DE10150377A1

DE10150377A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Kurzschlusserkennung von Signalleitungen eines Sensors, insbesondere eines Klopfsensors für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10150377A1
Application number: DE10150377A
Authority: DE
Inventors: Oskar Torno; Axel Heinstein; Carsten Kluth; Werner Haeming; Michael Baeuerle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-10-11
Filing date: 2001-10-11
Publication date: 2003-04-17
Also published as: WO2003034081A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kurzschlußerkennung von Signalleitungen eines Sensors, insbesondere eines Klopfsensors (KS) für eine Brennkraftmaschine. Erfindungsgemäß erfolgen ein Anlegen eines statischen Referenzpotentials (U¶Ref¶) an eine jeweilige Signalleitung (L1, L2) unter Zwischenschaltung eines Widerstandes (R1, R2); ein Erfassen des an der jeweiligen Signalleitung (L1, L2) anliegenden statischen Potentials und ein Erkennen eines Kurzschlusses im Fall, daß das erfaßte statische Potential außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.

Description

STAND DER TECHNIK

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Kurzschlußerkennung von Signalleitungen eines Sensors, insbesondere eines Klopfsensors für eine Brennkraftmaschine.

Obwohl auf beliebige Sensoren anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrundeliegende Problematik in bezug auf einen Klopfsensor für eine Brennkraftmaschine erläutert.

Eine abnormale Störung der Verbrennung bei Brennkraftmaschinen bildet bekannterweise das Klopfen, welches mechanische Druckwellen bzw. Körperschall hoher Frequenz verursacht, die bei längerem Betrieb gravierende Motorschäden verursachen können.

Die Klopfneigung kann durch verschiedene Maßnahmen herabgesetzt werden, unter anderem durch kurze Brennwege mit einer mittigen Zündkerzenlage, einen kompakten Brennraum, hohe Turbulenz im Brennraum, Kraftstoff mit höherer Oktanzahl, Vermeiden von heissen Stellen im Brennraum, geringeres Verdichtungsverhältnis und kältere Gemischansaugtemperatur, etc.

Da der Motor bei gutem Kraftstoffverbrauch immer in der Nähe der Klopfgrenze betrieben werden soll, haben elektronische Motorsteuerungen üblicherweise eine Klopfregelung. Ein wichtiger Bestandteil dieser Klopfregelung ist ein Klopfsensor, welcher an der Zylinderwand die hochfrequenten Schwingungen des Klopfens erfaßt und in elektrische Schwingungen umwandelt, welche dann hinsichtlich des Vorliegens von Klopfen analysiert werden.

Bekannte Klopfsensoren sind zu diesem Zweck über eine Eingangseinschaltung an einem Klopfsensor-Auswertungs-IC angeschlossen. Die Eingangsschaltung stellt z. B. einen Hochpass dar, d. h. eine anliegende Gleichspannung wird unterdrückt. In dem Klopfsensor-Auswertungs-IC wird das hochfrequente Signal verstärkt, gefiltert und während eines Beobachtungszeitraums aufintegriert. Das Integratorergebnis wird von einem Mikrocontroller eingelesen, aufbereitet und zur Klopferkennung verwendet. Aus dem aufbereiteten Integratorsignal wird ein gleitender Mittelwert (Referenzpegel) bestimmt. Mittels dieses Referenzpegels kann ein abgefallener Klopfsensor erkannt werden.

Jedoch können Kurzschlüsse der Sensorleitungen gegen Masse oder Batteriespannung in der Regel mit der normalen Hochfrequentenauswertungstechnik nicht erkannt werden, weil das Massesignal oder Batteriespannungssignal (üblicherweise 12 Volt) sehr stark verrauscht sind. Die verrauschte Masse bzw. Batteriespannung haben im auszuwertenden Frequenzbereich noch derart große Amplituden, dass sich die entsprechenden Referenzwerte im Kurzschlussfall nur unwesentlich von den Signalen bei normalem Motorbetrieb unterscheiden. Somit kann dieser Kurzschlussfehler mit der normalen Hochfrequenzensignalauswertetechnik nicht erkannt werden, und aufgrund des Hochpasses in der Eingangsbeschaltung ist eine Potentialabfrage an den Zuleitungen nicht möglich.

Werden Kurzschlüsse der Sensorleitungen gegen Masse oder Batteriespannung nicht erkannt, so kann dies zu Fehlern in der Klopfregelung und daraus resultierenden Motorschäden führen.

VORTEILE DER ERFINDUNG

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. die entsprechende Vorrichtung nach Anspruch 7 weisen gegenüber dem bekannten Lösungsansatz den Vorteil auf, daß mögliche Kurzschlüsse der Sensorleitungen nach den Versorgungspotentialen, insbesonder Masse und Batteriespannung, auf einfache Art und Weise erkannt werden können.

Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Idee besteht darin, der jeweiligen Sensorleitung ein Referenzpotential zu überlagern, dessen Vorhandensein überwacht wird, wobei im Falle einer Abweichung von dem Referenzpotential auf einen Kurzschluss gegen eines der Versorgungspotentiale geschlossen werden kann. Im Kurzschlussfall lässt sich somit leicht eine Ersatzmaßnahme zum Motorschutz aktivieren, wodurch eine fehlerhafte Klopfregelung und daraus resultierende Motorschäden vermieden werden können.

In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung geschieht das Anlegen eines statischen Referenzpotentials an eine jeweilige Signalleitung unter Zwischenschaltung eines Widerstandes.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist der Sensor ein Klopfsensor mit zwei Signalleitungen, wobei ein Anlegen eines statischen Referenzpotentials an jede Signalleitung unter Zwischenschaltung eines entsprechenden Widerstandes und ein Erfassen des an der jeweiligen Signalleitung anliegenden statischen Potentials zur Kurzschlußerkennung durchgeführt wird.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird zum Erfassen eine Analog/Digital-Wandlung des an der jeweiligen Signalleitung anliegenden statischen Potentials durchgeführt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird zum Erfassen ein Analogvergleich des an der jeweiligen Signalleitung anliegenden statischen Potentials durchgeführt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird im Fall des Erkennens eines Kurzschlusses ein jeweiliges Steuersignal zum Aktivieren einer Motorschutzmaßnahme erzeugt.

ZEICHNUNGEN

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kurzschlußerkennungsvorrichtung;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kurzschlußerkennungsvorrichtung;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kurzschlußerkennungsvorrichtung; und
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kurzschlußerkennungsvorrichtung.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Bestandteile.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kurzschlußerkennungsvorrichtung.
In Fig. 1 bezeichnet KS einen üblichen Klopfsensor, welcher Körperschall in elektrische Schwingungen umsetzt. Die Kontakte des Klopfsensors münden in die Knoten K3 bzw. K4, von denen die Zuleitungen L1, L2 bzw. L3, L4 ausgehen.
Die Zuleitungen L3, L4 sind mit einem üblichen Klopfsensor- Auswertungs-IC verbunden. Die Zuleitungen L1, L2 führen zu einer Kurzschlusserkennungsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Am Knoten K1 an der Leitung L1 der erste Anschluss eines ersten Widerstandes R2, dessen zweiter Anschluss mit einem Referenzpotential U_Ref verbunden ist. Die zweite Zuleitung L2 ist am Knoten K2 mit einem ersten Anschluss eines zweiten Widerstandes R2 verbunden, dessen zweiter Anschluss mit dem Referenzpotential U_Ref verbunden ist. Weiterhin verbunden mit der ersten Zuleitung L1 ist ein erster Analog/ Digital-Wandler AD1. Weiterhin verbunden mit der zweiten Zuleitung L2 ist ein zweiter Analog/Digital-Wandler AD2. Die beiden Analog/Digital-Wandler AD1, AD2 sind mit einer Auswerteeinrichtung AW verbunden, welche das an den Zuleitungen L1, L2 anliegende digitalisierte statische Potential auswertet.
Im Fall das die Zuleitung L1 keinen Kurzschluss nach Masse oder Batteriespannung aufweist, liegt an der Zuleitung L1 das Referenzpotential U_Ref, da die Eingänge des ersten Analog/Digital-Wandlers AD1 bzw. des Klopfsensor-Auswertungs- IC sind. Analog dazu liegt an der zweiten Zuleitung L2 im kurzschlussfreien Fall ebenfalls das Referenzpotential U_Ref. Dementsprechend ist das von der Auswerteeinrichtung AW erfasste statische Potential auf jeder der beiden Zuleitungen L1, L2 gleich dem Referenzsignal U_Ref.
Im Falle eines Kurzschlusses nach Masse einer der beiden Zuleitungen L1, L2 wird das entsprechende an der Leitung anliegende statische Potential auf näherungsweise Masse gezogen, was sich durch die Auswerteeinrichtung AW erfassen lässt. Im Kurzschlussfall gegen Batteriespannung wird das statische Potential der jeweiligen Zuleitung L1, L2 auf ein entsprechendes Differenzpotential zwischen U_Ref und der Batteriespannung gezogen, was sich ebenfalls in der Auswerteeinrichtung AW erfassen läßt.
Sollte auf mindestens eine der Zuleitungen L1, L2 ein derartiger Kurzschluss festgestellt werden, so liefert die Auswerteeinrichtung ein entsprechendes Steuersignal SS. Dieses Steuersignal SS ist beispielsweise ein logisches Signal von einem Bit entsprechend dem kurzschlussfreien Zustand bzw. dem Kurzschlusszustand.
Dieses Steuersignal kann dazu verwendet werden, eine geeignete Motorschutzmaßnahme im Kurzschlussfall zu ergreifen, beispielsweise beispielsweise die Zündwinkel derart einzustellen, daß kein Klopfen mehr auftritt, oder die Motorregelung auf einen konstanten Wert zu setzen oder auf einen bestimmten Regelbereich zu begrenzen.
Da auch die statischen Potentiale auf den Leitungen L1, L2 gewissen Fluktuationen unterworfen sind, ist es zweckmäßig, auf einen Kurzschlussfall dann zu erkennen, wenn das jeweilige erfasste statische Leitungspotential außerhalb eines bestimmten Wertbereichs liegt.
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kurzschlußerkennungsvorrichtung.
Bei der zweiten Ausführungsform gemäß Fig. 2 werden im Unterschied zur oben erläuterten ersten Ausführungsform die Signalleitungen L1, L2 über die Kurzschlusserkennungsvorrichtung zum Klopfsensor-Auswertungs-IC geleitet. Analog wie im ersten Ausführungsbeispiel erfolgt das Anlegen des Referenzpotentials U_Ref über einen jeweiligen Widerstand R1 bzw. R2 an den Knoten K1 bzw. K2.
Auch sind der erste und zweite Analog/Digital-Wandler AD1 und AD2 vorhanden. Das jeweilige Ausgangssignal des Analog/Digital-Wandlers AD1, AD2 wird an eine erste bzw. zweite Auswerteeinrichtung AW1, AW2 geleitet, welche im Kurzschlussfall ein jeweiliges Steuersignal SS1 bzw. SS2 erzeugt. Bei dieser Ausführungsform wird das mit dem Referenzpotential überlagerte jeweilige Leitungspotential weiter von den Analog/Digital-Wandlern AD1, AD2 an den Klopfsensor-Auswertungs-IC geführt.
Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kurzschlußerkennungsvorrichtung.
Bei der dritten Ausführungsform gemäß Fig. 3 ist wie bei der ersten Ausführungsform die Kurzschlusserkennungsvorrichtung in einem von der Klopfauswertung verschiedenen Signalzweig mit den Leitungen L1, L2. Bei dieser dritten Ausführungsform wird keine Analog/Digital-Wandlung zur Prüfung des Kurzschlussfalls angewendet, sondern ein analoger Vergleich des statischen Potentials auf der jeweiligen Zuleitung L1, L2 mit dem Referenzpotential U_ref in einem jeweiligen Komparator C1 bzw. C2. Ist das statische Leitungspotential verschieden vom Referenzpotential, so wird ein jeweiliges Steuersignal SS1' bzw. SS2' vom entsprechenden Komparator C1, C2 erzeugt, welches zur Aktivierung der besagten Motorschutzmaßnahme verwendbar ist.
Fig. 4 zeigt eine schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kurzschlußerkennungsvorrichtung.
Bei der vierten Ausführungsform gemäß Fig. 4 ist wie bei der ersten Ausführungsform die Kurzschlusserkennungsvorrichtung in einem von der Klopfauswertung verschiedenen Signalzweig mit den Leitungen L1, L2.
In Fig. 4 bezeichnet ADD einen Addierer, C1' bzw. C2' einen jeweiligen Komparator, US und OS ein unteres bzw. oberes Schwellpotential, UT eine Summenspannung als Ausgangssignal des Addierers und SS1" bzw. SS2" jeweilige Steuersignale als Ausgangssignale der Komparatoren C1', C2'.
Bei dieser vierten Ausführungsform wird ebenfalls keine Analog/Digital-Wandlung zur Prüfung des Kurzschlussfalls angewendet, sondern ein analoger Vergleich der Summenspannung UT als durch den Addierer geblidete Summe des statischen Potentials auf der jeweiligen Zuleitung L1, L2 mit dem unteren Schwellpotential US bzw. dem oberen Schwellpotential OS in einem jeweiligen Komparator C2' bzw. C1'.
Liegt die Summenspannung UT in dem Bereich zwischen dem unteren Schwellpotential US und dem oberen Schwellpotential OS, ist kein Fehler vorhanden. Unterschreitet das Summensignal UT das untere Schwellpotential US, so liegt ein Kurzschluß nach Masse vor. Überschreitet das Summensignal UT das obere Schwellpotential OS, so liegt ein Kurzschluß nach Batteriespannung vor.
Alle diese Zustände lassen sich durch die Steuersignale SS1" bzw. SS2" vorn entsprechenden Komparator C1', C2' erkennen, welche zur Aktivierung der besagten Motorschutzmaßnahme verwendbar sind.
Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand relativ einfacher Beispiele zur direkten bzw. indirekten Erfassung des Potentials auf den Signalleitungen beschrieben worden ist, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern es können wesentlich kompliziertere Erfassungsschaltungen verwendet werden. Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist die Überlagerung eines statischen Potential über das auf der jeweiligen Signalleitung anliegende zeitlich veränderliche Signal, welches das eigentliche Sensorsignal ist.
Auch muß die Eingangsschaltung nicht unbedingt einen Hochpaß darstellen.
Obwohl in den obigen Ausführungsbeispielen die Vorrichtung zur Kurzschlußerkennung von Signalleitungen des Sensors, insbesondere des Klopfsensors für eine Brennkraftmaschine, separat dargestellt ist, kann sie auch in einen (Klopf)- Sensor-Auswertungs-IC integriert werden. Auch kann die gesamte Signalverarbeitung und Klopferkennung in einem Mikrokontroller der Motorsteuerung vorgenommen werden. BEZUGSZEICHENLISTE KS Klopfsensor
R1, R2 Widerstände
U_Ref Referenzpotential
K1-K4 Knoten
L1-L4 Leitungen
AD1, AD2 Analog/Digital-Wandler
C1, C2; C1', C2' Komparatoren
AW, AW1, AW2 Auswerteeinrichtung
SS, SS1, SS2, SS1', SS2', SS1", SS2" Steuersignal
IC Klopfsensor-Auswertungs-IC
ADD Addierer
US, OS unteres, oberes Schwellpotential
UT Summenspannung

Claims

1. Verfahren zur Kurzschlußerkennung von Signalleitungen eines Sensors, insbesondere eines Klopfsensors (K5) für eine Brennkraftmaschine, mit den Schritten:
Anlegen eines statischen Referenzpotentials (U_Ref) an eine jeweilige Signalleitung (L1, L2);
Erfassen des an der jeweiligen Signalleitung (L1, L2) anliegenden statischen Potentials; und
Erkennen eines Kurzschlusses im Fall, daß das erfaßte statische Potential außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anlegen eines statischen Referenzpotentials (U_Ref) an eine jeweilige Signalleitung (L1, L2) unter Zwischenschaltung eines Widerstandes (R1, R2) geschieht.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Klopfsensor (K5) mit zwei Signalleitungen (L1, L2) ist, wobei ein Anlegen eines statischen Referenzpotentials (U_Ref) an jede Signalleitung (L1, L2) unter Zwischenschaltung eines entsprechenden Widerstandes (R1, R2) und ein Erfassen des an der jeweiligen Signalleitung (L1, L2) anliegenden statischen Potentials zur Kurzschlußerkennung durchgeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen eine Analog/Digital-Wandlung des an der jeweiligen Signalleitung (L1, L2) anliegenden statischen Potentials durchgeführt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erfassen ein Analogvergleich des an der jeweiligen Signalleitung (L1, L2) anliegenden statischen Potentials durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall des Erkennens eines Kurzschlusses ein jeweiliges Steuersignal (SS; SS1, SS2; SS1', SS2'; SS1", SS2") zum Aktivieren einer Motorschutzmaßnahme erzeugt wird.

7. Vorrichtung zur Kurzschlußerkennung von Signalleitungen eines Sensors, insbesondere eines Klopfsensors für eine Brennkraftmaschine, mit:
einer Potentialerzeugungseinrichtung zum Anlegen eines statischen Referenzpotentials (U_Ref) an eine jeweilige Signalleitung (L1, L2);
einer Erfassungseinrichtung (AD1, AD2; C1, C2; ADD) zum Erfassen des an der jeweiligen Signalleitung (L1, L2) anliegenden statischen Potentials; und
einer Erkennungseinrichtung (AW; AW1, AW2; C1, C2; C1', C2') zum Erkennen eines Kurzschlusses im Fall, daß das erfaßte statische Potential außerhalb eines vorbestimmten Bereichs liegt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Potentialerzeugungseinrichtung zum Anlegen eines statischen Referenzpotentials (U_Ref) an eine jeweilige Signalleitung (L1, L2) unter Zwischenschaltung eines Widerstandes (R1, R2) vorgesehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein Klopfsensor (K5) mit zwei Signalleitungen (L1, L2) ist, wobei die Potentialerzeugungseinrichtung ein Anlegen eines statischen Referenzpotentials (U_Ref) an jede Signalleitung (L1, L2) unter Zwischenschaltung eines entsprechenden Widerstandes (R1, R2) und die Erfassungseinrichtung (AD1, AD2; C1, C2; ADD) ein Erfassen des an der jeweiligen Signalleitung (L1, L2) anliegenden statischen Potentials zur Kurzschlußerkennung durchführt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (AD1, AD2; C1, C2; ADD) einen jeweiligen Analog/Digital-Wandler (AD1, AD2) zur Analog/Digital-Wandlung des an der jeweiligen Signalleitung (L1, L2) anliegenden statischen Potentials aufweist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (AD1, AD2; C1, C2; ADD) einen jeweiligen Komparator (C1, C2) zum Durchführen eines Analogvergleichs des an der jeweiligen Signalleitung (L1, L2) anliegenden statischen Potentials mit dem jeweiligen Referenzpotential (U_Ref) aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Erfassungseinrichtung (AD1, AD2; C1, C2; ADD) einen Addierer (ADD) zum Bilden einer Summenspannung (UT) der an der jeweiligen Signalleitung (L1, L2) anliegenden statischen Potentiale aufweist und die Erkennungseinrichtung (AW; AW1, AW2; C1, C2; C1', C2') einen jeweiligen Komparator (C1', C2') zum Durchführen eines Analogvergleichs der Summenspannung (UT) mit einem unteren Schwellpotential (US) und einem oberen Schwellpotential (OS) aufweist.

13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennungseinrichtung (AW; AW1, AW2; C1, C2; C1', C2') im Fall des Erkennens eines Kurzschlusses ein jeweiliges Steuersignal (SS; SS1, SS2; SS1', SS2') zum Aktivieren einer Motorschutzmaßnahme erzeugt.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß sie in einen Klopfsensor-Auswertungs-IC (IC) oder Microcontroller integriert ist.