DE10142799B4

DE10142799B4 - Diagnoseverfahren bei einem Klopfsensor

Info

Publication number: DE10142799B4
Application number: DE10142799A
Authority: DE
Inventors: Jürgen SAULER; Axel Heinstein; Carsten Kluth; Werner Haeming
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-09-01
Filing date: 2001-08-31
Publication date: 2010-03-11
Anticipated expiration: 2021-09-01
Also published as: US20020050270A1; FR2813639B1; DE10142799A1; FR2813639A1; ITMI20011819A0; DE10043501A1; US6588252B2; JP4460802B2; ITMI20011819A1; JP2002115599A

Abstract

Verfahren zur Diagnose bei der Auswertung von Ausgangssignalen eines Klopfsensors einer Brennkraftmaschine, mit einer Auswerteeinrichtung, die aus den Ausgangssignalen einen Referenzpegel bildet, der zur Fehlererkennung mit oberen und/oder unteren Grenzwerten verglichen wird und bei einer vorgebbaren Überschreitung der oberen und/oder Unterschreitung des unteren Grenzwertes durch den aktuellen Referenzpegel auf einen Fehler geschlossen wird und die Diagnose nur dann durchgeführt wird, wenn eine minimale Erkennungsschwelle überschritten wird, dadurch gekennzeichnet, dass als minimale Erkennungsschwelle zwei unterschiedliche Schwellen gewählt werden.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Diagnoseverfahren bei einem Sensor, insbesondere einem Klopfsensor bei einer Brennkraftmaschine nach der Gattung es Hauptanspruchs.
Stand der Technik
Es ist bekannt, dass bei Sensoren, beispielsweise bei Klopfsensoren, die für eine Klopferkennung und damit für eine Klopfregelung für eine Brennkraftmaschine verwendet werden, eine zuverlässige Diagnose durchgeführt werden muß, bei der sichergestellt wird, das einerseits Fehlfunktionen des Sensors zuverlässig erkannt werden und andererseits Fehlerkennungen, beispielsweise irrtümliches Erkennen von Klopfen zuverlässig verhindert wird.
Klopfsensoren sind beispielsweise jeweils einem Zylinder einer Brennkraftmaschine zugeordnet, sie geben ein Ausgangssignal ab, das nach einer Signalaufbereitung und einem speziellen Auswerteverfahren erkennen läßt, ob in dem betreffenden Zylinder Klopfen aufgetreten ist, also eine klopfende Verbrennung vorgekommen ist oder nicht. Beim Klopfen handelt es sich dabei um unerwünschte Verbrennungen, die es zu vermeiden gilt.
Ein Verfahren zur Klopferkennung einschließlich einer Diagnose ist beispielsweise aus der WO 95/08760 A1 oder der DE 197 56 081 A1 bekannt. Bei diesem bekannten Verfahren werden vom Steuergerät der Brennkraftmaschine, wie allgemein üblich bei Verfahren zur Klopferkennung, aus den Ausgangssignalen des Klopfsensors oder der Klopfsensoren, beispielsweise Körperschallsensoren, drehzahlabhängige normierte Referenzpegel gebildet. In Abhängigkeit von diesen Referenzpegeln werden drehzahlabhängige Referenzpegelschwellen gebildet, wobei jeweils eine obere und eine untere Referenzpegelschwelle ermittelt wird. Die beiden Referenzpegelschwellen werden in einem elektronischen Speicher des Steuergerätes der Brennkraftmaschine als Kennlinie abgelegt. Die Bildung der Referenzpegel erfolgt so, dass sie der Lautstärke der Brennkraftmaschine im klopfreien Betrieb entsprechen. Dazu werden die Referenzpegel bzw. die daraus abgeleiteten normierten Referenzpegel mit Hilfe einer Integration der Ausgangssignale der Klopfsensoren bei solchen Bedingungen durchgeführt wird, bei denen kein Klopfen erkannt wurde, beispielsweise innerhalb eines vorgebbaren Messfensters.
Zur eigentlichen Fehlererkennung wird beim bekannten Verfahren jeder aktuelle normierte Referenzpegel mit den beiden drehzahlabhängigen Referenzpegelschwellen verglichen. Bei einer vorgebbaren Abweichung des aktuellen normierten Referenzpegels wird auf eine Fehlfunktion erkannt. Dabei wird bspw. bei Unterschreiten des unteren Referenzpegelsschwellwertes auf ein Abfallen des Klopfsensors erkannt, da in diesem Fall kein Signal zur Auswerteeinrichtung gelangen kann. Bei einem Überschreiten des oberen Referenzpegels wird ebenfalls auf eine Fehlfunktion erkannt.
Um einen Sicherheitsabstand zum hohen Grundgeräuschpegel der durch Rauschen, Einstrahlung in die Klopfsensorleitung usw. verursacht wird, einzuhalten, wird die Diagnose beim bekannten Verfahren erst oberhalb einer gewissen Mindestdrehzahlschwelle durchgeführt. Diese Schwelle wird so gewählt, dass der Abstand des normierten Referenzpegels zum Grundgeräusch so groß ist, dass eine zuverlässige Überprüfung durchgeführt werden kann.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass die Diagnose schon bei deutlich kleineren Drehzahlen durchgeführt werden kann als beim Stand der Technik. Dadurch können in vorteilhafter Weise Klopfsensorfehler oder Fehlfunktionen bestimmter Sensoren früher erkannt werden und damit eine Motorschädigung verhindert werden.
Erzielt werden diese Vorteile mit einem Verfahren zur Diagnose und zur Fehlererkennung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Dabei werden in einer Auswerteeinrichtung aus den Ausgangssignalen des Sensors Referenzpegel gebildet, die zur Fehlererkennung mit oberen und/oder unteren Grenzwerten verglichen werden und bei einer vorgebbaren Überschreitung des oberen und/oder Unterschreitung des unteren Grenzwertes durch den aktuellen Referenzpegel wird auf einen Fehler geschlossen. Die Diagnose wird jedoch nur dann durchgeführt, wenn eine minimale Erkennungsschwelle überschritten wird, die jedoch zwei unterschiedliche Werte annehmen kann.
Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Im einzelnen zeigt 1 ein erfindungsgemäßes Auswerteverfahren, 2 eine aus der Druckschrift WO 95/08760 A1 bekannte Vorrichtung zur Klopferkennung, die auch in der Lage ist, das erfindungsgemäße Verfahren nach 1 durchzuführen. In 3 sind einige Referenzpegelverläufe über der Drehzahl aufgetragen.
Beschreibung
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, das die Vorgehensweise bei der Diagnose des Klopfsensors erkennen läßt. Zur Diagnose eines Klopfsensors wird der normierte Referenzpegel, also der Referenzpegel mit Berücksichtigung der eingesetzten Verstärkerstufe mit einer oberen und einer unteren applizierbaren Erkennungsschwelle verglichen. Überschreiten die normierten Referenzpegel die obere Schwelle bzw. unterschreiten die normierten Referenzpegel die untere Schwelle, wird ein Fehler erkannt. Die genaue Vorgehensweise bei der Bildung der normierten Referenzpegel bei einer Einrichtung zur Klopferkennung wird beispielsweise in der Druckschrift WO 95/08760 A1 beschrieben und wird daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
Durch elektromagnetische Einstrahlungen auf die Sensorleitung ist der Störabstand zur unteren Erkennungsschwellen bei niedrigen Drehzahlen und damit geringen Geräuschen sehr gering. Um eine sichere Fehlererkennung zu gewährleisten, kann die Diagnose erst ab einer applizierbaren Drehzahlschwelle freigegeben werden. Durch diese relativ hohe Drehzahlschwelle kann bei der bekannten Lösung ein Fehler erst relativ spät erkannt werden.
Bei dem in 1 als Blockschaltung dargestellten Ausführungsbeispiel wird bei der Diagnose, die beispielsweise im Steuergerät der Brennkraftmaschine abläuft, wie folgt vorgegangen: Zur Diagnosefreigabe wird in Block 10 geprüft, ob die Motordrehzahl bzw. Brennkraftmaschinendrehzahl nmot größer ist als eine obere Drehzahlschwelle DZS0. Ist dies der Fall und liegt außerdem die Bedingung vor, dass die Klopfregelung aktiv ist, wird am Ausgang der UND-Abfrage 11 ein entsprechendes Signal abgegeben. Dieses Signal wird dem Block 12 zugeführt, an dessen Ausgang die Bedingung „Diagnose aktiv” entsteht, sofern sein Inhalt größer oder gleich 1 ist.
Neben der Diagnosefreigabe wird noch ein Bandendetest durchgeführt. Bei diesem Bandendetest wird im Block 13 überprüft, ob die Motordrehzahl nmot größer ist als eine zweite Drehzahlschwelle DZSB. Ergibt dieser Vergleich, dass die Drehzahl nmot größer ist als die Drehzahlschwelle Bandendetest DZSB wird dem UND-Block 14 eine entsprechende Information zugeführt. Sofern die Bedingung „Bandendetest” erfüllt ist und erkannt wird, dass die Motordrehzahl größer ist, als die Drehzahlschwelle Bandendetest DZSB, wird die Bedingung „Diagnose aktiv” über Block 12 ausgegeben und die Klopfsensordiagnose durchgeführt.
Sofern die Bedingung „Diagnose aktiv” vorliegt, wird in Block 15 geprüft ob die Motordrehzahl über einer unteren Drehzahlschwelle DZSU liegt. Ist diese Bedingung erfüllt, wird an dem UND-Block 16 die entsprechende Information weitergeleitet. Weiterhin wird in Block 17 überprüft ob der normierte Referenzpegel REFPN kleiner ist als eine untere Referenzpegelschwelle REFPU. Diese untere Referenzpegelschwelle REFPU wird in Block 18 drehzahlabhängig gebildet. Bei der Bildung der Referenzpegelschwelle läuft beispielsweise ein Verfahren ab wie es in der Druckschrift WO 95/08760 A1 in Verbindung mit einer Berechnung von Referenzpegeln beschrieben wird.
Ergibt die Abfrage in Block 17, dass der normierte Referenzpegel REFPN größer ist als die untere Schwelle REFPU, wird ein entsprechendes Signal an den Block 16 abgegeben. In Block 16 erfolgt eine UND-Abfrage, die nur dann ein ja-Ausgangssignal (high) abgibt, wenn die Abfrage in Block 15 erfüllt ist, also die Motordrehzahl größer als die untere Drehzahlschwelle ist und auch der normierte Referenzpegel REFPN kleiner ist als die untere Schwelle REFPU.
Am Ausgang des Blocks 19 wird die Information, dass ein Klopfsensorfeder vorliegt, abgegeben, wenn der Ausgang des Blocks 16 aktiv ist, weithin wird ein Klopfsensorfehler erkannt, wenn im Block 20 erkannt wird, dass der normierte Referenzpegel REFPN größer ist als der in Block 21 gebildete obere Schwellwert REFPO. Dieser obere Schwellwert REFPO wird dabei im Block 21 ebenfalls drehzahlabhängig gebildet.
Durch die in 1 beschriebene Vorgehensweise, bei der zwei separate Drehzahlschwellen DZSO und DZSU für die obere und die untere Erkennungsschwelle ausgewertet werden, kann die Diagnose der oberen Erkennungsschwelle DZSO schon bei deutlich kleineren Drehzahlen durchgeführt werden. Dadurch können Fehler des Klopfsensors früher erkannt werden und damit Motorschädigungen verhindert werden, da das Steuergerät, in dem die in 1 dargestellte Fehlererkennung bzw. Diagnose abläuft, rechtzeitig eine Zündwinkelverschiebung vornehmen kann.
Um eine automatische Klopfsensorerkennung im Rahmen eines Bandendetestes zu ermöglichen, wird die Lastschwelle in diesem Fall völlig aufgehoben. Für den Bandendetest gibt es eine eigene Drehzahlschwelle. Diese Drehzahlschwelle DZSB muß über der normalen Drehzahlschwelle liegen um eine sichere Erkennung des Klopfsensors zu ermöglichen.
In 2 ist eine Einrichtung zur Klopferkennung dargestellt, in der das vorstehend beschriebene Auswerteverfahren ablaufen kann. Diese Klopferkennungseinrichtung ist bereits aus der Druckschrift PCT/DE94/01041 bekannt.
Bei einer solchen Einrichtung zur Klopferkennung sind der nur schematisch dargestellten Brennkraftmaschine 22 zwei Klopfsensoren 23a und 23b zugeordnet, die an vorgebbaren Stellen der Brennkraftmaschine angeordnet sind. Die Klopfsensoren 23a und 23b liefern die Signale S1 und S2 an eine Auswerteschaltung 24, die über einen Eingang E1 mit einem Mikroprozessor bzw. Rechner 25 verbunden ist. Der Rechner ist Bestandteil eines nicht näher dargestellten Steuergerätes der Brennkraftmaschine. Dem Rechner 25 können über einen weiteren Eingang E2 zusätzliche Signale, bspw. ein Drehzahlsignal nmot zugeführt werden. Der Rechner 25 steuert in Abhängigkeit von den zugeführten Signalen bspw. die Zündungsendstufen 26 der Brennkraftmaschine und/oder weitere Einrichtungen wie Einspritzventile usw. an, bspw. durch Abgabe geeigneter Signale am Ausgang A. Die gesamte Auswerteschaltung kann auch komplett im Rechner 25 des Steuergerätes der Brennkraftmaschine integriert sein.
Die Auswerteschaltung 24 umfaßt bspw. wenigstens ein Verstärker 27 mit einstellbarem Verstärkungsfaktor, dem über einen Multiplexer 28 abwechslungsweise die von den Klopfsensoren 23a und 23b gelieferten Ausgangssignale S1 und S2 zugeführt werden. In einem nachfolgendem Bandpaß 29 sowie einer Demodulationsschaltung 30, bspw. einem Gleichrichter werden die Signale weiterverarbeitet und schließlich im Integrator 31 aufintegriert. Die integrierten Signale bzw. der sich einstellende Integratorwert wird mit KI bezeichnet. Der Wert von KI wird in einem Komparator 32 mit einem Referenzpegel REF verglichen, das Vergleichsergebnis läßt Klopfen erkennen, wenn der Wert von KI den Referenzpegel REF um vorgebbare Werte überschreitet.
Der Komparator 32 oder ein weiteres, in 2 nicht dargestellte Vergleichsmittel denen auch die Signale KI und REF zugeführt werden, dienen auch zur Fehlererkennung bzw. Diagnose. Dabei laufen die in 1 beschriebenen Verfahren ab.
In 3 ist ein Beispiel für den Verlauf einer oberen und eines unteren Referenzpegelschwelle REFPO, REFPU über der Drehzahl nmot sowie ein minimaler Referenzpegel dargestellt. Durch Aufspaltung dieses minimalen Referenzpegels in zwei unterschiedliche Referenzpegel DZSO und DZSU lassen sich die erfindungsgemäßen Vorteile erzielen.

Claims

Verfahren zur Diagnose bei der Auswertung von Ausgangssignalen eines Klopfsensors einer Brennkraftmaschine, mit einer Auswerteeinrichtung, die aus den Ausgangssignalen einen Referenzpegel bildet, der zur Fehlererkennung mit oberen und/oder unteren Grenzwerten verglichen wird und bei einer vorgebbaren Überschreitung der oberen und/oder Unterschreitung des unteren Grenzwertes durch den aktuellen Referenzpegel auf einen Fehler geschlossen wird und die Diagnose nur dann durchgeführt wird, wenn eine minimale Erkennungsschwelle überschritten wird, dadurch gekennzeichnet, dass als minimale Erkennungsschwelle zwei unterschiedliche Schwellen gewählt werden.
Verfahren zur Fehlererkennung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden minimalen Erkennungsschwellen Drehzahlschwellen sind oder von der Drehzahl abhängige Schwellen sind.
Verfahren zur Fehlererkennung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sofern die untere Erkennungsschwelle vom Referenzwert überschritten wird, eine Diagnose hinsichtlich des oberen Grenzwertes für den Referenzpegel erfolgt und Diagnose hinsichtlich des unteren Grenzwertes noch unterdrückt wird.
Verfahren zur Fehlererkennung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Bandendetest anstelle der oberen minimalen Erkennungsschwelle eine andere minimale Erkennungsschwelle genommen wird, die größer ist als die minimale Erkennungsschwelle und dass die Diagnose auch durchgeführt wird, wenn die Klopfregelung nicht aktiv ist.