DE10245640B3

DE10245640B3 - Verfahren zum Erkennen eines Startabbruchs und Verhindern einer verbrennungsbedingten Rückdrehung einer Brennkraftmaschine beim Start

Info

Publication number: DE10245640B3
Application number: DE10245640A
Authority: DE
Inventors: Franz Dietl; Norbert Ferstl; Harry SCHÜLE
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2002-09-30
Filing date: 2002-09-30
Publication date: 2004-04-08
Anticipated expiration: 2022-10-01

Abstract

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nach dem Erkennen einer Drehung der Brennkraftmaschine die Drehzahl (N) mit einem Schwellenwert (N¶lim¶) verglichen, der einem Minimum der Drehzahl beim Drehen durch den Anlasser entspricht. Fällt die Drehzahl (N) auf einen Wert unterhalb des Schwellenwertes (N¶lim¶) ab, wird auf einen Startabbruch erkannt, worauf die Kraftstoffeinspritzung und die Zündung abgeschaltet werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen eines Startabbruchs und zum Verhindern eines verbrennungsbedingten Rückdrehens einer Brennkraftmaschine beim Start.

Beim Betätigen eines Anlassers einer Brennkraftmaschine wird diese vom Anlasser in Vorwärtsrichtung geschleppt. Setzt die Verbrennung ein, beschleunigt die Brennkraftmaschine aus eigener Kraft, und der Anlasser kuppelt aus. Wenn jedoch der Anlasser zu früh deaktiviert und somit der Start abgebrochen wird, ohne dass der Zündschlüssel in seine Außerbetriebsstellung verstellt wird, wird die Brennkraftmaschine infolge ihrer rotatorischen Bewegungsenergie und der potentiellen Energie des verdichteten Kraftstoff/Luft-Gemisches der Zylinder in eine Stillstandsposition auslaufen. Hierbei kann es zu einem „Pendeln" der Brennkraftmaschine zwischen zwei Positionen kommen, bevor sie ihre Stillstandsposition erreicht. Pendeln bedeutet in diesem Zusammenhang, dass sich die Brennkraftmaschine vorwärts und rückwärts dreht. Eine entsprechende Drehrichtungsumkehr erfolgt immer dann, wenn die Kurbelwelle den Zylinderdruck nicht überwinden kann und von diesem zurückgeworfen wird. Wenn die elektronische Steuerung der Brennkraftmaschine eine derartige Drehrichtungsumkehr nicht erkennt, kommt es während des Rückdrehens zu einer Zündung des Kraftstoff/Luft-Gemischs, was schwerwiegende schädliche Folgen nach sich ziehen kann.

Es sind bereits verschiedene Verfahren bekannt, mit denen sich ein Rückdrehen einer Brennkraftmaschine erkennen lässt. Bei den bekannten Verfahren wird im allgemeinen die Relativbewegung zweier sich drehender Bauteile erfasst, wobei die Unterschiede im Vorwärts- und Rückwärtsdrehen zwischen zwei festen Ereignissen ausgenutzt werden. Aus der WO 90/03 508 ist beispielsweise ein insbesondere bei Diesel-Brennkraftmaschinen einsetzbares Verfahren bekannt, bei dem neben den Impulsen eines Kurbelwellenwinkel-Signals die Einspritzimpulse einer Einspritzpumpe ausgewertet und als spezifische Ereignisse zur Erkennung einer Drehrichtungsumkehr herangezogen werden. Bei einem aus der DE 197 35 722 A1 bekannten Verfahren werden das Kurbelwellenwinkel-Signal und das Nockenwellenwinkel-Signal herangezogen und hierbei die genaue Position bzw. ein Positionsbereich des Nockenwellenwinkel-Signals ausgewertet und überprüft, ob dieser Bereich mit einem in einem Betriebssteuergerät abgelegten Bereich übereinstimmt.

Ein wesentlicher Nachteil dieser Verfahren besteht darin, dass ein Rückdrehen der Brennkraftmaschine erst dann erkannt wird, wenn das Rückdrehen stattgefunden hat. Zu diesem Zeitpunkt kann bereits eine Kraftstoffeinspritzung und Zündung erfolgt sein, wodurch die Brennkraftmaschine zusätzlich in die falsche Drehrichtung beschleunigt wird.

Das gleiche gilt für ein entsprechendes Verfahren zum Erkennen eines Startabbruchs nach der DE 197 27 595 A1 . Bei dem dort offenbarten Verfahren wird der Brennkraftmaschine mit Beginn des Startvorganges Kraftstoff zugeführt, das Ende der Starterbetätigung ermittelt oder erfasst, am Ende der Starterbetätigung die Drehzahl der Brennkraftmaschine mit einer Grenzdrehzahl verglichen, die in Abhängigkeit von einem Zustandsparameter, insbesondere der Kühlwassertemperatur der Brennkraftmaschine ermittelt wird, und der Startvorgang abgebrochen, falls die aktuelle Drehzahl größer als die Grenzdrehzahl ist.

Aus den Dokumenten DE 44 34 833 A1 , DE 199 33 844 A1 und DE 199 33 845 A1 sind Verfahren und Vorrichtungen zum Erkennen des Rückdrehens eines rotierenden Teils einer Brennkraftmaschine bekannt, mit denen sich ein Startabbruch erkennen lässt, ehe es tatsächlich zu einem Rückdrehen gekommen ist.

So wird z. B. bei dem Verfahren nach der DE 199 33 844 A1 die Zeitdauer beim Vorbeilaufen einer Winkelmarke eines Kurbelwellensensors mit der Zeitdauer der unmittelbar vorhergehenden Winkelmarke und der Zeitdauer der unmittelbar nachfolgenden Winkelmarke verglichen und, falls die Zeitdauer der betreffenden Winkelmarke ein Maximum in Bezug auf die Zeitdauern der vorhergehenden und nachfolgenden Winkelmarken darstellt, die Zeitdauer der betreffenden Winkelmarke mit einem Schwellwert verglichen. Falls die betreffende Zeitdauer größer als der Schwellwert ist, werden Plausibilisierungsbedingungen in die Auswertung einbezogen, so dass erkannt werden kann, ob ein Rückdrehen der Brennkraftmaschine vorliegt. Hierauf wird die Ausgabe weiterer Einspritzungen und/oder Zündungen unterdrückt. Dieses Verfahren ist wegen der zahlreichen Vergleichsschritte relativ aufwendig.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Erkennen eines Startabbruchs und Verhindern einer verbrennungsbedingten Rückdrehung einer Brennkraftmaschine anzugeben, das einen möglichst geringen Rechenaufwand erfordert.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Lösung dieser Aufgabe sowie vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den Ansprüchen definiert.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird nach Erkennen einer Drehung der Brennkraftmaschine ein drehzahlabhängiges Signal erzeugt, mit einem einer minimalen Drehzahl entsprechenden Schwellenwert verglichen, bei Unterschreiten des Schwellenwertes auf einen Startabbruch erkannt und dann die Kraftstoffzufuhr und/oder die Zündung abgeschaltet. Hierbei wird der Schwellenwert als relativer Schwellenwert bezüglich eines bei jedem Start der Brennkraftmaschine erfassten ersten Minimums der Drehzahl bestimmt.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass wegen des sinusähnlichen Verlaufs der Drehzahl beim Drehen einer Brennkraftmaschine durch den Anlasser die Drehzahl nach Erreichen eines ersten Minimums nicht mehr unter dieses Minimum abfällt. Wenn daher die Drehzahl im Verlauf eines Starts unter diese Drehzahl abfällt, so ist dies ein Zeichen dafür, dass es zu einem Startabbruch gekommen ist. Dies wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgenutzt, um sofort nach Erkennen eines Startabbruchs die Kraftstoffzufuhr und/oder die Zündung abzuschalten.

Durch die Verwendung eines relativen Schwellenwertes statt eines absoluten Schwellenwertes werden alle Einflüsse auf die Drehzahl beim Start wie z.B. die Batteriespannung, Fertigungstoleranzen der Brennkraftmaschine, Temperatur der Brennkraftmaschine und Qualität des in der Brennkraftmaschine verwendeten Öls automatisch berücksichtigt.

Neben der Drehzahl selbst kommen als drehzahlabhängiges Signal insbesondere die zeitlichen Abstände zwischen den Flanken aufeinanderfolgender Zähne eines entsprechend ausgebildeten Kurbelwellenwinkel-Sensors in Frage.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat vor allem den Vorteil, dass es ein Erkennen eines Startabbruches und somit ein sofortiges Verhindern einer weiteren Kraftstoffzufuhr und Zündung ermöglicht, ehe es zu einem weiteren verbrennungsbedingten Rückdrehen bzw. Pendeln der Brennkraftmaschine kommen kann. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sind neben dem Betriebssteuergerät der Brennkraftmaschine lediglich Komponenten wie ein Kurbelwellenwinkel-Sensor erforderlich, die ohnehin vorhanden sind. Dabei kann der Kurbelwellenwinkel-Sensor von einfachster Bauart sein. Da sich im übrigen das erfindungsgemäße Verfahren mittels gängiger Operationen durchführen lässt, ist auch keine aufwendige Software erforderlich.

Anhand der Zeichnungen werden weitere Einzelheiten der Erfindung anhand einer Ausführungsform erläutert. Es zeigt:
1 ein Diagramm, in dem die Drehzahl N über der Zeit t bei einem ordnungsgemäßen Start einer Brennkraftmaschine aufgetragen ist;
2 ein Diagramm, in dem die Drehzahl N über der Zeit t bei einem Startabbruch aufgetragen ist;
3 ein Diagramm, in dem das Kurbelwellenwinkel-Signal CRK und das Nockenwellenwinkel-Signal CAM über der Zeit t aufgetragen sind.
4 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Im Diagramm der 1 ist die Drehzahl N (in U/min) einer Brennkraftmaschine über der Zeit t (in s) aufgetragen. Es zeigt den typischen Verlauf der Drehzahl während eines ordnungsgemäßen Starts der Brennkraftmaschine. Zu Beginn des Starts wird die Brennkraftmaschine von einem Anlasser geschleppt. Ab einem Zeitpunkt von ungefähr t = 0,2 s hat die Drehzahl einen näherungsweise sinusförmigen Verlauf mit maximalen Werten max₁, max₂, max₃ und minimalen Werten min₁, min₂, min₃. Die Drehzahl hat zum Zeitpunkt t = 0,25 s ein erstes Drehzahltal (min₁) erreicht, in dem die Drehzahl ca. 130 U/min beträgt. Das Drehzahltal ist auf die Kompressionsarbeit des Kraftstoff/Luft-Gemisches eines Zylinders zurückzuführen, die der Anlasser aufbringen muss. Danach setzt eine Beschleunigung der Brennkraftmaschine auf ca. 200 U/min ein (max₂), was auf die Expansion des verdichteten Kraftstoff/Luft-Gemisches eines Zylinders zurückzuführen ist. Das danach folgende Drehzahltal bei min₂ liegt im allgemeinen etwas höher als das erste Drehzahltal bei min₁.
Die Größe wie auch die Amplitude der Drehzahl (max_i-min_i) in diesem Zeitbereich des Starts sind von Brennkraftmaschine zu Brennkraftmaschine unterschiedlich und schwanken selbst bei derselben Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von Eigenschaften und Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine wie z.B. der Batteriespannung, der Temperatur der Brennkraftmaschine und der Ölqualität.
Es ist jedoch zu beobachten, dass die minimalen Werte min₁, min₂, min₃ der Drehzahl auf ungefähr demselben Nivau liegen und dass insbesondere die Drehzahl nach Erreichen des minimalen Wertes min₁ nicht mehr unter diesen Wert abfällt.
Im Gegensatz hierzu sinkt bei einem Startabbruch die Drehzahl N unter den ersten Minimalwert min₁, wie dies das Diagramm der 2 zeigt. In diesem Fall wurde der Start zum Zeitpunkt t = 0,41 s abgebrochen. Das Drehzahltal bei min₃ liegt deutlich unter dem Wert der vorhergehenden Minima min₁ und min₂. Diesen Sachverhalt macht sich das erfindungsgemäße Verfahren zunutze, das weiter unten anhand des Flussdiagrammes der 4 näher erläutert wird.
Nach Erreichen von min₃ kommt es zu Pendelbewegungen der Brennkraftmaschine, ehe sie den Stillstand erreicht, wie dies durch den weiteren Verlauf der Drehzahl N im Diagramm der 2 zu erkennen ist. Das Diagramm der 2 zeigt im übrigen nicht die tatsächliche Drehzahl, sondern ein Drehzahlsignal, das von dem Signal eines Kurbelwellenwinkel-Sensors (nicht gezeigt) abgeleitet wird. Da der Kurbelwellenwinkel- Sensor nicht zwischen Vorwärts- und Rückwärtsdrehen der Kurbelwelle unterscheiden kann, erscheinen negative Drehzahlen im Diagramm der 2 als positive Werte. Ferner ist darauf hinzuweisen, dass die mit S bezeichneten Kurveneinbrüche auf die Lücken S zwischen den Zähnen des als Zahnrad ausgebildeten Kurbelwellenwinkel-Sensors zurückzuführen sind (siehe auch das Diagramm der 3).
Anhand des Flussdiagramms der 4 wird nun ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben, das von dem elektronischen Betriebssteuergerät (nicht gezeigt) einer Brennkraftmaschine ausgeführt wird. Bei jedem Start erkennt das Verfahren in einem Schritt 1 eine Drehung der Brennkraftmaschine. Es werden nun die Drehzahl (Schritt 2) erfasst und das erste Minimum min₁ der Drehzahl (Schritt 3) bestimmt.
Anhand des bei jedem Start neu bestimmten min₁ wird nun ein Schwellenwert N_1im bestimmt (Schritt 4), der beispielsweise einen bestimmten Prozentsatz von min₁ wie etwa 90 oder 95 beträgt. Da somit ein relativer Schwellenwert und nicht ein absoluter Schwellenwert verwendet wird, werden veränderliche Einflüsse wie Batteriespannung, Fertigungstoleranzen, die Temperatur der Brennkraftmaschine und Ölqualität automatisch berücksichtigt, wie bereits erwähnt wurde.
Statt des ersten Minimums min₁ oder auch zusätzlich zu dem ersten Minimum min₁ kann ein weiteres Minimum der Drehzahl, insbesondere das jeweils letzte Minimum, zum Bestimmen des relativen Schwellenwertes N_1im herangezogen werden. Dies empfiehlt sich insbesondere im Hinblick darauf, dass bei schwächer werdender Batterie mehrfache, häufig länger andauernde Startversuche gemacht werden, bei denen die Drehzahl unter Umständen auch unter das erste Minimum min₁ der Drehzahl abfallen kann.
In einem Schritt 5 wird nun die Drehzahl N mit dem Schwellenwert N_1im verglichen. Ist die Drehzahl nicht unter N_1im abgefallen, so ist der Start in Ordnung. Wenn dagegen N < N_1im, so erkennt das Verfahren, dass ein Startabbruch vorliegt. Hierauf werden sofort die Kraftstoffeinspritzung und, im Fall einer fremdgezündeten Brennkraftmaschine, auch die Zündung abgeschaltet. An dieser Stelle ist zu erwähnen, dass das erfindungsgemäße Verfahren in gleicher Weise bei Otto- wie auch Diesel-Brennkraftmaschinen eingesetzt werden kann.
Nach Erkennen des Startabbruchs können im übrigen auch weitere Funktionen der Brennkraftmaschine wie z.B. eine Klopfregelung, Diagnose des Kurbelwellenwinkel- und Nockenwellen-Signals, Diagnose des Saugrohrdrucks usw. abgeschaltet werden.
Wie bereits erwähnt, kann anstelle der Drehzahl selbst ein anderes drehzahlabhängiges Signal bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendet werden. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung der sogenannten Zahnzeiten. Unter Zahnzeiten sind die zeitlichen Abstände zwischen den Flanken aufeinanderfolgender Zähne eines als Zahnrad ausgebildeten Kurbelwellenwinkel-Sensors zu verstehen. Hierzu sei auf das Diagramm der 3 verwiesen, in der das Kurbelwellenwinkel-Signal CRK mit den Lücken S sowie ein Nockenwellenwinkel-Signal CAM über der Zeit t aufgetragen sind. Die Zahnzeiten, die umgekehrt proportional zur Drehzahl sind, sind in 3 als zeitliche Abstände zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen des Kurbelwellenwinkel-Signals CRK zu erkennen. Da im übrigen die Drehzahl aus diesem Signal errechnet wird, hat die Verwendung der Zahnzeiten bei dem erfindungsgemäßen Verfahren den Vorteil, dass diese zusätzliche Berechnung nicht erforderlich ist.

Claims

Verfahren zum Erkennen eines Startabbruchs und zum Verhindern eines verbrennungsbedingten Rückdrehens einer Brennkraftmaschine beim Start, bei dem nach Erkennen einer Drehung der Brennkraftmaschine ein drehzahlabhängiges Signal erzeugt, das Signal mit einem einer minimalen Drehzahl entsprechenden Schwellenwert verglichen, bei Unterschreiten des Schwellenwertes auf einen Startabbruch erkannt und dann die Kraftstoffzufuhr und/oder Zündung der Brennkraftmaschine abgeschaltet werden, wobei der Schwellenwert als relativer Schwellenwert bezüglich eines bei jedem Start der Brennkraftmaschine erfassten ersten und/oder folgenden Minimums der Drehzahl bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als drehzahlabhängiges Signal die Drehzahl selbst verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als drehzahlabhängiges Signal die zeitlichen Abstände zwischen den Flanken aufeinanderfolgender Zähne eines entsprechend ausgebildeten Kurbelwellenwinkel-Sensors verwendet werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennen eines Startabbruchs weitere Funktionen der Brennkraftmaschine abgeschaltet werden.