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Die
Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine
nach der Gattung des unabhängigen
Patentanspruchs. Es sind bereits Vorrichtungen zur Steuerung von
Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen Signale von Sensoren ausgewertet
werden, die Betriebszustände
der Brennkraftmaschine messen. Die so gemessenen Sensorsignale werden
dazu verwendet, Steuersignale für
die Steuerung der Brennkraftmaschine zu ermitteln.
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Weiterhin
sind bereits Steuergeräte
bekannt, bei denen einen Diebstahlsicherung vorgesehen ist, die
einen Diebstahl eines Kraftfahrzeugs durch Austausch eines Motorsteuergeräts verhindert.
Teilweise werden aber auch bei unterschiedlichen Fahrzeugen baugleiche
Steuergeräte
verwendet von denen ein Teil keine Diebstahlsicherung aufweist.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
mit den Merkmalen des unabhängigen
Patentanspruchs hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln eine
Kopplung von Steuergerät
und Sensoren der betreffenden Brennkraftmaschine erreicht wird.
Es kann so unterbunden werden, dass ein Motorsteuergerät von einem
Fahrzeug ohne Diebstahlsicherung gegen ein Motorsteuergerät eines
Fahrzeugs mit Diebstahlsicherung ausgetauscht wird.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich durch die Merkmale der
abhängigen
Patentansprüche.
Die Vorrichtung zur Steuerung kann besonders einfach ausgebildet
sein, wenn die Überprüfung anhand
von Eigenschaften der Sensorsignale erfolgt, die für die Ermittlung
der Steuersignale nicht von Bedeutung ist. Es kann dann für unterschiedliche Typen
von Vorrichtungen zur Steuerung einer Brennkraftmaschine die gleiche
Software zur Ermittlung der Steuersignale verwendet werden. Besonders
geeignet ist die Auswertung von Signalen der Kurbelwellenwinkelsensoren
oder Nockenwellenwinkelsensoren, da diese Sensoren Signale von entsprechenden
Geberscheiben erhalten, die mit den entsprechenden Wellen verbunden
sind. Diese Geberscheiben lassen sich bei einer Brennkraftmaschine
nur mit erheblichem Aufwand austauschen. Eine einfache Möglichkeit
die Überprüfbarkeit
der Sensorsignale zwischen verschiedenen Steuergeräten sicherzustellen
ist ein vorgegebener Winkelabstand zwischen den Signalen der Kurbelwelle
und Nockenwelle. Eine weitere einfache Möglichkeit der Überprüfbarkeit
der Plausibilität
der Sensorsignale besteht darin auf dem Geberrad für den Nockenwellenwinkelsensor
noch eine zweite Position zum Markieren, die dann überprüft wird.
Die so gemessenen Signale der Kurbelwellenwinkelsensoren und/oder
des Nockenwellenwinkelsensors können
noch weiter plausbilisiert werden, indem eine Verdichtung in Zylindern
der Brennkraftmaschine erkannt wird und die relative Lage der Verdichtung
und Signale des Kurbelwellenwinkelsensors oder Nockenwellenwinkelsensors
ausgewertet werden. Es lässt
sich so insbesondere in einer Startphase der Brennkraftmaschine
erkennen, ob versucht wird, durch externen Eingriff diese Signale
zu simulieren.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen
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1 eine
Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, die Signale
eines Kurbelwellenwinkelsensors und Nockenwellenwinkelsensors auswertet,
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2 Signale
des Kurbelwellenwinkelsensors und Nockenwellenwinkelsensors und
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3 einen
Drehzahlverlauf und Signale eines Nockenwellenwinkelsensors einer
Brennkraftmaschine.
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Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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In
der 1 ist schematisch eine Vorrichtung 1 zur
Steuerung einer Brennkraftmaschine gezeigt, die über Verbindungsleitungen 2 mit
Sensoren 3 und 4 verbunden ist. Von der Brennkraftmaschine
selber ist in der 1 nur schematisch die Kurbelwelle 11 und
die Nockenwelle 12 dargestellt. Die weiteren Bestandteile
der Brennkraftmaschine sind für
die Beschreibung der Erfindung nicht von Bedeutung und sind daher
in der 1 auch nicht näher
dargestellt. Es handelt sich um übliche
benzin- oder dieselbetriebene Viertakt-Ottomotoren, wie sie dem Fachmann ausreichend
bekannt sind. Mit der Kurbelwelle 11 ist ein Kurbelwellengeberrad 21 verbunden,
welches eine Vielzahl von Zähnen 22 aufweist.
Diese Zähne sind
um den gesamten Umfang des Geberrades 21 im gleichen Abstand
angeordnet, wobei an einer Stelle ein Zahn 22 nicht vorhanden
ist, so dass dort eine Lücke 23 gebildet
wird. Die Zähne 22 des
Geberrades 21 bewegen sich an dem Sensor 3 vorbei.
Bei jeder Vorbeibewegung eines Zahnes 22 an dem Sensor 3 wird
ein Impuls in dem Sensor 3 erzeugt, der durch die Leitung 2 an
die Vorrichtung zur Steuerung 1 abgegeben wird. Durch Auswertung
dieser Impulse kann die Steuervorrichtung 1 auf die Bewegung
der Kurbelwelle 11 schließen. Die Nockenwelle 12 weist eine
Nockenwellengeberscheibe 25 auf, auf der eine Markierung 26 befestigt
ist. Beim Vorbeistreichen der Markierung 26 am Sensor 4 wird
ein Puls erzeugt, der durch die Leitung 2 der Steuerung 1 zugeführt ist. Durch
diesen Impuls kann die Steuervorrichtung 1 auf die Drehung
der Nockenwelle 12 schließen.
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Üblicherweise
sind die Zähne 23 oder
die Markierung 26 aus weichmagnetischem Material gefertigt
und bewegen sich an Sensoren 3, 4 vorbei, die entweder
als induktive Sensoren oder als Hallsensoren ausgebildet sind. Es
werden so entsprechende Impulse erzeugt, die durch die Leitungen 2 der
Steuerungsvorrichtung 1 zugeführt werden. Die Geberscheiben 21 und 25 sind
fest mit den jeweiligen Wellen, d. h. der Kurbelwelle 11 und
der Nockenwelle 12 verbunden. Durch die Lage der Lücke 23 und
der Markierung 26 wird so ein jeweils fest eingestellter Winkel
der Kurbelwelle 11 bzw. Nockenwelle 12 gekennzeichnet.
Durch diese Information wird daher der Steuervorrichtung 1 mitgeteilt,
welche Stellung die Zylinder der Brennkraftmaschine beim Vorbeistreichen
der Lücke 23 oder
Markierung 26 einnehmen.
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In
der 2 ist in der Kurve A das Signal des Sensors 3,
d. h. des Kurbelwellenwinkelgebers gegen die Zeit t aufgetragen.
In der Kurve B ist das Signal des Sensors 4, d. h. des
Nockenwellenwinkelsensors gegenüber
der Zeit aufgetragen. Die Kurven können in gleicher Weise auch
gegen den Drehwinkel der Brennkraftmaschine aufgetragen werden.
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Wie
in der Kurve A zu erkennen ist, besteht das Signal des Sensors 3 aus
einer Abfolge von Impulsen die in der 2a den
gleichen Abstand zueinander aufweisen. Dies ist der Fall, wenn sich
die Brennkraftmaschine mit konstanter Drehzahl dreht. Deutlich zu
erkennen ist dabei, dass Ausbleiben eines Signals welches durch
die Lücke 23 verursacht ist.
Auch in der Kurve A ist diese Lücke
mit dem Bezugszeichen 23 und die Impulse der Zähne 22 mit dem
Bezugszeichen 22 versehen. Die Kurbelwelle 11 dreht
sich doppelt so schnell wie die Nockenwelle 12, so dass
in der Kurve B zu erkennen ist, dass der Impuls der Markierung 26 jeweils
nur beim Auftreten jeder zweiten Lücke 23 auftritt. Die
Nockenwellengeberscheiben 21 und 25 sind so ausgebildet
und an den entsprechenden Wellen befestigt, dass das Signal der
Markierung 26 im Nockenwellenwinkelgeber 4 genau
dann auftritt, wenn im Kurbelwellenwinkelgeber 3 durch
die Lücke 23 ein
Signal ausbleibt.
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Die
Steuerung der Brennkraftmaschine beruht nun im wesentlichen auf
dem Signal der Kurve A da dort eine sehr genaue Drehzahlinformation
vorliegt. Aufgrund der doppelten Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle
kann jedoch nur ausgehend von dem Signal der Kurve A nicht beurteilt
werden, in welchem Arbeitstakt sich der jeweilige Zylinder befindet.
Zu diesem Zweck wird darum beim Auftreten der Lücke 23 überprüft, ob das
Signal der Markierung 26 vorliegt oder nicht. Für das Erkennen
des betreffenden Arbeitstaktes der Brennkraftmaschine ist es aber nicht
von Bedeutung, ob die Markierung 26 genau in die Lücke 23 fällt oder
nicht oder ob dieses Signal nicht ein oder zwei Zähne relativ
zur Lücke 23 versetzt
auftaucht. Eine derartige alternative Signalkurve, die auf eine
entsprechend veränderte
Anordnung der Markierung 26 auf die Geberscheibe 25 beruht, ist
in der 2c dargestellt. Wie gut zu
erkennen ist, ist in der 2c das Auftauchen
der Markierung 26 relativ zur Lücke 23 um zwei Zähne 22 versetzt.
Für den
Zweck der Steuerung ist dies ohne Belang, da nur die Information
benötigt
wird, welchem Arbeitstakt denn die Lücke 23 im Kurbelwellensignal
der Kurve A zuzuordnen ist. Dazu wird dann im Fall der Kurve C nicht
während
der Lücke 23 überprüft, ob die Markierung 26 aufgetaucht
ist sondern zwei Zähne 22 nach
der Lücke 23.
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Die
Information, ob die Markierung 26 während der Lücke 23 auftaucht oder
versetzt zu einem früheren
oder späteren
Zeitpunkt kann jedoch genutzt werden, um Brennkraftmaschinen verschiedener
Hersteller zu unterscheiden und insbesondere um einen Austausch
von Steuergeräten
zwischen Verbrennungsmotoren unterschiedlicher Typen oder Fahrzeughersteller
zu unterbinden. Besonders sinnvoll ist dies, wenn Steuergeräte mit gleicher Funktionalität für die Steuerung
der Brennkraftmaschine mit unterschiedlichem Aufwand für eine Diebstahlsicherung
verkauft werden. Beim Fahrzeugtyp A wird ein Steuergerät verwendet,
welches mit einem relativ großen
Aufwand für
die Diebstahlsicherung ausgestattet ist. Bei einem derartigen Fahrzeug
ist es für
einen Dieb nur mit großem
Aufwand möglich
den Motor in Betrieb zu nehmen. Beim Fahrzeugtyp B wird ein vom
Funktionsumfang gleiches Steuergerät verwendet, welches ebenfalls
die gleichen Sensorsignale verwendet. Bei Fahrzeugtyp B wird jedoch
keine Diebstahlsicherung verwendet. Die Diebstahlsicherung des Fahrzeugs
A könnte
dann überwunden
werden, indem das Steuergerät
mit Diebstahlsicherung ausgebaut wird und anstatt dessen das Steuergerät des Fahrzeugs
B ohne Diebstahlsicherung verwendet wird. Erfindungsgemäß wird nun
vorgeschlagen, dieses Problem dadurch zu beheben, dass bei dem Fahrzeugtyp
B etwas veränderte
Sensorsignale verwendet werden und das Steuergerät des Fahrzeugs B eine zusätzliche Überprüfung der
Sensorsignale unternimmt. Wenn bei dieser Überprüfung unplausible Sensorsignale
festgestellt werden, die nicht der Änderung der Sensorsignale im
Vergleich zum Fahrzeugtyp A entsprechen, so unterbindet das Steuergerät die Steuerung
der Brennkraftmaschine, in dem entsprechende Steuersignale zur Steuerung
der Brennkraftmaschine nicht ermittelt werden.
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Prinzipiell
kann die erfindungsgemäße Vorrichtung
mit jeder Art von Sensorsignalen arbeiten um eine Überprüfung vorzunehmen,
ob die Sensorsignale für
die betreffende Brennkraftmaschine zu dem entsprechenden Steuergerät passen.
Vorzugsweise werden jedoch Sensoren verwendet, die sich nicht einfach
austauschen lassen. Die Sensoren für den Kurbelwellenwinkel und
den Nockenwellenwinkel sind daher besonders geeignet, da diese Sensoren eine
entsprechende Geberradscheibe voraussetzen, die fest mit der Kurbelwelle 11 und
der Nockenwelle 12 verbunden sind. Diese Geberscheiben
lassen sich nur sehr aufwendig austauschen, so dass diese Form der
Zuordnung von Steuergerät 1 zur
Brennkraftmaschine nur mit sehr großem Aufwand überwunden werden
kann.
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In
den 2d und 2e sind
weitere alternative Ausgestaltungen von Markierungen 26 auf
einem Nockenwellengeberrad 25 gezeigt, die ebenfalls genutzt
werden können
um zu überprüfen, ob
das Steuergerät
für einen
entsprechend vorgesehenen Verbrennungsmotor verwendet wird. In der 2d wird eine Signalfolge bei einem Geberrad
gezeigt, welches eine Markierung 26 wie in der Kurve nach 2b aufweist. Zusätzlich ist jedoch eine weitere Markierung 33 vorgesehen,
die auf der Nockenwelle nach der Markierung 26 angeordnet.
Für Motoren des
Typs A würde
somit ein Geberrad verwendet werden, was eine Signalfolge nach 2b erzeugt. Für Verbrennungsmotoren des Typs
B würde
ein Geberrad verwendet werden, welches eine Signalfolge nach 2d erzeugt. Auch beim Fahrzeug B könnte daher
die gleiche Software verwendet werden um die Steuersignale für die Ansteuerung
der Brennkraftmaschine zu erzeugen. Zusätzlich wäre jedoch noch eine Abfrageroutine
vorgesehen, die nach der Markierung 26 überprüft, ob auch ein Signal entsprechend
der Markierung 33 erfolgt. Wenn dieses Signal der Markierung 23 nicht
auftaucht, so stellt das Steuergerät fest, dass es obwohl es für eine Brennkraftmaschine
vom Typ B bestimmt zum Betrieb einer Brennkraftmaschine vom Typ
A verwendet wird und würde
entsprechend die Erzeugung von Steuersignalen einstellen.
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In
der 2e wird eine weitere Signalfolge eines
Nockenwellengeberrates 25 gezeigt, wobei hier die Markierung 26 einfach
deutlich breiter ausgebildet ist als in dem Signalverlauf nach der 2b. Es könnte wiederum die gleiche Software
wie zur Auswertung der Signalfolge nach 2b verwendet werden,
d. h. beim Auftreten der Lücke 23 im
Kurbelwellensignal würde
nachgeschaut ob ein entsprechende Nockenwellensignal vorliegt oder
nicht. Dies könnte
entweder auch Grund der steigenden Signalflanke des Signals 26 oder
aber durch einfache Pegelabfrage erfolgen. Um festzustellen, ob
das Steuergerät
für einen
Verbrennungsmotor vom Typ B verwendet wird, wird dann einfach nach
der Lücke 23 nachgeschaut,
ob der Signalpegel des Nockenwellensignals immer noch hoch ist oder
nicht. Das Steuergerät
kann so beurteilen, ob es für
eine Brennkraftmaschine vom Typ A oder B verwendet wird und bei einer
entsprechenden Fehlverwendung die Erzeugung von Steuersignalen einstellen.
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Es
könnte
nun versucht werden den Betrieb eines Steuergeräts für einen Motor nach Typ B bei
einem Motor nach Typ A zu ermöglichen
in dem zwischen die Sensoren und das Steuergerät eine Signalformungsschaltung
einzufügen,
die beispielsweise ausgehend vom Signalverlauf nach der 2b ein Signalverlauf wie nach der 2c, 2d oder 2e erzeugt. Um dies zu verhindern, kann
noch eine weitere Maßnahme
vorgesehen werden, die nun anhand der 3 erläutert wird.
In der 3a wird die Drehzahl n gegenüber der
Zeit t aufgetragen. Der in der 3a gezeigte
Zustand entspricht einem Startvorgang der Brennkraftmaschine, bei
dem der Motor durch Betätigung
eines Anlassers mit einer Drehzahl in der Größenordnung von einigen 100
Umdrehungen/Minute betätigt
wird. Entsprechend der durch den Starter verursachten Drehung des
Motors werden auch entsprechende Sensorsignale erzeugt, beispielsweise
in der 3b Sensorsignale des Nockenwellensensors.
Bei einem Antrieb des Motors durch einen Starter ist die Drehzahl Schwankungen unterworfen,
die daraus resultieren, dass der Drehwiderstand des Motors unterschiedlich
stark ist. Immer dann wenn einer der Zylinder das in ihm enthaltene Gasgemisch
verdichtet, wie dies vor einer Verbrennung bei Vierzylindermotoren
der Fall ist, muss eine besonders hohe Kraft zur Drehung des Motors
aufgewendet werden, was sich in einer Verringerung der Drehzahl
des vom Starter angetriebenen Motor bemerkbar macht. Die Drehzahl
schwankt somit zwischen einem unteren Wert n1 und einem oberen Wert n2.
Die Minima 101 bis 104 der Drehzahl wie sie in der 3a gezeigt werden entsprechen somit jeweils
den Betriebspunkten bei denen eine Verdichtung in einem Zylinder
erfolgt. Durch Auswertung der Drehzahl lässt sich somit bestimmen, wann
eine Verdichtung in einem Zylinder erfolgt. Wenn die Geberscheiben
entsprechend ausgebildet sind, so dass entweder die Markierung 26 auf
der Nockenwelle oder aber die Lücke 23 auf
der Kurbelwelle eine feste Lage relativ zu den Verdichtungen in
den Zylindern haben, so kann anhand dieses Drehzahlverlaufs somit
bestimmt werden, ob es sich um einen Motor nach Typ A oder B handelt.
Dazu sind in der 3b und 3c die Nockenwellensignale wie sie bereits
in der 2b und 2c verwendet
wurden, aufgetragen. Durch die Auswertung des Drehzahlsignals und
Vergleich mit dem entsprechenden Nockenwellensignal kann somit bestimmt
werden, ob die Markierung 26 genau in einem Minimum der
Drehzahl oder aber mit einem bestimmten Versatz relativ zu einem
Drehzahlminimum 101 bis 104 erfolgt. Auch durch
diese Auswertung kann somit überprüft werden,
wie eine entsprechende Zuordnung der Markierung 26 auch der
Nockenwelle 12 relativ zu den Zylindern ausgestaltet ist.
Das Steuergerät 1 kann
somit bestimmen, ob es für
einen entsprechend vorgesehenen Motortyp oder einen anderen Motortyp
verwendet wird.
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In
der 3 wurden nun nur die Signalverläufe der
Kurbelwellensignale wie sie in den 2b und 2c beschrieben wurde, dargestellt. Es ist
aber ebenso gut möglich,
die Signalverläufe
der Kurven 2d und 2e oder aber die relative Lage
der Lücke 23 relativ
zu den Drehzahlminima der Kurve 3a auszuwerten.
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Da
es sich bei der Startphase des Motors um eine hochdynamische Phase
handelt, ist es ausgesprochen schwierig, dieses Signal durch eine
entsprechende Signalformungsschaltung zu simulieren. Dieses Verfahren
kann somit als zusätzliche
Absicherung verwendet werden.
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Frage:
Dieses Verfahren wurde in der Erfindungsmeldung nur als zusätzliche
Absicherung geschrieben. Meines Erachtens ist dieses Verfahren aber
auch allein für
sich betrachtet sinnvoll. Sollten wir dies nicht auch entsprechend
beschreiben?