СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДАТЧИКА Российский патент 2005 года по МПК G05B23/00 F02D41/22 

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для контроля датчика согласно ограничительным частям соответствующих независимых пунктов формулы изобретения.

Способ и устройство для контроля датчика, измеряющего величину, характеризующую давление подаваемого в двигатель внутреннего сгорания (ДВС) воздуха, известны из заявки DE 4032451 А1. В этой публикации описаны различные способы и методы контроля датчика давления наддува. Выходной сигнал этого датчика давления наддува сравнивается с некоторой опорной величиной. В качестве такой опорной величины используется прежде всего выходной сигнал второго датчика давления наддува. В другом варианте в определенных режимах работы двигателя, например в диапазоне малых нагрузок и при малой частоте вращения его вала, выходной сигнал датчика давления наддува сравнивается с сигналом датчика атмосферного давления. При работе двигателя в установившихся режимах измеренное значение сравнивается со значением, вычисляемым на основании расхода топлива и частоты вращения вала двигателя.

Недостаток известного из указанной заявки решения состоит в необходимости использовать второй датчик или в том, что контроль возможен только в определенных режимах работы двигателя. Если двигатель редко работает в таких режимах, то при определенных условиях двигатель может достаточно долго работать с неисправным датчиком давления наддува.

Преимущества изобретения

Предлагаемое в изобретении решение, согласно которому неисправность датчика выявляют по отсутствию изменения его выходной величины в ответ на соответствующее изменение рабочего параметра, характеризующего количество впрыснутого топлива, позволяет надежно выявлять неисправности и сбои в работе такого датчика, в том числе и при работе ДВС в динамическом режиме. В качестве рабочего параметра, характеризующего количество впрыскиваемого топлива, могут использоваться различные величины. Так, в частности, в качестве подобного рабочего параметра могут использоваться различные характеризующие крутящий момент величины, например величина задаваемого водителем крутящего момента, а также управляющие сигналы, подаваемые на исполнительные органы регуляторов расхода топлива, или иные величины, обрабатываемые блоком управления ДВС. Наиболее предпочтительно использовать предлагаемый в изобретении способ для контроля датчика давления наддува, измеряющего давление подаваемого в ДВС воздуха. Однако предлагаемый в изобретении способ может использоваться также применительно к любым иным датчикам.

Неисправности определенного типа, например обусловленные обледенением датчика, проявляются только в определенных режимах работы двигателя, и поэтому контроль датчика предпочтительно осуществлять в зависимости от наличия таких определенных режимов работы.

Так, в частности, обледенение датчика происходит только в определенном диапазоне температур воздуха. В соответствии с этим контроль работоспособности датчика целесообразно осуществлять в том случае, когда величина, характеризующая температуру воздуха, меньше некоторого порогового значения.

Надежный и/или высокоточный контроль работоспособности датчика возможен только при определенных значениях частоты вращения вала двигателя и/или значениях количества впрыскиваемого топлива. В соответствии с этим контроль предлагается осуществлять в том случае, когда частота вращения и/или количество впрыснутого топлива имеют определенные значения.

При выявлении неисправности датчика в последующем для управления двигателем наиболее предпочтительно использовать эквивалентное значение. Такое эквивалентное значение наиболее просто вычислять на основании частоты вращения вала двигателя и/или количества впрыскиваемого топлива. Использование подобного эквивалентного значения обеспечивает возможность дальнейшей работы ДВС даже с неисправным датчиком, при этом точность управления работой ДВС снижается лишь незначительно.

Другие предпочтительные варианты осуществления изобретения приведены в зависимых пунктах формулы изобретения.

Чертежи

Ниже изобретение более подробно рассмотрено на примере некоторых вариантов его осуществления со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показано:

на фиг.1 - схема системы измерения давления наддува,

на фиг.2 - подробная схема системы контроля давления наддува и

на фиг.3 - схема, иллюстрирующая процесс формирования эквивалентного значения давления наддува.

Описание вариантов осуществления изобретения

Ниже предлагаемый в изобретении способ поясняется на примере датчика давления наддува. Следует, однако, отметить, что предлагаемое в изобретении решение не ограничено его применением только для контроля подобных датчиков. Более того, предлагаемый в изобретении способ применим к любым датчикам, выходной сигнал которых изменяется в соответствии с изменением некоторого рабочего параметра. Предлагаемый в изобретении способ применим, в частности, и к датчикам, предназначенным для измерения расхода воздуха, либо некоторой коррелированной (взаимосвязанной) с давлением наддува величины или характеризующей это давление наддува величины. Предлагаемый в изобретении способ применим прежде всего к датчику расхода воздуха.

На фиг.1 позицией 100 обозначены датчик, измеряющий давление наддува, и относящийся к нему аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Этим АЦП выдается соответствующий давлению наддува сигнал UP, который поступает в блок 110, которым условно обозначена однопараметровая характеристика. В этом блоке указанная величина преобразуется в сигнал PR, который в свою очередь подается в фильтр 120. Выходной сигнал Р фильтра 120 через первое переключательное звено 130 поступает в блок 140 управления, в котором этот сигнал подвергается дальнейшей обработке с целью соответствующего управления ДВС или установленным на ДВС исполнительным или регулирующим органом.

На второй вход первого переключательного звена 130 подается выходной сигнал PS моделирующего блока 135. Этим моделирующим блоком 135 на основании различных величин вычисляется моделированное давление наддува PS.

Управление переключательным звеном 130 осуществляется первым контрольным блоком 150. В соответствии с этим при наличии выявленной неисправности первый контрольный блок 150 переключает первое переключательное звено 130 в положение, в котором в блок 140 управления поступает выходной сигнал PS моделирующего блока 135. В первом контрольном блоке 150 обрабатываются сигналы различных датчиков 160, характеризующие, например, количество впрыскиваемого топлива QK и/или частоту вращения N вала ДВС. Помимо этого для контроля на наличие неисправности датчика в контрольном блоке 150 предпочтительно обрабатывать выходной сигнал PR, получаемой по однопараметровой характеристике 110. Альтернативно или дополнительно к этому можно также подвергать непосредственной обработке выходной сигнал Р фильтра 120, соответственно выходной сигнал UP АЦП датчика 100.

Прерывистой линией на чертеже показана схема, соответствующая другому варианту осуществления изобретения. В этом варианте между первым переключательным звеном 130 и блоком 140 управления предусмотрено второе переключательное звено 170, управление которым осуществляется вторым контрольным блоком 180. При обнаружении неисправности контролируемого датчика второй контрольный блок 180 переключает второе переключательное звено 170 в положение, в котором в блок 140 управления поступает выходной сигнал РА блока 175 задержки. Этот блок задержки при обнаружении неисправности датчика обеспечивает сохранение в качестве текущего значения последнее из всех полученных до обнаружения неисправности значений.

Выходной сигнал датчика, выдаваемый аналого-цифровым преобразователем, преобразуется в соответствии с однопараметровой характеристикой 110 в соответствующую давлению величину PR. Обработка первым и/или вторым контрольными блоками различных сигналов позволяет выявлять неисправности различного характера.

При обнаружении неисправности для управления ДВС блоком 140 управления в дальнейшем за счет соответствующего управления первым переключательным звеном 130 и/или вторым переключательным звеном 170 может использоваться эквивалентное значение PS либо в качестве такого эквивалентного значения может использоваться ранее сохраненное значение РА. С этой целью блоком 175 задержки сохраняется последнее из всех полученных до обнаружения неисправности датчика значений. В последующем это сохраненное в блоке 175 задержки предшествующее значение РА используется для управления ДВС.

Первый и/или второй контрольные блоки позволяют выявлять неисправности различного рода. Так, например, можно предусмотреть проверку диапазона изменения сигнала, сравнивая сигнал UP, соответственно сигнал PR с некоторым минимальным и/или максимальным значениями. Помимо этого в определенных режимах работы ДВС можно предусмотреть проверку на достоверность с использованием дополнительного датчика, например датчика атмосферного давления.

Согласно изобретению проверку на достоверность можно также проводить на основании количества впрыскиваемого топлива и/или иного рабочего параметра, оказывающего существенное влияние на давление наддува. Подобную проверку на достоверность предпочтительно проводить таким образом, чтобы неисправность датчика можно было выявить по отсутствию изменения его выходного сигнала в ответ на соответствующее изменение рабочего параметра ДВС.

В качестве такого рабочего параметра предпочтительно использовать величину, характеризующую количество впрыснутого топлива. С этой целью можно использовать заданное значение количества впрыскиваемого топлива и/или управляющее воздействие, используемое для управления влияющим на количество впрыскиваемого топлива исполнительным органом. Так, например, в качестве такого параметра может использоваться длительность управляющего импульса, подаваемого на электромагнитный клапан или электромагнитную клапанную форсунку либо на пьезоэлектрический привод. Подобный метод контроля более подробно рассмотрен ниже со ссылкой на фиг.2.

При обнаружении соответствующей неисправности контролируемого датчика переключательное звено 130 переключается в положение, в котором на дальнейшую обработку поступает моделированный эквивалентный сигнал PS. Таким путем контролируется работоспособность датчика, при выходе которого из строя вместо его выходного сигнала в дальнейшем используется эквивалентный сигнал PS. Такой эквивалентный сигнал формируется на основании величин, характеризующих режим работы ДВС. Затем сформированное таким путем значение подвергается фильтрации в фильтре, элементом которого является звено задержки. Более подробно процесс формирования эквивалентного значения рассмотрен ниже со ссылкой на фиг.3.

На фиг.2 в качестве примера более подробно показана структура первого контрольного блока 150. В определенных режимах работы ДВС измеренное значение давления наддува UP может оставаться неизменным несмотря на изменение фактического давления наддува. Подобная неисправность датчика может быть обусловлена его замерзанием или обледенением. Распознать подобную неисправность датчика можно путем соответствующего контроля в соответствии со схемой, показанной на фиг.2.

Согласно изобретению работоспособность датчика контролируется только при работе двигателя в определенных режимах. При наличии такого режима работы, в котором температура наддувочного воздуха ниже некоторого порогового значения TLS, а частота вращения вала двигателя и количество впрыскиваемого топлива лежат в пределах определенных диапазонов значений, после перемены знака величины, характеризующей изменение количества впрыскиваемого топлива, текущее значение количества впрыскиваемого топлива и текущее значение давления наддува сохраняются в качестве предшествующих значений QKA и РА соответственно. Одновременно с этим включается счетчик времени. По истечении некоторого времени ожидания формируются значения разности QKD между предшествующим сохраненным значением QKA и очередным текущим значением QK количества впрыскиваемого топлива. Соответствующим образом определяется и величина PD произошедшего за это время ожидания изменения давления наддува.

Если величина разности между значениями количества впрыскиваемого топлива превышает некоторое пороговое значение QKDS, то и величина изменения давления наддува также должна превышать некоторое пороговое значение PDS. Несоблюдение такого условия указывает на неисправность датчика.

На фиг.2 в качестве примера показан один из вариантов выполнения подобного контрольного блока. В первый компаратор 200 поступает выходной сигнал TL датчика 160 с температуры, соответствующий температуре наддувочного воздуха. На другой вход компаратора 200 от задатчика 205 пороговых значений поступает пороговое значение температуры TLS. Выходной сигнал компаратора 200 поступает в элемент И 210. Во второй компаратор 230 поступает выходной сигнал, полученный в блоке 220 на основании многопараметровой характеристики, на вход которого поступает характеризующий частоту вращения N вала двигателя сигнал от датчика 160а частоты вращения. Помимо этого в блоке 220 на основании многопараметровой характеристики обрабатывается величина QK, которая характеризует количество впрыскиваемого топлива и которая предпочтительно поступает от блока 160b регулирования расхода топлива. На другой вход компаратора 230 подается пороговое значение BPS, формируемое задатчиком 235 пороговых значений. Соответствующий выходной сигнал компаратора 230 также поступает в элемент И 210.

Величина QK поступает также в блок 250 определения ее знака и в фильтр 260. Выходной сигнал блока 250 определения знака подается в счетчик 270 времени, а также в первую память 262 и вторую память 265.

Выходной сигнал фильтра 260, во-первых, подается с положительным знаком непосредственно в комбинационный элемент 285 и, во-вторых, поступает через первую память 262 с отрицательным знаком на второй вход этого комбинационного элемента 285. С выхода этого комбинационного элемента 285 в переключательное звено 275 поступает величина QKD. Выходной сигнал QKD этого переключательного звена 275 подается в третий компаратор 280, на другой вход которого поступает выходной сигнал QKDS задатчика 285 пороговых значений. Выходной сигнал компаратора 280 также поступает в блок 240 обработки.

Выходной сигнал Р фильтра 120, во-первых, поступает с положительным знаком непосредственно в комбинационный элемент 287 и, во-вторых, через вторую память 265 с отрицательным знаком поступает на второй вход этого комбинационного элемента 287. С выхода этого комбинационного элемента 287 в переключательное звено 276 выдается величина PD. Выходной сигнал PD этого переключательного звена 276 подается в четвертый компаратор 290, на другой вход которого поступает выходной сигнал PDS задатчика 295 пороговых значений. Выходной сигнал компаратора 290 также поступает в блок 240 обработки.

В первом компараторе 200 измеренное значение температуры TL наддувочного воздуха сравнивается с пороговым значением TLS. Если измеренное значение температуры TL наддувочного воздуха меньше порогового значения TLS, то в элемент И 210 поступает соответствующий сигнал. В блоке 220 по многопараметровой характеристике по меньшей мере на основании частоты вращения и/или количества впрыскиваемого топлива формируется параметрическое значение, характеризующее режим работы ДВС. Это параметрическое значение сравнивается в компараторе 230 с пороговым значением BTS. Если такое параметрическое значение, характеризующее режим работы ДВС, больше порогового значения BPS, то в элемент И 210 поступает соответствующий сигнал. При соблюдении обоих условий, т.е. если температура наддувочного воздуха меньше порогового значения TLS и одновременно с этим двигатель работает в одном из определенных режимов, возможен контроль за работоспособностью датчика.

Рассмотренный выше логический модуль, состоящий из компараторов 200 и 230, задатчиков 205 и 235 пороговых значений, блока 220 с многопараметровой характеристикой и элемента И, позволяет контролировать выдаваемый датчиком сигнал в зависимости от наличия определенных режимов работы двигателя. При этом такой контроль осуществляется только в случае, когда температура наддувочного воздуха меньше порогового значения, а частота вращения и/или количество впрыскиваемого топлива имеют определенные значения.

В блоке 250 определения знака проверяется, изменился ли знак величины, характеризующей изменение количества впрыскиваемого топлива. Иными словами, на этой стадии проверяется, прошла ли через нулевое значение взятая по времени производная величины, характеризующей количество впрыскиваемого топлива. Если эта производная перешла через нулевое значение, то в памяти 262 в качестве предшествующего значения QKA сохраняется текущее (фактическое) значение количества впрыскиваемого топлива. Соответствующим образом во второй памяти 265 в качестве предшествующего значения РА сохраняется текущее значение давления. При этом наиболее предпочтительно значение количества впрыскиваемого топлива перед его сохранением подвергать фильтрации с помощью фильтра 260.

Одновременно с выявленной переменой знака указанной выше производной включается счетчик 270 времени. При этом исходя из текущего QK и предшествующего QKA значений количества впрыскиваемого топлива в комбинационном элементе 285 формируется значение разности QKD, отражающее изменение количества впрыскиваемого топлива с момента последней перемены знака. Аналогичным образом в комбинационном элементе 287 формируется соответствующее значение разности PD для давления, характеризующее изменение давления наддува с момента последней перемены знака.

Как только показания счетчика времени достигнут определенного предельного значения, т.е. по истечении определенного времени ожидания с момента последней перемены знака, разностный сигнал QKD сравнивается в компараторе 280 с пороговым значением QKDS. Аналогичным образом значение разности PD для давления наддува сравнивается в компараторе 290 с соответствующим пороговым значением PDS. Если каждое из этих значений разности, одно QKD из которых является разностью для количества впрыскиваемого топлива, а другое PD является разностью для давления наддува, больше соответствующего порогового значения, то контрольный блок не выдает сообщения о неисправности датчика. Если же значение разности QKD для количества впрыскиваемого топлива больше соответствующего порогового значения, а значение разности PD для давления наддува меньше соответствующего порогового значения PDS, то контрольный блок выдает сообщение о неисправности датчика. В этом случае контрольным блоком 150, т.е. блоком 240 обработки, выдается соответствующий сигнал на переключение переключательного звена 130 в другое положение.

Рассмотренный выше подход иллюстрирует лишь один из возможных вариантов осуществления изобретения. При этом возможны и иные варианты его осуществления, например использование для контроля других шагов программы. Существенное значение имеет лишь тот факт, что неисправность датчика выявляется по отсутствию изменения давления наддува в ответ на соответствующее изменение некоторого рабочего параметра, например количества впрыскиваемого топлива. Если после перемены знака величины, характеризующей количество впрыскиваемого топлива, изменение количества впрыскиваемого топлива коррелировано с изменением величины, характеризующей давление наддува, то подобное условие указывает на отсутствие неисправности в работе датчика.

Вместо расхода топлива могут использоваться и иные характеризующие количество впрыскиваемого топлива величины, т.е. величины, которые зависят от расхода топлива или в зависимости от которых определяется этот расход топлива. Так, например, в качестве подобных величин могут использоваться характеризующая нагрузку величина, характеризующая крутящий момент величина и/или управляющая величина регулятора расхода топлива.

На фиг.3 более подробно показана структура моделирующего блока 135. При этом рассмотренные выше при описании фиг.1 элементы обозначены на фиг.3 теми же позициями. Сигнал N от датчика 160а частоты вращения и сигнал QK, характеризующий количество впрыскиваемого топлива, поступают в блок 300, которым условно обозначена многопараметровая характеристика и выходная величина которого через фильтр 310 поступает в переключательное звено 130. Это же значение частоты вращения N через блок 320, которым условно обозначена однопараметровая характеристика, и комбинационный элемент 330 подается также в фильтр 310. На второй вход этого комбинационного элемента 330 подается выходной сигнал от блока 340 определения знака.

В многопараметровой характеристике 300 хранится зависящее от режима работы ДВС значение давления наддува Р. Такое хранящееся в многопараметровой характеристике значение соответствует давлению наддува в статическом состоянии. Для учета динамических состояний предусмотрен фильтр 310. Этот фильтр 310 предпочтительно выполнен в виде пропорционального фильтра (звена) с запаздыванием 1-го порядка (РТ1) и отражает характер изменения давления во времени при изменении режима работы двигателя. Передаточную характеристику такого фильтра наиболее предпочтительно задавать варьируемой в зависимости от режима работы ДВС. С этой целью предусмотрена, в частности, однопараметровая характеристика 320, в которой в зависимости по меньшей мере от частоты вращения N хранится величина, которой определяется передаточная характеристика фильтра 310 за счет взвешивания его постоянной времени.

Помимо этого такая передаточная характеристика определяется блоком определения знака, который в зависимости от знака величины, характеризующей изменение давления наддува, задает поправочное значение, на которое корректируется выходной сигнал, получаемый с помощью многопараметровой характеристики 320. Указанным блоком определения знака определяется, повышается ли, соответственно понижается ли давление наддува. В качестве входной величины, поступающей в блок определения знака, предпочтительно использовать выходной сигнал, получаемый с помощью многопараметровой характеристики 300. Наиболее предпочтительно далее предусмотреть две однопараметровые характеристики 320 и использовать одну или другую из них в зависимости от того, повышается ли или уменьшается давление наддува.

Изобретение относится к способу и устройству для контроля датчика, наиболее предпочтительно датчика для измерения величины, характеризующей давление подаваемого в двигатель внутреннего сгорания (ДВС) воздуха. Технический результат изобретения заключается в возможности надежного выявления неисправностей и сбоев в работе такого датчика, в том числе и при работе ДВС в динамическом режиме. Согласно изобретению неисправность датчика выявляют по отсутствию изменения его выходной величины в ответ на соответствующее изменение некоторого рабочего параметра, например количества впрыснутого топлива. При этом контроль датчика могут осуществлять, например, только при наличии каких-либо определенных режимов работы. В случае выхода датчика из строя для управления двигателем используют эквивалентное значение. Такое эквивалентное значение может быть сформировано на основании величин, характеризующих режим работы ДВС, например вычислено на основании частоты вращения и/или количества впрыснутого топлива. Также в качестве указанного эквивалентного значения может быть использовано значение, полученное и сохраненное ранее, до неисправности датчика. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ контроля датчика, прежде всего датчика для измерения величины, характеризующей давление подаваемого в двигатель внутреннего сгорания (ДВС) воздуха, отличающийся тем, что неисправность датчика выявляют по отсутствию изменения его выходной величины в ответ на соответствующее изменение рабочего параметра, характеризующего количество впрыснутого топлива.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что контроль датчика осуществляют в зависимости от наличия определенных режимов работы.3. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что контроль осуществляют в том случае, когда величина, характеризующая температуру воздуха, меньше некоторого порогового значения.4. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что контроль осуществляют в том случае, когда частота вращения и/или количество впрыснутого топлива имеют определенные значения.5. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что после перемены знака величины, характеризующей изменение количества впрыснутого топлива, такое изменение количества впрыскиваемого топлива коррелировано с изменением величины давления.6. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что по истечении некоторого промежутка времени после перемены знака величины, характеризующей изменение количества впрыснутого топлива, текущее значение количества впрыснутого топлива сравнивают со значением количества впрыснутого топлива в момент перемены знака.7. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что при выявлении неисправности датчика для управления используют эквивалентное значение.8. Способ по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что эквивалентное значение определяют на основании частоты вращения и/или количества впрыскиваемого топлива.9. Устройство для контроля датчика, прежде всего датчика для измерения величины, характеризующей давление подаваемого в двигатель внутреннего сгорания (ДВС) воздуха, отличающееся тем, что предусмотрены средства, позволяющие выявлять неисправность датчика по отсутствию изменения его выходной величины в ответ на соответствующее изменение рабочего параметра, характеризующего количество впрыснутого топлива.