein Einspritzventil ist vorgesehen, daß einem Einzeleinspritzsystem zugeordnet ist und in der Nähe des Zylinders 20 am Ansaugtrakt 1 angeordnet ist . Die Brennkraftmaschine um- faßt desweiteren einen Abgastrakt 4, in dem ein Katalysator
40 angeordnet ist.
Die Brennkraftmaschine ist in der Figur 1 mit einem Zylinder 20 dargestellt. Sie kann aber auch mehrere Zylinder umfassen. Das Einspritzventil kann auch einem Zentraleinspritzsystem oder einem Direkteinspritzsystem zugeordnet sein. Die Brennkraftmaschine kann auch einen nicht dargestellten Bypass zu der Drosselklappe 10 oder ein Abgasrückfürsystem aufweisen.
Eine Steuereinrichtung 5 für die Brennkraftmaschine ist vorgesehen, der Sensoren zugeordnet sind, die verschiedene Meßgrößen erfassen und jeweils den Meßwert der Meßgröße ermitteln. Die Steuereinrichtung 5 ermittelt abhängig von mindestens einer Meßgröße ein oder mehrere Stellsignale, die je- weils ein Stellgerät steuern. Die Sensoren sind ein Pedalstellungsgeber 6, der eine Pedalstellung PV des Fahrpedals 7 erfaßt, ein Drosselklappenstellungsgeber 11, der einen Öffnungswinkel THR der Drosselklappe 10 erfaßt, ein Luftmassenmesser 12, der einen Luftmassenstrom MAF erfaßt und/oder ein Saugrohrdrucksensor 13, der einen Saugrohrdruck MAP erfaßt, ein Temperatursensor 14, der eine Ansauglufttemperatur TAL erfaßt, ein Drehzahlgeber 25, der eine Drehzahl n der Kurbelwelle 24 erfaßt und eine Sauerstoffsonde 41, die den Restsauerstoffgehalt des Abgases er- faßt und die diesem eine Luftzahl LAM zuordnet. Je nach Ausführungsform der Erfindung können eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren oder auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
Betriebsgrößen umfassen die Meßgrößen und aus diesem abgeleitete Größen, wie ein Umgebungsdruck oder ein Abgasgegendruck, die über einem Kennfeldzusammenhang oder von einem Beobachter ermittelt werden, der Schätzwerte der Betriebsgrößen berechnet .
Die Steuergeräte umfassen jeweils einen Stellantrieb und ein Stellglied. Der Stellantrieb ist ein elektromotorischer Antrieb, ein elektromagnetischer Antrieb, ein mechanischer Antrieb oder ein weiterer dem Fachmann bekannter Antrieb. Die Stellglieder sind als Drosselklappe 10, als Einspritzventil 3, als Zündkerze 23 oder als Umschalter zwischen zwei verschiedenen Saugrohrlängen ausgebildet. Auf die Stellgeräte wird im folgenden jeweils mit dem zugeordneten Stellglied Bezug genommen .
Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise als elektronische Mo- torsteuerung ausgebildet. Sie kann jedoch auch mehrere Steuergeräte umfassen, die elektrisch leitend miteinander verbunden sind, so z. B. über ein Bussystem.
Die Steuereinrichtung 5 umfaßt des Weiteren eine Überwachungseinrichtung 51, die mindestens einen Sensor überwacht. Die Überwachungseinrichtung 51 ist vorzugsweise in der elektronischen Motorsteuerung angeordnet. Sie kann jedoch auch in einem separaten Steuergerät angeordnet sein.
In Figur 2 ist das Blockschaltbild einer ersten Ausführungs- form der Überwachungseinrichtung 51 dargestellt. Der Beobachter 511 umfaßt den gestrichelt eingezeichneten Bereich. Ein erster Block Bl umfaßt ein physikalisches Modell des Ansaugtraktes 1 der Brennkraftmaschine. Ein derartiges Modell ist in der WO 96/32579 beschrieben, deren Inhalt hiermit mit einbezogen ist. Ein Schätzwert MAF_THR_MOD des Luftmassenstroms MAF an der Drosselklappe 10 wird aus der Durchflußgleichung idealer Gase durch Drosselstellen abgeleitet. Strömungsverluste, die an der Drosseklappe 10 auftreten, werden durch einen reduzierten Strömungsquerschnitt ARED berücksichtigt. So lassen sich folgende Beziehungen angeben:
MAF THR MOD = ARED • P^ » J - » MAP MOD » Ψ ( 1 . 0 ] χ - 1 V RL *TAL mit
1 χ+ι
| MAP_ MQD (" MAP_ M0D | * ( 1 1 )
Ψ _ 1|IAMP_MODJ ~IAMP_MODJ für unterkritische Druckverhältnisse und
Ψ = Ψkntisch = con ( 1 . 2 ) für überkritische Druckverhältnisse.
χ : Adiabatenexponent RL: allgemeine Gaskonstante
TAL: Ansauglufttemperatur
MAP_MOD: Modellwert des Saugrohrdrucks
AMP_MOD: Modellwert des Umgebungsdrucks
Ψ: Durchflußfunktion
Die Funktion Ψ kann in Abschnitte zerlegt werden, innerhalb derer sie durch eine Polygonzugapproximation ausreichend genau dargestellt werden kann. Damit gilt: ^ DFGOj - DFGl^ -*100 ( 1 .3 )
1 AMP_MOD
Die Werte für die Steigung DFG1 und den Offset DFGO sind in Tabellen abhängig von dem Verhältnis des Schätzwertes MAP_MOD des Saugrohrdrucks MAP zu dem Schätzwert AMP_MOD des Umgebungsdrucks AMP abgelegt .
Der Term
( 1 . 4 : χ-l RL.TAL
wird vorzugsweise durch ein erstes Kennfeld KF1 in Abhängigkeit von der Ansauglufttemperatur TAL dargestellt .
Damit gilt
Figure imgf000008_0001
So ergibt sich folgende Beziehung, aus der der Schätzwert MAF_THR_MOD des Luftmassenstroms MAF an der Drosselklappe 10 berechnet wird:
MAF_THR_M0D=ARED»KF1 (TAL) • (DFG0«AMP_MOD-DFGl»MAP_MOD) (1.6)
Der Luftmassenstrom MAF in den Zylinder 20 läßt sich analytisch nur schwer bestimmen, da er stark vom Ladungswechsel abhängt. Die Füllung des Zylinders 20 wird weitgehend durch den Saugrohrdruck MAP, die Drehzahl n und durch die Ventil- Überschneidung VUE der Gaswechselventile bestimmt. Bei kon- stanter Drehzahl N und Ventilüberschneidung VUE ist der Luft- massenstrom in den MAF in dem Zylinder 20 direkt proportional zum Saugrohrdruck MAP. Mit einem linearen Einsatz der Form
MAF CYL MOD = ETA 1 • MAP MOD +ETA 0 (2.0) kann der Schätzwert MAF_CYL_MOD des Luftmassenstroms MAF in den Zylinder 20 mit guter Genauigkeit berechnet werden. Die Steigung ETA_1 und das Absolutglied ETA_0 der Beziehung (2.0) sind dabei unter Berücksichtigung aller wesentlicher Einflußfaktoren Funktionen der Drehzahl N, der Geometrie des Ansaugtraktes, der Anzahl der Zylinder 20, der Ventilüberschneidung VUE, sowie der Ansauglufttemperatur TAL. Die Abhängigkeit der Werte der Steigung ETA_1 und des Absolutgliedes ETA_0 von den genannten Größen kann dabei über stationäre Messungen ermittelt werden und in einem zweiten und einem dritten Kennfeld gespeichert werden. Mit den Gleichungen (2.0, 1.6) für den Schätzwert MAF_CYL_MOD des Luftmassenstroms MAF in den Zylinder 20 und den Schätzwert MAF_THR_MOD des Luftmassenstroms MAF an der Drosselklappe 10 ergibt sich für den Schätzwert DMAP_MOD der Druckänderung im Ansaugtrakt 1 die Beziehung
DT TAL DMAP MOD= (ARED»KF1(TAL)«(DFG0«AMP M0D-DFG1*MAP MOD) -
_ VAT - -
(ETA_l«MAP_MOD-ETA_0 ) ) (3.0), wobei VAT das Volumen des Ansaugtraktes 1 ist.
Vorzugsweise wird die Differentialgleichung (3.0) mit Hilfe einer numerischen Lösungsmethode, wie z.B der Trapezregel gelöst. Der Schätzwert MAP_MOD des Saugrohrdrucks MAP wird vor- zugsweise segmentsynchron berechnet. Mit dem Index n wird jeweils der aktuelle Zeitpunkt bezeichnet, mit dem Index n-1 der Zeitpunkt, der ein Segment vor dem aktuellen Zeitpunkt liegt. Mit TN wird die Zeitdauer je eines Segments bezeichnet. Demnach ergibt sich folgende Beziehung für den Schätz - wert MAP MOD des Saugrohrdrucks MAP:
Figure imgf000009_0001
TN (DMAP_ MOD _ , + LM_ MOD_ Kθ • (ARED • M_ MOD_ Kl • DFGO • AMP_ MOD + ETA__ VO O)
_- (1 + • LM_ MOD_ KO • CETA_ VOLl + ARED • LM_ MOD_ Kl • DFGl) )
: 3 . ι :
mit
LM MOD K0= -^- • TAL (3.2)
_ - VAT
An den Ausgängen des ersten Blocks Bl stehen somit der Schätzwert MAP_MOD des Saugrohrdrucks MAP, der Schätzwert MAF_CYL_MOD des Luftmassenstroms in den Zylinder 20 und der Schätzwert MAF_THR_MOD des Luftmassenstroms an der Drosselklappe 10 zur Verfügung.
In einem zweiten Block B2 wird aus einem vierten Kennfeld in Abhängigkeit von dem Meßwert THR_MES des Öffnungswinkels THR der Drosselklappe 10, des Schätzwertes AMP_MOD des Umgebungs - drucks AMP und des Schätzwertes MAP_MOD des Saugrohrdrucks ein Schätzwert ARED_MOD des reduzierten Strömungsquerschnitts ARED ermittelt . Durch den reduzierten Strömungsquerschnitt ARED werden Strömungsverluste, die an der Drosselstelle auf- treten, berücksichtigt.
Ein dritter Block B3 umfaßt ein Verhaltensmodell des Luft- massenmessers 12, das beispielsweise ein PTl-Glied sein kann. In dem dritten Block B3 wird in Abhängigkeit von dem Schätz - wert MAF_THR_MOD des Luftmassenstroms an der Drosselklappe 10 ein Schätzwert MAF_AFM_MOD des Luftmassenstroms an dem Luft- massenmesser 12 berechnet .
An der ersten Summierstelle SI wird die Differenz XW des Meß- wertes MAF_MES des Luftmassenstroms und des Schätzwertes
MAF_AFM_MOD des Luftmassenstroms an den Luftmassenmesser 12 gebildet .
Die Differenz XW des Meßwertes MAF_MES des Luftmassenstroms MAF und des Schätzwertes MAF AFM MOD des Luftmassenstroms wird als Regeldifferenz einem vierten Block B4 zugeführt, der einen Regler mit proportionalem und integralem Verhalten aufweist. Die Differenz XW wird auch einem fünften Block B5 zugeführt, der einen Regler mit integralem Verhalten aufweist. Weist das Verhältnis des Schätzwertes MAP_MOD des Saugrohrdrucks MAP und des Schätzwertes AMP_MOD des Umgebungsdrucks AMP einen Wert auf, der kleiner ist als ein vorgegebener erster Schwellenwert (z. B. MAP_MOD/AMP_MOD > 0,9), so ist der Regler des vierten Blocks B4 aktiv und der Regler des fünften Blocks B5 nicht aktiv. Die Ausgangsgröße des vierten Blocks B4 repräsentiert einen Korrekturwert DARED des reduzierten Strömungsquerschnitts .
Übersteigt das Verhältnis des Schätzwertes MAP_M0D des Saug- rohrdrucks MAP und des Schätzwertes AMP_M0D des Umgebungs- drucks AMP den vorgegebenen ersten Schwellenwert, so erfolgt nur noch eine vernachlässigbare Drosselung durch die Drosselklappe 10 und die Differenz XW ist ein Maß für die Abweichung des Schätzwertes AMP_MOD des Saugrohrdrucks von seinem tat- sächlichen Wert. Ist das Verhältnis des Schätzwertes MAP_MOD und des Schätzwertes AMP_MOD des Umgebungsdrucks AMP größer als der vorgegebene erste Schwellenwert, so ist der Regler des fünften Blocks B5 aktiv und der Regler des vierten Blocks B4 nicht aktiv. Die Ausgangsgröße des fünften Blocks B5 ist ein Schätzwert AMP_M0D des Umgebungsdrucks.
In einer einfachen Ausgestaltung der Erfindung wird ein Fehler des Luftmassenmessers 12 erkannt, wenn der Korrekturwert DARED einen vorgegebenen zweiten Schwellenwert überschreitet . Alternativ kann auch der Betrag des Korrekturwertes DARED gebildet werden und der Luftmassenmesser 12 als fehlerhaft erkannt werden, wenn der Betrag des Korrekturwertes DARED den zweiten Schwellenwert überschreitet. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird der Luftmassenmesser 12 als feh- lerhaft erkannt, wenn die Differenz XW größer ist als der vorgegebene zweite Schwellenwert . In einer komfortableren Ausführungsform der Erfindung wird der Quotient des Korrekturwertes DARED und des Schätzwerts ARED_MOD des reduzierten Strömungsquerschnitts an der ersten Dividierstelle Dl berechnet. Die Ausgangsgröße der ersten Di- vidierstelle Dl ist das erste Fehlermaß DARED_A, das einem sechsten Block B6 zugeführt wird, der ein Filter aufweist. Vorzugsweise wird im Block B6 einmal pro Segment das erste Fehlermaß DARED_A einer gleitenden Mittelwertbildung unterzogen. In einem siebten Block B7 wird dann überprüft, ob der Betrag des gemittelten ersten Fehlermaßes DARED_A_M einen vorgegebenen dritten Schwellenwert überschreitet. Ist dies der Fall, so wird ein erster Fehler A erkannt.
Einem achten Block B8 wird eine den Meßwert LAM_MES der Luft- zahl LAM repräsentierende Größe zugeführt. Vorzugsweise ist dies ein Einspritzzeitkorrekturfaktor TI_LAM. Der Einspritz - zeitkorrekturfaktor TI_LAM wird in dem achten Block B8 vorzugsweise einer gleitenden Mittelwertbildung unterzogen und in einem neunten Block B9 wird geprüft, ob der gemittelte Einspritzzeitkorrekturfaktor TI_LAM_M einen vorgegebenen vierten Schwellenwert überschreitet. Ist dies der Fall, so wird ein zweiter Fehler B erkannt .
In einer Auswerteeinheit 512 wird dann überprüft, ob der erste und der zweite Fehler A, B erkannt sind. Ist dies der Fall, so wird der Luftmassenmesser 12 als fehlerhaft erkannt.
Ist hingegen nur der zweite Fehler B erkannt, so wird der Drosselklappenstellungsgeber 11 als fehlerhaft erkannt.
Figur 3 zeigt das Blockschaltbild einer zweiten Ausführungs- form der Erfindung. In einem Block B3 ' ist ein Verhaltensmodell des Saugrohrdrucksensors 13 abgelegt. Der Saugrohrdruck- sensor 13 weist in guter Näherung ein PT1 Verhalten auf . Die Ausgangsgröße des Blocks B3 ' ist der Schätzwert MAP_MPS_MOD des Saugrohrdrucks am Saugrohrdrucksensor 13. Die Differenz XW wird in diesem Ausführungsbeispiel aus dem Meßwert MAP_MES und dem Schätzwert MAP_MPS_MOD des Saugrohrdrucks an dem Saugrohrdrucksensor 13 gebildet . In der Auswerteeinheit 512 wird überprüft, ob der Fehler A und der Fehler B erkannt sind. Ist dies der Fall, so wird der Saugrohrdrucksensor 13 als fehlerhaft erkannt ist der Fehler A erkannt, der zweite Fehler B jedoch nicht, so wird der Drosselklappenstellungsgeber 11 als fehlerhaft erkannt.
In einer dritten Ausführungsform (Figur 4) der Erfindung sind der Brennkraftmaschine sowohl ein Luftmassenmesser 12 als auch ein Saugrohrdrucksensor 13 zugeordnet. An einer dritten Summierstelle S3 wird die Differenz des Meßwertes MAP_MES und des Schätzwertes MAP_MOD des Saugrohrdrucks gebildet, die ein zweites Fehlermaß repräsentiert, und einem zehnten Block BIO zugeführt. In dem zehnten Block BIO wird das dritte Fehlermaß vorzugsweise einer gleitenden Mittelwertbildung unterzogen. In einem Block Bll wird ein dritter Fehler C erkannt, falls das gemittelte dritte Fehlermaß einen vorgegebenen fünften Schwellenwert überschreitet. Alternativ wird der dritte Fehler C erkannt, wenn der Betrag des zweiten Fehlermaßes den vorgegebenen fünften Schwellenwert überschreitet. In der Auswerteeinheit wird dann überprüft welche Fehler A,B,C erkannt sind. Ist nur der 3. Fehler C erkannt, so wird der Saugrohrdrucksensor 13 als fehlerhaft erkannt. Die Erkennung eines fehlerhaften Luftmassenmessers oder eines fehlerhaften Dros- selklappenstellungsgebers erfolgt analog zur Figur 2.
In einer besonders komfortablen Ausführungsform der Erfindung ist der Brennkraftmaschine ein Umgebungsdrucksensor 14 zugeordnet , der den Umgebungsdruck erfaßt und den Meßwert AMP_MES des Umgebungsdrucks ermittelt. In einer vierten Summierstelle S4 wird die Differenz des Meßwertes AMP_MES und des Schätzwertes AMP_MOD des Saugrohrdrucks ermittelt, die ein drittes Fehlermaß repräsentiert. In einem zwölften Block B12 wird das vierte Fehlermaß vorzugsweise einer gleitenden Mittelwertbil- düng unterzogen. In einem dreizehnten Block B13 wird überprüft, ob das Fehlermaß oder der Betrag des Fehlermaßes einen vorgegebenen sechsten Schwellenwert überschreitet. Ist dies der Fall, so wird ein vierter Fehler D erkannt. In der Auswerteeinheit wird überprüft, ob nur der Fehler D erkannt ist Ist dies der Fall, so wird der Umgebungsdrucksensor als fehlerhaft erkannt .
Vorzugsweise ist der Auswerteeinheit 512 eine Tabelle (Figur 5) zugeordnet aus der abhängig von den Fehlern A,B,C,D ermittelbar ist welcher Sensor fehlerhaft ist.
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die Einrichtung zeichnen sich besonders dadurch aus, daß die Schätzwerte, die von dem Beobachter 511 ermittelt werden, sowohl zum Plausibilisieren der Sensoren, als auch zum exakten Ermitteln einer Einspritzzeit und Einspritzdauer für das Einspritzventil 23 - sowohl im stationären als auch im instationären Betrieb der Brennkraftmaschine - vorteilhaft einsetzbar sind.
Die Erfindung ist nicht auf die hier dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Überwachen eines Sensors, der einer Brennkraftmaschine zugeordnet ist, der eine Meßgröße erfaßt und der einen Meßwert der Meßgröße ermittelt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schätzwert der Meßgröße von einem Beobachter (511) berechnet wird,
- daß überprüft wird, ob eine erste Bedingung erfüllt ist, die von dem Meßwert und dem Schätzwert abhängt, und - daß der Sensor als fehlerhaft erkannt wird, wenn die Bedingung erfüllt ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
- daß gleichzeitig ein weiterer Sensor überwacht wird, - daß geprüft wird, ob ein Meßwert einer weiteren Meßgröße eine vorgegebene zweite Bedingung erfüllt,
- daß der Sensor als fehlerhaft erkannt wird, wenn die erste und die zweite Bedingung erfüllt sind, und
- daß der weitere Sensor als fehlerhaft erkannt wird, wenn die erste Bedingung erfüllt ist und die zweite Bedingung nicht erfüllt ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor als ein Luftmassenmesser (12) ausgebildet ist, dessen Meßgröße ein Luftmassenstrom in dem Ansaugtrakt (1) der Brennkraftmaschine ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz des Meßwertes (MAF_MES) und des Schätzwertes (MAF_AFM_MOD) des Luftmassenstroms gebildet wird, und daß der
Luftmassenmesser (12) als fehlerhaft erkannt wird, wenn der Betrag der Differenz größer ist als ein Schwellenwert.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz des Meßwertes (MAF_MES) und des Schätzwertes
(MAF_MOD) des Luftmassenstroms einem Regler zugeführt wird, der einen Korrekturwert (DARED) eines reduzierten Strömungs- querschnitts (ARED) an der Drosselklappe (10) berechnet, und daß der Luftmassenmesser (12) als fehlerhaft erkannt wird, wenn der Betrag des Korrekturwertes (DARED) größer ist als der zweite Schwellenwert.
6. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
- daß der Sensor als ein Luftmassenmesser (12) ausgebildet ist, dessen Meßgröße ein Luftmassenstrom in dem Ansaugtrakt
(I) der Brennkraftmaschine ist, - daß der weitere Sensor als Drosselklappenstellungsgeber
(II) ausgebildet ist, der den Öffnungswinkel einer Drosselklappe (10) erfaßt und den Meßwert (THR_MES) des Öffnungswinkels (THR) ermittelt,
- daß der Schätzwert (ARED_MOD) des reduzierten Strömungs- querschnitts abhängig von dem Meßwert (THR_MES) des Öffnungswinkels ermittelt wird,
- daß die Differenz des Meßwertes (MAF_MES) und des Schätzwertes (MAF_MOD) des Luftmassenstroms einem Regler zugeführt wird, der einen Korrekturwert (DARED) des reduzierten Strömungsquerschnitts an der Drosselklappe (10) berechnet,
- daß das Verhältnis des Korrekturwertes (DARED) und des Schätzwertes (ARED_MOD) des reduzierten Strömungsquerschnitts (ARED_MOD) gebildet wird,
- daß ein erster Fehler (A) erkannt wird, wenn der Betrag des Verhältnisses größer ist als ein dritter Schwellenwert,
- daß eine Luftzahl (LAM) von einer Sauerstoffsonde erfaßt wird,
- daß ein zweiter Fehler (B) erkannt wird, wenn der Meßwert
(LAM_MES) der Luftzahl mehr als ein vorgegebener vierter Schwellenwert von dem Sollwert der Luftzahl abweicht,
- daß der Luftmassenmesser (12) als fehlerhaft erkannt wird, wenn sowohl der erste als auch der zweite Fehler (A, B) erkannt sind, und
- daß der Drosselklappenstellungsgeber (11) als fehlerhaft erkannt wird, wenn nur der erste Fehler (A) erkannt ist.
7. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor als ein Saugrohrdrucksensor (13) ausgebildet ist, dessen Meßgröße ein Saugrohrdruck (MAP) in dem Ansaugtrakt (1) der Brennkraftmaschine ist.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet,
- daß der weitere Sensor als Drosselklappenstellungsgeber (11) ausgebildet ist, der den Öffnungswinkel einer Drosselklappe (10) erfaßt und den Meßwert (THR_MES) des Öffnungs- winkeis ermittelt,
- daß der Schätzwert (ARED_MOD) des reduzierten Strömungs- querschnitts abhängig von dem Meßwert (THR_MES) des Öffnungswinkels ermittelt wird,
- daß die Differenz des Meßwertes (MAP_MES) und des Schätz - wertes (MAP_MOD) des Saugrohrdrucks einem Regler zugeführt wird, der einen Korrekturwert (DARED) des reduzierten Strömungsquerschnitts an der Drosselklappe (10) berechnet,
- daß das Verhältnis des Korrekturwertes (DARED) und des Schätzwertes (ARED_MOD) des reduzierten Strömungsquer- Schnitts gebildet wird,
- daß der erster Fehler (A) erkannt wird, wenn der Betrag des Verhältnisses größer ist als der dritte Schwellenwert,
- daß eine Luftzahl (LAM) von einer Sauerstoffsonde (41) erfaßt wird, - daß der zweite Fehler (B) erkannt wird, wenn der Meßwert (LAM_MES) der Luftzahl mehr als der vierte Schwellenwert (SW4) von dem Sollwert (LAM_SP) der Luftzahl (LAM) abweicht,
- daß der Saugrohrdrucksensor (13) als fehlerhaft erkannt wird, wenn sowohl der erste als auch der zweite Fehler (A, B) erkannt sind, und
- daß der Drosselklappenstellungsgeber (11) als fehlerhaft erkannt wird, wenn nur der erste Fehler (A) erkannt ist.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor als ein Umgebungsdrucksensor (14) ausgebildet ist, dessen Meßgröße ein Umgebungsdruck ist.
10. Einrichtung zum Überwachen eines Sensors, der einer Brennkraftmaschine zugeordnet ist, der eine Meßgröße erfaßt und der einen Meßwert der Meßgröße ermittelt, dadurch gekenn- zeichnet,
- daß ein Beobachter (511) vorgesehen ist, der einen Schätzwert der Meßgröße berechnet,
- daß sie erste Mittel aufweist, die überprüfen, ob eine erste Bedingung erfüllt ist, die von dem Meßwert und dem Schätzwert abhängt, und
- daß sie zweite Mittel aufweist, die den Sensor als fehlerhaft erkennen, wenn die Bedingung erfüllt ist.
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