DE102008001304A1

DE102008001304A1 - Method and device for detecting the operating state of an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102008001304A1
Application number: DE200810001304
Authority: DE
Inventors: Thomas May; Erik Walossek
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-04-22
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2009-10-29
Also published as: EP2128629A3; EP2128629A2; EP2128629B1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Detektion des Betriebszustandes eines Verbrennungsmotors und eine dazu korrespondierende Vorrichtung. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, aus dem zeitlichen Verlauf (1) der elektrischen Spannung des Bordnetzes eines Kraftfahrzeuges den Betriebszustand des das Kraftfahrzeug ansteuernden Verbrennungsmotors abzuleiten. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich zur automatischen Ein- und Ausschaltung nachgerüsteter elektrischer Verbraucher in einem Kraftfahrzeug, die im Betrieb eingeschaltet und im Ruhezustand des Fahrzeuges ausgeschaltet sein sollen, wie z. B. Navigationssysteme, Fahrerassistenzsysteme und insbesondere automatische Mauterfassungssysteme.The invention relates to a method for detecting the operating state of an internal combustion engine and a device corresponding thereto. According to the invention, it is proposed to derive the operating state of the internal combustion engine controlling the motor vehicle from the time profile (1) of the electrical voltage of the vehicle electrical system of a motor vehicle. The inventive method is suitable for automatic switching on and off retrofitted electrical consumers in a motor vehicle, which should be turned on during operation and turned off in the vehicle, such as. As navigation systems, driver assistance systems and in particular automatic toll collection systems.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion des Betriebszustandes eines Verbrennungsmotors.The The invention relates to a method and a device for detection the operating state of an internal combustion engine.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Verschiedene elektrische Verbraucher an Bord eines Kraftfahrzeuges, wie beispielsweise Navigationsgeräte, Fahrerassistenzsysteme zur aktiven Unterstützung des Fahrers im Betrieb des Kraftfahrzeuges und automatische Mauterfassungsgeräte benötigen zum ordnungsgemäßen Betrieb eine Information über den augenblicklichen Betriebszustand des gesamten Fahrzeuges. Darüber hinaus soll die Funktion mancher elektrischer Verbraucher stets dann zur Verfügung stehen, wenn der Motor des Kraftfahrzeuges in Betrieb ist und somit sich das Kraftfahrzeug bewegt. Im Unterschied zu den oben genannten Verbrauchern, wie Navigationsgerät, Fahrerassistenzsystem und Mauterfassungsgerät, ist es beispielsweise für an Bord befindliche Musikanlagen gleich, ob sich das Fahrzeug in Betrieb befindet oder nicht, weil die Musikanlage sowohl im Stillstand des Motors wie auch im Betrieb des Fahrzeuges sinnvoll genutzt werden kann. Besonders die eingangs erwähnten automatischen Mauterfassungsgeräte müssen im Betrieb des Fahrzeuges aktiviert sein und sollten nach Möglichkeit bei abgestelltem Motor geringen bis gar keinen elektrischen Strom ziehen.Various electrical loads on board a motor vehicle, such as Navigation devices, Driver assistance systems for the active support of the driver during operation of the motor vehicle and automatic toll collection devices require for proper operation an information about the current operating status of the entire vehicle. Furthermore should the function of some electrical consumers always then disposal stand when the engine of the motor vehicle is in operation and thus the motor vehicle is moving. Unlike the above Consumers, such as navigation device, Driver assistance system and toll collection device, it is for example on board The same music systems, whether the vehicle is in operation located or not, because the music system both at standstill of the engine as well as in the operation of the vehicle can be used meaningfully. Especially the mentioned above automatic toll collection devices have to be activated in the operation of the vehicle and should, if possible with the engine off, little to no electrical power pull.

Der Betriebszustand des Kraftfahrzeuges wird üblicherweise mit Hilfe von im Bordnetz zur Verfügung stehenden Steuersignalen festgestellt, wobei diese Steuersignale üblicherweise nur in elektrischen Bord-Bussystemen zur Verfügung stehen, welches sich hinter dem Armaturenbrett für Einbaugeräte befindet. Soll ein elektrischer Verbraucher, beispielsweise ein Navigationsgerät, ein Fahrerassistenzsystem, ein Mauterfassungsgerät oder ein anderes Gerät, das während der Fahrt stets zur Verfügung stehen soll, nachträglich und/oder vorübergehend im Fahrzeug eingesetzt, also nicht fest eingebaut werden, so steht diesem System üblicherweise ausschließlich der Zigarettenanzünder, im Bestfall ein standardisierter Stecker zur Stromversorgung zur Verfügung. Neben dieser Stromquelle befinden sich üblicherweise keine von außen zugänglichen elektrischen Signalquellen im Innenraum eines Kraftfahrzeuges. Selbst Steckkontakte, die ausschließlich bei eingeschalteter Zündung elektrischen Strom zur Verfügung stellen, sind in üblichen Kraftfahrzeugen nicht vorhanden. Um einen elektrischen Verbraucher in einem Kraftfahrzeug automatisch bei Fahrtunterbrechung abzuschalten und bei Fahrtaufnahme wieder einzuschalten, ist es somit notwendig, den Verbraucher manuell ab- und wieder einzuschalten.Of the Operating condition of the motor vehicle is usually with the help of available in the electrical system detected control signals, these control signals usually are only available in electrical on-board bus systems, which are behind the dashboard for built-in appliances located. If an electrical consumer, such as a Navigation device, a driver assistance system, a toll collection device or other device that during the Ride always available should be, later and / or temporarily used in the vehicle, so are not permanently installed, so stands this system usually exclusively the cigarette lighter, In the best case, a standardized plug for power supply available. Next This power source is usually not accessible from the outside electrical signal sources in the interior of a motor vehicle. Even Plug contacts, exclusively with the ignition switched on Electricity available are in usual Cars not available. To an electrical consumer in a motor vehicle automatically switch off when driving and turn it on again when driving, so it is necessary Manually turn off the load and turn it on again.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNGDISCLOSURE OF THE INVENTION

Die Erfindung stellt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Detektion des Betriebszustandes eines Verbrennungsmotors zur Verfügung. Erfindungsgemäß wird der zeitliche Verlauf einer vorhandenen Bordspannung überwacht und aus charakteristischen Muster des Bordspannungsverlaufes wird durch das Verfahren und die Vorrichtung abgeleitet, wann sich der Verbrennungsmotor in Betrieb und warm sich dieser Verbrennungsmotor im Ruhezustand befindet.The The invention provides a method and a device for detection the operating state of an internal combustion engine available. According to the invention monitored over time course of an existing on-board voltage and from characteristic pattern of the on-board voltage curve is through the method and the device derived when the internal combustion engine in operation and warm this engine at rest located.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion des Betriebszustandes eines Verbrennungsmotors umfasst die folgenden Schritte: a) Messen der Ruhespannung eines Bordnetzes, b) Detektieren eines plötzlichen Spannungsabfalls in dem Bordnetz, c) Detektieren eines Spannungsanstiegs über das Niveau der Ruhespannung hinaus bis zu einem stabilen Niveau einer Betriebsspannung zur Detektion eines sich in Betrieb befindlichen Verbrennungsmotors und d) Messen der Betriebsspannung, e) Detektieren eines allmählichen Spannungsabfalls über den Zeitraum von mehr als einer halben Sekunde bis zu einer stabilen Ruhespannung zur Detektion eines sich im Ruhezustand befindlichen Verbrennungsmotors. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Unteransprüchen zu Anspruch 1 angegeben.The inventive method for detecting the operating state of an internal combustion engine the following steps: a) measuring the open circuit voltage of a vehicle electrical system, b) detecting a sudden Voltage drop in the electrical system, c) detecting a voltage increase across the level the open circuit voltage up to a stable level of operating voltage for detecting an internal combustion engine in operation and d) measuring the operating voltage, e) detecting a gradual Voltage drop over the period of more than half a second to a stable one Idle voltage for detection of an idle state Combustion engine. Further advantageous embodiments of the method according to the invention are in the subclaims given to claim 1.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Detektion des Betriebszustandes eines Verbrennungsmotors, weist auf: a) mindestens eine Vorrichtung zur elektrischen Verbindung mit einem Bordnetz, b) mindestens eine Vorrichtung zum Messen und Speichern einer gemessenen Spannung, c) mindestens eine Vorrichtung zum Messen der Zeit und d) mindestens eine Vorrichtung zum Durchführen eines Vergleichs verschiedener Messwerte zu verschiedenen Zeiten, bevorzugt ein Mikrocontroller. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den Unteransprüchen zu Anspruch 10 angegeben.The inventive device for detecting the operating state of an internal combustion engine, has on: a) at least one device for electrical connection with a vehicle electrical system, b) at least one device for measuring and Storing a measured voltage, c) at least one device for measuring the time and d) at least one device for performing a Comparison of different measured values at different times, preferably a microcontroller. Further advantageous embodiments of the device according to the invention are in the subclaims to claim 10.

Die Erfindung setzt voraus, dass die elektrische Spannung des Bordnetzes eines Kraftfahrzeuges durch eine Starterbatterie zur Verfügung gestellt wird, was üblicherweise auch der Fall ist, wobei die elektrische Spannung im Bordnetz abhängig vom Betriebszustand des Kraftfahrzeuges ist. Heute üblich sind Ruhe- und Betriebsspannungen von ca. 6 V für Kleinfahrzeuge, ca. 12 V für Personenkraftfahrzeuge (Personen-KFZ) und ca. 24 V für Lastkraftwagen und große Bau-, Zug- oder Antriebsmaschinen, wie beispielsweise Bagger, Traktoren für die Landwirtschaft, Schiffe oder Flugzeuge. Neben diesen Spannungen werden in Ausnahmefällen auch Spannungen von ca. 9 V, ca. 18 V, ca. 28 V und ca. 32 V Gleichstrom zur Verfügung gestellt, je nach Konfiguration einer an Bord befindlichen Starterbatterie. Ein elektrischer Verbraucher, der im Betrieb des Fahrzeuges zur Verfügung stehen soll und bei ausgeschaltetem Motor zur Stromersparnis ausgeschaltet sein soll, bedient sich des erfindungsgemäßen Verfahrens, um den Betriebszustand des Kraftfahrzeuges aus dem exakten zeitlichen Verlauf der Bordnetzspannung abzuleiten.The invention requires that the electrical voltage of the vehicle electrical system of a motor vehicle is provided by a starter battery, which is usually the case, the electrical voltage in the electrical system is dependent on the operating condition of the motor vehicle. Resting and operating voltages of approx. 6 V for small vehicles, approx. 12 V for passenger vehicles (passenger cars) and approx. 24 V for trucks and large construction, traction or drive machines, such as excavators, tractors for vehicles, are common today Agriculture, ships or aircraft. In addition to these voltages, voltages of approx. 9 V, approx. 18 V, approx. 28 V and approx. 32 V DC are provided in exceptional cases, depending on the configuration Onboard starter battery. An electrical load, which should be available during operation of the vehicle and should be switched off when the engine to save power, uses the method of the invention to derive the operating state of the motor vehicle from the exact time course of the vehicle electrical system voltage.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert.The The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying figures.

Es zeigen:It demonstrate:

1 ein Diagramm eines Spannungsverlaufes eines Bordnetzes in einem Personen-KFZ während der Anlassphase, 1 a diagram of a voltage curve of a vehicle electrical system in a passenger vehicle during the starting phase,

2 ein Diagramm eines Spannungsverlaufes eines Bordnetzes in einem Personen-KFZ während der Abstellphase, 2 a diagram of a voltage curve of a vehicle electrical system in a passenger car during the parking phase,

3 zwei Flussdiagramme zur Verdeutlichung des Verfahrens zur Detektion der Betriebszustände des Verbrennungsmotors, 3 two flow diagrams to illustrate the method for detecting the operating states of the internal combustion engine,

4 ein einfaches Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 4 a simple block diagram of an apparatus for performing the method according to the invention.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS

In 1 ist ein Diagramm eines Spannungsverlaufes 1 der elektrischen Spannung in einem Bordnetz eines Personen-KFZ während der Startphase a-b-c über die Zeit t dargestellt. Beginnend mit der ersten Phase a, in welcher sich der Verbrennungsmotor im Ruhezustand befindet, weist die Bordspannung an üblichen Stromversorgungselementen, wie beispielsweise Zigarettenanzünder oder Bordsteckdose, etwa 12 V auf, was der üblichen Ruhespannung einer Starterbatterie für Personen-KFZ entspricht. Diese beispielhafte Spannung kann auch 6 V, 9 V, 18 V, 24 V, 28 V oder 32 V betragen und je nach Fahrzeugtyp auch andere Spannungen aufweisen. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird diese einmal von einer Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens als Ruhespannung erkannte Spannung als Basisspannung verwendet in Relation zu welcher der weitere Spannungsverlauf während der Phasen b und c eingestuft wird. Wird ein Verbrennungsmotor gestartet, so verringert sich die Spannung einer Starterbatterie plötzlich von der höheren Ruhespannung auf eine geringere Arbeitsspannung, von etwa 9 V bis etwa 10 V. Der typische plötzliche Spannungsabfall beim Startvorgang variiert zwischen verschiedenen Batterietypen und Kapazitäten zwischen 0,5 und 3 V. Typisch ist der Spannungsabfall von ca. 1 V bis 2 V. Ein üblicher Startvorgang eines üblichen Verbrennungsmotors eines Personen-KFZ dauert zwischen 0,5 Sekunden bis zu 10 Sekunden, in Ausnahmefällen oder bei schlecht gewarteten Motoren auch länger. Innerhalb dieser Zeit b steigt auch die elektrische Spannung des Bordnetzes nicht durch eine parallel geschaltete Lichtmaschine zur Stromversorgung und Ladung der Starterbatterie, weil die erforderliche Umdrehungszahl beim Startvorgang nicht reicht, die Bordspannung zu erhöhen. Je nach Schaltungslegung, wird in manchen Fahrzeugen die gesamte Stromversorgung aller elektrischer Verbraucher im Bordnetz zu Gunsten des elektrischen Anlassers unterbrochen, um die Starterbatterie während des Anlassens nicht unnötig zu belasten. In diesem Fall sinkt die elektrische Spannung des Bordnetzes während der Phase b auf 0 V ab.In 1 is a diagram of a voltage curve 1 the electrical voltage in a vehicle electrical system of a passenger car during the starting phase abc over the time t shown. Starting with the first phase a, in which the internal combustion engine is in the idle state, the on-board voltage on conventional power supply elements, such as cigarette lighter or board socket, about 12 V, which corresponds to the usual rest voltage of a starter battery for passenger cars. This exemplary voltage may also be 6V, 9V, 18V, 24V, 28V or 32V and may have other voltages depending on the type of vehicle. In the method according to the invention, this voltage, once recognized by a device for carrying out the method according to the invention as a rest voltage, is used as the base voltage in relation to which the further voltage curve during phases b and c is classified. When an internal combustion engine is started, the voltage of a starter battery suddenly decreases from the higher rest voltage to a lower working voltage, from about 9V to about 10V. The typical sudden voltage drop at start-up varies between different battery types and capacities between 0.5 and 3V Typical is the voltage drop of about 1 V to 2 V. A usual starting process of a conventional internal combustion engine of a passenger car takes between 0.5 seconds to 10 seconds, in exceptional cases or in poorly maintained engines even longer. Within this time b and the electrical voltage of the electrical system does not rise by a parallel alternator for power and charge the starter battery, because the required number of revolutions during startup is not enough to increase the on-board voltage. Depending on the circuit layout, in some vehicles, the entire power supply of all electrical loads in the electrical system is interrupted in favor of the electric starter so as not to unnecessarily burden the starter battery during cranking. In this case, the electrical voltage of the electrical system drops to 0 V during phase b.

Mit Start des Verbrennungsmotors bei Beginn der Phase c steigt die elektrische Spannung des Bordnetzes auf die Betriebs- oder Ladespannung von etwa 14 V. Diese Überspannung von mind. 0,5 V, typischerweise von 1 V bis 2 V wird von einer Regelelektronik in der Lichtmaschine über einen breiten Drehzahlverlauf aufrechterhalten, um die Starterbatterie mit der erforderlichen Überspannung laden zu können. Es wäre möglich, die elektrische Spannung des Bordnetzes innerhalb eines bestimmten Intervalls regeltechnisch zu stabilisieren, dies ist aber gewöhnlich nicht der Fall, sondern die elektrische Spannung des Bordnetz wird üblicherweise direkt von der Starterbatterie abgenommen. Dieser Umstand ermöglicht es, elektrischen Verbrauchern, die nachträglich oder übergangsweise in einem Fahrzeug installiert werden, den Betriebszustand des Verbrennungsmotors aus dem zeitlichen Verlauf der elektrischen Spannung des Bordnetzes abzuleiten.With Start of the internal combustion engine at the beginning of phase c increases the electric Voltage of the electrical system to the operating or charging voltage of about 14 V. This overvoltage of at least 0.5 V, typically from 1 V to 2 V, is provided by control electronics in the alternator over maintained a wide speed curve to the starter battery with the required overvoltage to be able to load. It would be possible, the electrical voltage of the electrical system within a certain To stabilize intervals, but this is usually not the case, but the electrical voltage of the electrical system is usually taken directly from the starter battery. This circumstance makes it possible electrical consumers, the subsequent or transitional in a vehicle to be installed, the operating state of the internal combustion engine the time course of the electrical voltage of the electrical system derive.

Der oben dargestellte Verlauf der Bordspannung über die Zeit während des Startvorganges der Verbrennungsmaschine ist typisch und ist unabhängig vom Typ des Verbrennungsmotors. Die Starterbatterie weist eine Ruhespannung auf, verringert ihre Spannung bei starker Belastung durch den Startvorgang und die an der Starterbatterie anliegende Spannung wird durch den Ladevorgang während des Betriebes der Verbrennungsmaschine erhöht. Selbstzünder, wie beispielsweise Diesel- oder Glühkolbenmotore, aber auch Turbinen benötigen während des Betriebes außer einer möglicherweise vorhandenen Steuerelektronik keine weitere elektrische Energie. Fremdgezündete Motoren hingegen, wie beispielsweise Benzin- oder Ottomotore, weisen im Bordnetz typische Spannungspitzen und/oder Spannungseinbrüche 2 der Zündkerzen oder der Zündspulen auf. Zur Erzeugung des Zündfunkens wird der Ladevorgang einer Zündspule plötzlich durch einen Unterbrecherkontakt oder durch eine Ladeelektronik unterbrochen und die mit der Zündspule verschaltete Zündkerze dient als Entladewiderstand der in der Zündspule vorhandenen Energie. Der Funkenschlag mit hoher elektrischer Span nung an der Zündkerze und auch der Wechsel von Zündspulenladung zur Ladeunterbrechung ist vom Bordnetz nur mit umfangreichen Maßnahmen zur Abschirmung möglich. Üblicherweise sind aber die Zündvorgänge im Bordnetz durch geringfügige Spannungspitzen mit geringer Kapazität messbar. Diese Spannungspitzen und/oder Spannungseinbrüche 2 sind von nur kurzer Dauer und treten synchron zur Zündfrequenz des Motors auf. Bei einer Viertaktmaschine mit vier Zylindern beträgt die Zündfrequenz zwei Zündfunken pro Umdrehung. Bei typischen Drehzahlen von 800 min^–1 bis 6.000 min^–1 für Personen-KFZ-Motore mit vier Zylindern ergibt das eine Frequenz von 1.600 min^–1 bis 12.000 min^–1 (26 2/3 Hz bis 200 Hz). Für langsam laufende Motore, beispielsweise große Einzylinder oder Schiffsmotore ergeben sich Zündfrequenzen von 50 min^–1 bis 400 min^–1 (5/6 Hz bis 6 2/3 Hz). Optional zur Messung des elektrischen Spannungsverlaufes des Bordnetzes kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Detektion des Betriebszustandes eines Verbrennungsmotors dadurch ausgestaltet werden, dass diese Spannungsspitzen und/oder Spannungseinbrüche 2 detektiert werden, was gleichbedeutend mit einem sich in Betrieb befindlichen Ottomotor mit Fremdzündung ist. Bei Selbstzündern ist diese Detektion nicht möglich, weil diese Spannungsspitzen dort nicht existieren. Alternativ oder kumulativ kann auch die Restwelligkeit 3 des Bordnetzes gemessen werden. Die Restwelligkeit 3 im Bordnetz mit einer Frequenz, die synchron zum Übersetzungsverhältnis der Motordrehzahl zu Lichtmaschinendrehzahl ist, kommt durch die Stromerzeugung durch eine Lichtmaschine zu stande. Manche Lichtmaschinen erzeugen Wechselstrom, der zunächst gleichgerichtet und gegebenenfalls weitgehend geglättet wird, andere Lichtmaschinen erzeugen Drehstrom, der ebenfalls durch entsprechende Verschaltung in einen welligen Gleichstrom umgewandelt wird. Dieser wellige Gleichstrom wird zur Ladung der Starterbatterie verwendet, wobei die Restwelligkeit 3 auch durch die kapazitive Wirkung der Starterbatterie nicht ausgeglichen wird.The above course of the on-board voltage over time during the starting process of the internal combustion engine is typical and is independent of the type of internal combustion engine. The starter battery has a rest voltage, reduces its voltage under heavy load by the starting process and the voltage applied to the starter battery voltage is increased by the charging operation of the internal combustion engine. Diesel engines, such as diesel or Glühkolbenmotore, but also turbines need during operation except possibly existing control electronics no further electrical energy. By contrast, spark-ignited engines, such as gasoline or petrol engines, have typical voltage peaks and / or voltage dips in the electrical system 2 the spark plugs or the ignition coils. To generate the spark, the charging of an ignition coil is suddenly interrupted by a breaker contact or by a charging electronics Chen and the spark plug connected to the ignition coil serves as a discharge resistor of the energy present in the ignition coil. The spark with high voltage electrical voltage on the spark plug and the change of ignition coil charge interruption charging is possible from the electrical system only with extensive measures for shielding. Usually, however, the ignition processes in the vehicle electrical system can be measured by means of slight voltage peaks with low capacitance. These voltage spikes and / or voltage dips 2 are of short duration and occur synchronously with the ignition frequency of the engine. In a four-stroke engine with four cylinders, the ignition frequency is two sparks per revolution. At typical speeds of 800 min ^-1 to 6000 min ^-1 for passenger car engines with four cylinders which gives a frequency of 1,600 min ^-1 to 12,000 rpm ^-1 (26 2/3 Hz to 200 Hz). For low-speed engines, such as large single-cylinder or marine engines firing frequencies from 50 min ^-1 to 400 min ^-1 (5/6 Hz to 6 2/3 Hz). Optionally for measuring the electrical voltage curve of the vehicle electrical system, the method according to the invention for detecting the operating state of an internal combustion engine can be configured such that these voltage peaks and / or voltage dips 2 be detected, which is synonymous with a running in gasoline engine with spark ignition. With auto-igniters, this detection is not possible because these voltage spikes do not exist there. Alternatively or cumulatively, the residual ripple 3 of the vehicle electrical system are measured. The residual ripple 3 in the electrical system with a frequency that is synchronous to the gear ratio of engine speed to alternator speed, comes through the power generation by an alternator to conditions. Some alternators generate alternating current, which is first rectified and possibly largely smoothed, other alternators generate three-phase current, which is also converted by appropriate interconnection in a wavy DC. This undulating DC current is used to charge the starter battery, with the residual ripple 3 also by the capacitive effect of the starter battery is not compensated.

Um den kurzzeitigen Spannungsabfall, gegebenenfalls auch -ausfall, beim Starten des Motors in Phase b von einer dauerhaften Entfernung der Starterbatterie, beispielsweise bei der Fahrzeug- und/oder Batteriewartung zu unterscheiden, ist es vorteilhaft, wenn dieser dauerhafte Spannungsabfall als Störung detektiert wird. Besonders solche elektrischen Verbraucher, die über eine eigenen Pufferbatterie verfügen, beispielsweise zur Versorgung einer internen Systemuhr oder zur Überbrückung kurzzeitiger Spannungsausfälle beim Starten, ist die Möglichkeit der Detektion einer Störung sinnvoll, damit die interne Pufferbatterie des elektrischen Verbrauchers nicht unnötig entladen wird. Denn der Verbraucher wird in diesem Fall nicht eingeschaltet.Around the short-term voltage drop, possibly also failure, when starting the engine in phase b from a permanent distance the starter battery, for example, in the vehicle and / or battery maintenance it is advantageous if this permanent voltage drop as disorder is detected. Especially those electrical consumers who have a own backup battery, For example, to supply an internal system clock or for bridging short-term power failures when starting, is the possibility the detection of a fault meaningful, so that the internal backup battery of the electrical load is not unnecessary unloaded. Because the consumer is not turned on in this case.

In 2 ist der elektrische Spannungsverlauf 10 eines Bordnetzes in einem Personen-KFZ während der Abstellphase d-e-f des Verbrennungsmotors dargestellt. Beginnend bei Phase d, in der sich der Verbrennungsmotor in Betrieb befindet, und die Bordspannung von etwa 14 V gegebenenfalls mit Spannungsspitzen und/oder Spannungseinbrüchen 2 oder einer Restwelligkeit 3 überlagert ist, folgt eine Phase e, in welcher der Verbrennungsmotor durch Unterbrechung der Fremdzündung über mehre re Umdrehungen zum Stillstand kommt. Innerhalb dieser Phase e verringert sich die Bordspannung einerseits durch den Fortfall der Ladespannung der Lichtmaschine, andererseits entladen sich gegebenenfalls vorhandene Glättungskondensatoren, so dass die elektrische Spannung des Bordnetzes nicht plötzlich, sondern allmählich von der Betriebs- oder Ladespannung auf die Ruhespannung der Starterbatterie um ca. 0,5, typischerweise um 1 V bis 2 V, abfällt. Der exakte zeitliche Verlauf des elektrischen Spannungsabfalls ist abhängig von der Charakteristik des Verbrennungsmotors mit Lichtmaschine, ist aber nicht plötzlich (Spannungsabfall im wenige ms-Bereich), sondern allmählich (Bereich zwischen 0,1 s bis 5 s). Nach dem allmählichen Spannungsabfall stabilisiert sich die Spannung des Bordnetzes in Phase f auf die Ruhespannung, im vorliegenden Beispiel 12 V.In 2 is the electrical voltage curve 10 a vehicle electrical system in a passenger car during the stoppage def of the engine shown. Beginning with phase d, in which the internal combustion engine is in operation, and the on-board voltage of about 14 V, possibly with voltage peaks and / or voltage drops 2 or a residual ripple 3 is superimposed, followed by a phase e, in which the internal combustion engine comes to a standstill by interrupting the spark ignition over several re turns. Within this phase e, the on-board voltage is reduced on the one hand by the elimination of the charging voltage of the alternator, on the other hand, possibly existing smoothing capacitors discharge, so that the electrical voltage of the electrical system not suddenly, but gradually from the operating or charging voltage to the rest voltage of the starter battery by approx. 0.5, typically 1V to 2V, drops. The exact time course of the electrical voltage drop is dependent on the characteristics of the internal combustion engine with alternator, but is not sudden (voltage drop in a few ms range), but gradually (range between 0.1 s to 5 s). After the gradual voltage drop, the voltage of the electrical system stabilizes in phase f to the rest voltage, in the present example, 12 V.

In Ausgestaltung der Erfindung wird die Detektion eines ausgeschalteten Motors um 30 s bis 10 min, bevorzugt um 2 min bis 5 min verzögert. Dies hat den Vorteil, dass ein Motor kurzzeitig ausgeschaltet werden kann, beispielsweise durch eine Vorrichtung zum Benzinsparen vor einer Ampel oder vor einer Schranke, ohne dass das der entsprechende Verbraucher ausgeschaltet wird. Navigationsgeräte, brauchen zum Teil mehrere Minuten, bis sie sich initialisiert haben, um bspw. Satelliten zu suchen. Fahrerassistenzsysteme sollten in dieser Zeit zur Verfügung stehen und automatische Mauterfassungsgeräte sollten durch ein kurzzeitiges Ausschalten des Motors auch nicht aus- und wieder eingeschaltet werden, um durch die kurzzeitige Fahrtunterbrechung die Mauterfassung nicht zu unterbrechen. Durch die Verzögerung der Detektion eines ausgeschalteten Verbrennungsmotors führen also kurzzeitige Fahrtunterbrechungen, wie ein Tankstopp, Be- und Entladen von Personen oder von Transportgütern, Ein- und Aussteigen von Fahrgästen eines Taxis, aber auch unfreiwillige Fahrtunterbrechungen, wie ungewolltes so genannte Abwürgen eines Motors beim Anfahren, nicht zu einem ungewollten Aus- und wieder Einschalten des entsprechenden elektrischen Verbrauchers.In Embodiment of the invention is the detection of an off Engine delayed by 30 s to 10 min, preferably by 2 min to 5 min. This has the advantage that a motor can be switched off for a short time can, for example, by a device for saving gas before a traffic light or in front of a barrier without that being the appropriate one Consumer is turned off. Navigation devices, some need several Minutes until they have initialized, for example, to satellites search. Driver assistance systems should be available during this time and automatic toll collection devices should be replaced by a short-term Turning off the engine also does not turn off and on again be the toll collection by the short break not to interrupt. By delaying the detection of a switched off internal combustion engine thus lead to short breaks, such as a refueling stop, loading and unloading of people or of goods in transit, on and off Getting off passengers a taxi, but also involuntary breaks, such as unwanted so-called stalling a motor when starting, not to an unwanted off and on again the corresponding electrical consumer.

Um den Betriebszustand des Verbrennungsmotors aus dem Verlauf der elektrischen Spannung der Bordspannung sicher detektieren zu können, ist es von Vorteil, wenn die einmal erkannte Ruhespannung für einen zukünftigen Vergleich mit anderen Spannungen beim Starten und bei Betrieb zwischengespeichert wird. Dabei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, nach einmal detektiertem Aus-Zustand des Verbrennungsmotors zwischen 1 min und 30 min, bevorzugt zwischen 5 min und 10 mm zu warten, bevor die Ruhespannung gemessen und gespeichert wird, um eine Stabilisierung der elektrischen Spannung des Bordnetzes abzuwarten. Die elektrische Spannung kann in der ersten Zeit nach Ausschalten des Motors noch variieren durch einen nachlaufenden Kühlerlüfter, durch eine nachlaufende Kraftstoffpumpe, durch ein automatisch einfahrendes Verdeck, durch elektrische Tür- und Fensterschließer, durch Alarmanlagen und durch sich langsam entladende elektrische Verbraucher.To the operating condition of the internal combustion engine from the course of the electrical voltage To be able to reliably detect the on-board voltage, it is advantageous if the once-detected open circuit voltage is temporarily stored for a future comparison with other voltages during starting and during operation. It has proven to be advantageous to wait after once detected off-state of the engine between 1 min and 30 min, preferably between 5 min and 10 mm, before the quiescent voltage is measured and stored to wait for a stabilization of the electrical system voltage , The electrical voltage may still vary in the first time after the engine is switched off by a trailing radiator fan, by a trailing fuel pump, by an automatically retracting top, by electric door and window closers, by alarm systems and by slowly discharging electrical consumers.

In 3 sind zwei Flussdiagramme 100 und 200 des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Flussdiagramm 100 stellt den Ablauf der Schritte zur Detektion eines sich in Betrieb befindlichen Verbrennungsmotors dar. Beginnend bei Start 101 wird in Schritt 102 solange die Ruhespannung des Bordnetzes eingemessen, bis ein plötzlicher Spannungsabfall detektiert wird. Ohne Spannungsabfall wird Schritt 102 solange wiederholt, bis der Spannungsabfall detektiert wird. Alternativ zur sich wiederholenden Messung kann auch ein Differentialsignal detektiert werden, so dass die abfallende Flanke detektiert wird. Sofern ein Spannungsabfall detektiert wurde, schreitet das erfindungsgemäße Verfahren fort in Schritt 103, in welchem eine Verringerung der Bordspannung bis auf 0 V oder um 1 V bis 2 V, je nach Schaltungslegung der Bordnetzes detektiert wird. Dauert der Spannungsabfall zwischen 01, und 10 s, die Dauer wird in einer Schleife gemessen, und steigt danach auf eine Spannung an, Messung in Schritt 104, die über dem Niveau der Ruhespannung liegt, so ist die Bedingung für einen sich in Betrieb befindlichen Verbrennungsmotor erfüllt.In 3 are two flowcharts 100 and 200. of the method according to the invention. flow chart 100 represents the sequence of steps for the detection of an operating internal combustion engine. Starting at start 101 will be in step 102 as long as the quiescent voltage of the vehicle electrical system is measured until a sudden voltage drop is detected. Without voltage drop is step 102 repeatedly until the voltage drop is detected. Alternatively to the repetitive measurement, a differential signal can also be detected so that the falling edge is detected. If a voltage drop has been detected, the inventive method proceeds in step 103 , in which a reduction of the on-board voltage to 0 V or 1 V to 2 V, depending on the circuit layout of the electrical system is detected. If the voltage drop is between 01 and 10 s, the duration is measured in a loop and then increases to a voltage, measurement in step 104 , which is above the level of the rest voltage, the condition for an operating internal combustion engine is met.

Flussdiagramm 200 weist ebenfalls nach Beginn in Schritt 201 eine Schleife in Schritt 202 auf, in welcher die Betriebsspannung des Bordnetzes gemessen wird. Sobald sich die Bordspannung um ein vorbestimmtes Maß pro Zeiteinheit ändert, schreitet das Verfahren fort in Schritt 203, in welchem der allmähliche Spannungsabfall detektiert wird, vorteilhaft durch Berechnung eines Quotienten aus Spannungsabfall pro Zeiteinheit oder durch Messung eines Differentialsignals, das eine vorbestimmte Größe nicht überschreiten darf, um einen allmählichen Spannungsabfall zu detektieren. Sobald die Bordspannung ein stabiles Niveau erreicht hat, Phase f in 2, Messung in Schritt 204, ist die Bedingung für einen sich im Ruhezustand befindlichen Verbrennungsmotor erfüllt.flow chart 200. also points to the beginning in step 201 a loop in step 202 on, in which the operating voltage of the electrical system is measured. As soon as the on-board voltage changes by a predetermined amount per unit of time, the method proceeds to step 203 in which the gradual voltage drop is detected, advantageously by calculating a quotient of voltage drop per unit of time or by measuring a differential signal which must not exceed a predetermined magnitude to detect a gradual voltage drop. Once the on-board voltage has reached a stable level, phase f in 2 , Measurement in step 204 , the condition for an in-state combustion engine is met.

4 zeigt schließlich ein vereinfachtes Blockschaltbild 300 einer Vorrichtung zur Detektion des Betriebszustandes eines Verbrennungsmotors, welches nach dem erfindungsgemäßen Verfahren den zeitlichen Verlauf der elektrischen Spannung des Bordnetzes überwacht und wenn die typischen Muster eines Start- und/oder Abschaltvorganges erkannt werden, ein entsprechendes Signal ausgibt, beispielsweise, um einen daran angeschlossenen Verbraucher ein- oder auszuschalten. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist zunächst eine Vorrichtung zur Verbindung mit einem Bordnetz 301 auf, vorteilhaft in Form eines Steckers oder in Form eines Kontaktes für den Zigarettenanzünder. Über diesen Stecker wird der daran befindliche elektrische Verbraucher auch mit elektrischer Energie versorgt. 4 finally shows a simplified block diagram 300 a device for detecting the operating state of an internal combustion engine, which monitors the time course of the electrical voltage of the electrical system according to the inventive method and when the typical patterns of start and / or shutdown are detected, outputs a corresponding signal, for example, to a consumer connected thereto switch on or off. The device according to the invention initially has a device for connection to a vehicle electrical system 301 on, advantageously in the form of a plug or in the form of a contact for the cigarette lighter. About this plug, the electrical consumer located thereon is also supplied with electrical energy.

Eine Anordnung zum Messen und Speichern einer gemessenen Spannung 302, 303 besteht im Idealfall aus einem A/D-Wandler, der einen digital auslesbaren Wert der gemessenen elektrischen Spannung zur Verfügung stellt und der auch in einem elektronischen Speicher 303 gespeichert werden kann. Eine Vorrichtung zum Messen der vergangenen Zeit 304 ist notwendig, um die Länge der Stromunterbrechung, des Spannungsabfalls oder der Spannungspitzen zu messen, um daran zu unterscheiden, ob es sich um einen plötzlichen Spannungsabfall im Millisekundenbereich oder um einen allmählichen Spannungsabfall im Sekundenbruchteil bis Sekundenbereich handelt. Schließlich weist die Vorrichtung eine Vorrichtung zur Durchführung eines elektronischen Vergleichs 305 der gemessenen elektri schen Spannungen über die Zeit auf. Diese Funktion wird am besten durch einen gattungsgemäßen Mikrocontroller bereitgestellt, welcher einen eigenen Programmspeicher aufweist. In diesem Fall bedient sich der Mikrocontroller der über die Zeit gemessenen elektrischen Spanungsunterschiede aus dem A/D-Wandler, bildet einen Quotienten aus Spannungsunterschied und Zeit zwischen zwei stabilen elektrischen Spannungen und unterscheidet in Abhängigkeit der Zahlenwerte, ob es sich um einen plötzlichen oder um einen allmählichen Spannungsabfall, bzw. einen Spannungsanstieg handelt.An arrangement for measuring and storing a measured voltage 302 . 303 ideally consists of an A / D converter, which provides a digitally readable value of the measured electrical voltage and also in an electronic memory 303 can be stored. A device for measuring past time 304 is necessary to measure the length of the power interruption, voltage drop or voltage spikes to distinguish whether it is a sudden voltage drop in the millisecond range or a gradual voltage drop in the fractional seconds to seconds range. Finally, the device has a device for carrying out an electronic comparison 305 the measured electrical voltages over time. This function is best provided by a generic microcontroller, which has its own program memory. In this case, the microcontroller uses the voltage differences measured over time from the A / D converter, forms a quotient of voltage difference and time between two stable electrical voltages and differentiates depending on the numerical values, whether it is a sudden or a negative one gradual voltage drop, or a voltage increase is.

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung weist sich als vorteilhaft für Nachrüstgeräte. Besonders in Zukunft eingesetzte Mauterfassungsgeräte für den privaten KFZ-Verkehr müssen innerhalb einer kurzen Nachrüstzeit in eine größere Anzahl Fahrzeuge eingebaut werden. Hierzu eignen sich solche Mauterfassungsgeräte, die durch den Zigarettenanzünder mit Strom versorgt werden und ansonsten auf dem Armaturenbrett oder an der Windschutzscheiben befestigt werden, so dass diesen Geräten keine internen Steuersignale zur Verfügung stehen.The inventive method and the device according to the invention turns out to be beneficial for Aftermarket systems. Especially in the future used toll collection devices for private vehicle traffic must within a short retrofit time in a larger number Vehicles are installed. For this purpose, such toll collection devices are the through the cigarette lighter be powered and otherwise on the dashboard or be attached to the windshield, so that these devices no internal control signals available stand.

Claims

Method for detecting the operating state of an internal combustion engine comprising the following steps: a) measuring the open circuit voltage of a vehicle electrical system ( 102 ), b) detecting a sudden voltage drop in the vehicle electrical system ( 103 c) Detecting a voltage increase beyond the level of the open circuit voltage to a stable level of an operating voltage ( 104 ) for detecting an internal combustion engine in operation and d) measuring the operating voltage ( 202 ), e) detecting a gradual voltage drop over a period of more than half a second to a stable rest voltage ( 203 . 204 ) for detecting an in-state combustion engine.

The method of claim 1, wherein the measured rest voltage is cached.

Method according to one of claims 1 or 2, wherein the detection an internal combustion engine at rest by 30 sec to 10 min, preferably from 2 min to 5 min is delayed.

Method according to one of claims 1 to 3, wherein for the positive detection of an operating internal combustion engine with spark ignition voltage spikes and / or voltage dips ( 2 ) with a frequency of 50 min ^-1 (5/6 Hz) up to 12,000 min ^-1 (200 Hz), preferably with a frequency of 400 min ^-1 (5/6 Hz) to 6,000 min ^-1 (100 Hz) ,

Method according to one of claims 1 to 4, wherein the voltage measurement on the starter battery, on a cigarette lighter or on an electrical system to power external power consumers is made.

Method according to one of claims 1 to 5, wherein the level of the rest voltage 1 up to 30 minutes after detection of an internal combustion engine at rest, preferably 5 to 10 minutes after detection of an in-state combustion engine is measured and buffered.

Method according to one of claims 1 to 6, wherein a sudden Voltage drop of less than 1 min, preferably less than 30 sec duration with a subsequent increase in voltage to one positive detection of an operating internal combustion engine leads and a longer sudden Voltage drop to a detection of a disturbance or a distance the starter battery leads from the electrical system.

Method according to one of claims 1 to 7, wherein the sudden Voltage drop is at least 0.5 V, preferably, 1 V to 2 V.

Method according to one of claims 1 to 8, wherein the gradual voltage drop is at least 0.5 V, preferably 1 V to 2 V.

Device for detecting the operating state an internal combustion engine according to the method of any one of claims 1 to 9, having a) at least one device for electrical Connection with a vehicle electrical system, b) at least one device for measuring and storing a measured voltage, c) at least a device for measuring time and d) at least one Device for performing a comparison of different measured values at different times, preferably a microcontroller.

Apparatus according to claim 10, wherein a switch for one provided electrical consumer, the detection of a in operation internal combustion engine, the electric Consumer turns on and at detection one is at rest located internal combustion engine off the electrical load.