DE19820817A1 - Einrichtung zur Regelung einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine - Google Patents
Einrichtung zur Regelung einer mehrzylindrigen BrennkraftmaschineInfo
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Abstract
Es wird eine Einrichtung zur Regelung einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine vorgeschlagen, bei der auf einer Welle der Brennkraftmaschine ein Geberrad befestigt ist, das neben regulären Winkelmarken wenigstens eine Bezugsmarke aufweist. Nach Erkennen der Bezugsmarke kann das Steuergerät der Brennkraftmaschine eine Synchronisation durchführen und ausgehend von der Synchronisation die Regelung der Brennkraftmaschine durchführen. Die erstmalige Erkennung der Bezugsmarke erfolgt durch Auswertung von Zeitspannen zwischen vorgebbaren Signalflanken. Nach erkannter Bezugsmarke wird die nächste Bezugsmarke erkannt, indem das Steuergerät Winkelmarken zählt bis zu einem Wert, der der Anzahl der Winkelmarken zwischen zwei Bezugsmarken entspricht. Eine erkannte Bezugsmarke wird auf Plausibilität überprüft, und bei erkannter Nichtplausibilität wird ein Fehler abgespeichert, jedoch die an sich nicht plausible Bezugsmarke dennoch als Synchronisationsmarke für die Regelung der Brennkraftmaschine verwendet. Erst wenn der Inhalt des Fehlerspeichers einen vorgebbaren Grenzwert übersteigt, wird ein endgültiger Defekt erkannt.
Description
Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Regelung einer
mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, insbesonders eines
Dieselmotors nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit einer
Kurbel- und einer Nockenwelle, bei der in einem Steuergerät
berechnet wird, wann und wieviel Kraftstoff pro Zylinder
eingespritzt werden soll, muß es gewährleistet sein, daß der
Kraftstoff den einzelnen Zylindern zum richtigen Zeitpunkt
und in der richtigen Menge zugeführt wird. Damit die
Berechnungen in korrekter Weise durchgeführt werden können,
muß die jeweilige Stellung der Kurbel- bzw. Nockenwelle der
Brennkraftmaschine bekannt sein, es ist daher üblich,
entsprechende Sensoren einzusetzen, die mit den Wellen
verbundene Geberräder mit charakteristischer Oberfläche
abtasten. Durch Auswertung der Signale lassen sich so
Winkelstellungen der Wellen bestimmen.
Bei Dieselbrennkraftmaschinen, beispielsweise bei solchen
mit Verteilereinspritzpumpen basiert die Zumeßfunktion auf
einer genauen Winkelinformation, die von einem inkrementalen
Winkelsensor-System (IWZ-System) dem Zumeßsteuergerät zur
Verfügung gestellt wird. Hierbei ist von großer Bedeutung,
daß sich die Zumeßalgorithmen der Software auf bestimmte
Referenzmarken des inkrementalen Zahnsignales
synchronisieren kann. Beispielsweise verwendet die Software
als Referenz eine auf einem Geberrad mit gleichartigen
Winkelmarken (Zähnen) definiert angebrachte Lücke, die durch
eine oder zwei fehlende Winkelmarken gebildet wird. Wird
innerhalb eines Einspritzzyklus eine solche Lücke nicht oder
zu spät erkannt, liegt ein Synchronisationsfehler vor.
Bei heute im Einsatz befindlichen Systemen werden aktuelle
Synchronisationsfehler einer sogenannten Fehlerentprell-
Routine unterzogen, d. h. ein Fehler muß kontinuierlich eine
bestimmte Zeitdauer anliegen, bevor es zu einer
Defekteinstufung kommt. Mit der Defekteinstufung wird dann
die Kraftstoffzumessung eingestellt, da eine korrekte
Funktion nicht gewährleistet werden kann. Es wird dann eine
Neusynchronisation der Software mit dem Zahnsignal, also
durch Auswertung der Abstände von Signalflanken
durchgeführt. Bei einer solchen Vorgehensweise werden
Aussetzer bei der Kraftstoffzumessung verursacht, die auch
zu Aussetzern im Zündverlauf führen, die zu einer
Beeinträchtigung des Fahrkomforts führen.
Aus der DE-OS 29 47 412 ist eine Einrichtung zur
Bezugsmarkenerkennung bei einer Brennkraftmaschine bekannt,
bei der die Bezugsmarke als Lücke zwischen regulären
Winkelmarken ausgebildet ist. Das Geberrad ist mit einer
Welle der Brennkraftmaschine verbunden und wird mit Hilfe
eines Sensors abgetastet. Aus der Auswertung des
Ausgangssignales des Sensors kann das Steuergerät der
Brennkraftmaschine die Bezugsmarke (Lücke) erkennen, indem
zunächst eine Auswertung durchgeführt wird, bei der
Zeitabstände zwischen vorgebbaren Signalflanken ausgewertet
werden. Sobald ein solcher Zeitabstand größer ist als zuvor
ermittelte Zeitabstände, wird die Bezugsmarke erkannt.
Anschließend wird die nächste Bezugsmarke erkannt, indem ein
Zähler Signalflanken aufwärts zählt bis zu einem Wert, der
der Anzahl der Winkelmarken zwischen zwei Bezugsmarken
entspricht. Zur Kontrolle wird zumindest zeitweise
überprüft, ob die durch Aufwärtszählen von Signalflanken
ermittelte Bezugsmarke auch der tatsächlichen Bezugsmarke
entspricht. Dazu wird ausgewertet, ob gleichzeitig zur
erkannten Bezugsmarke der Zeitabstand zwischen
aufeinanderfolgenden Winkelmarken größer ist als
vorhergehende Zeitabstände. Ergeben die beiden Vergleiche
Nichtplausibilität, schaltet das Steuergerät um auf
Neusynchronisation, und die Bezugsmarkensuche erfolgt
wiederum ausschließlich nach der Zeitdauerauswertung.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Regelung einer
mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des
Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß nach einem
aufgetretenen Synchronisationsfehler bzw. einer
Nichtplausibilität bei der Erkennung der Bezugsmarke eine
Neusynchronisation ermöglicht wird, ohne daß die Zumessung
von Kraftstoff bzw. die Bildung von Ansteuersignalen für die
Brennkraftmaschine unterbrochen wird. Es können damit in
vorteilhafter Weise auch keine Verbrennungsaussetzer
auftreten.
Erzielt werden diese Vorteile, indem bei einer Einrichtung
zur Regelung einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit
den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bei erkannter
Nichtplausibilität dennoch Ansteuersignale abgesetzt werden
und die Nichtplausibilität lediglich dadurch berücksichtigt
wird, daß der Inhalt eines Zählers um 1 erhöht wird. Es wird
anschließend das nächste Auftreten der Bezugsmarke ermittelt
und ebenfalls auf Plausibilität überprüft. Wird wiederum
Nichtplausibilität erkannt, wird der Fehlerzähler nochmals
um 1 erhöht und das Verfahren so lange fortgesetzt, bis der
Zählerstand einen vorgebbaren Grenzwert erreicht. Im
Anschluß daran wird die Synchronisation verworfen und eine
Neusynchronisation nach einer ersten Methode, insbesonders
über die Auswertung von zeitlichen Abständen von
Signalflanken durchgeführt.
Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den
Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung
dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 die für das Verständnis der
Erfindung erforderlichen Bestandteile einer
Brennkraftmaschine, und Fig. 2 zeigt einen auszuwertenden
Signalverlauf.
In Fig. 1 sind die zur Erläuterung der Erfindung
erforderlichen Bestandteile einer Brennkraftmaschine
schematisch dargestellt. Dabei ist mit 10 ein Geberrad
bezeichnet, die starr mit einer Welle 11 der
Brennkraftmaschine verbunden ist und an ihrem Umfang eine
Vielzahl gleichartiger Winkelmarken 12 aufweist, die
voneinander jeweils denselben Abstand haben. Neben diesen
gleichartigen Winkelmarken 12 ist eine Bezugs- bzw.
Referenzmarke 13 vorgesehen, die beispielsweise durch zwei
fehlende Winkelmarken realisiert ist. Die Zahl der
gleichartigen Winkelmarken 12, die auch als Zähne bezeichnet
werden, beträgt beispielsweise 58 (60 - 2). Anstelle einer
Referenzmarke 13 können auch mehrere Referenzmarken
vorgesehen werden, wobei beispielsweise eine
zylinderabhängige Zahl von Referenzmarken möglich ist.
Gegebenenfalls können voneinander unterscheidbare
Referenzmarken vorgesehen werden.
Die Welle 11 kann beispielsweise die Pumpenantriebswelle
einer Verteilereinspritzpumpe sein, die von der Nockenwelle
angetrieben wird. Die Welle 11 kann aber auch die
Nockenwelle oder die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine
sein.
Die Geberscheibe 10 wird mit Hilfe eines feststehenden
Sensors 14, beispielsweise eines Induktivsensors oder eines
Hall-Sensors abgetastet. Die beim Vorbeilaufen der
Winkelmarken im Sensor 14 erzeugten Spannungen werden als
Ausgangssignale S1 einem Steuergerät 15 zugeführt, wobei
diese Spannungen entweder im Sensor oder im Steuergerät in
Rechtecksignale gewandelt werden, deren Anstiegsflanken
beispielsweise dem Beginn einer Winkelmarke und deren
abfallende Flanken dem Ende einer Winkelmarke entsprechen.
Diese Signale bzw. die zeitlichen Abfolgen der einzelnen
Signalflanken werden im Steuergerät 15 weiterverarbeitet,
zur Bildung von Ansteuersignalen für die Brennkraftmaschine,
beispielsweise für die Einspritzung und/oder die Zündung.
Diese Signale werden dabei über die Ausgänge 16 und 17 des
Steuergeräts 15 abgegeben. Neben dem Signal S1 erhält das
Steuergerät 15 weitere für die Steuerung bzw. Regelung
erforderliche Eingangsgröße, die von entsprechenden Sensoren
18, 19 gemessen werden. Die Sensoren 18 und 19 können
beispielsweise Temperatursensoren sein oder weitere
Winkelsensoren, die die Winkellage einer anderen Welle der
Brennkraftmaschine erfassen. Über den Eingang 20 erhält das
Steuergerät das Startsignal zur Inbetriebnahme der
Brennkraftmaschine. Die Spannungsversorgung erfolgt aus der
Batterie 21 durch Schließen des Schalters 22. Das
Steuergerät 15 umfaßt nicht näher dargestellte
Prozessormittel sowie Speicher, in denen die für die
Berechnungen erforderlichen Größen zwischengespeichert
werden können. Weiterhin umfaßt das Steuergerät 15 mehrere
nicht dargestellte Zähler bzw. Zählmittel.
Das vom Steuergerät auszuwertende Rechtecksignal ist in
Fig. 2 dargestellt, wobei die von der Bezugsmarke
verursachte Lücke zwischen der Vielzahl regulärer Impulse zu
erkennen ist. Die Erkennung der Lücke ermöglicht
letztendlich die Synchronisation. Da dem Steuergerät 15 der
Zusammenhang zwischen der Lage der Bezugs- bzw.
Referenzmarke 13 bzw. der Lücke 11 und der Lage der
einzelnen Zylinder bekannt ist, kann es nach dem Erkennen
der Bezugsmarke und nach erfolgter Synchronisation die
richtigen Ansteuerungen für die Regelung der
Brennkraftmaschine auslösen. Wie die Synchronisation und die
unterbrechungsfreie Zumessung während einer gegebenenfalls
erforderlichen Neusynchronisation im einzelnen abläuft, kann
wie folgt erläutert werden:
Nach dem Start der Brennkraftmaschine erfolgt die erste Bezugsmarkenerkennung bzw. Synchronisation durch Überwachung der Winkelmarkenabstände (Zahnabstände) des Geberrades 10. Wird im Steuergerät ein Zahnabstand detektiert, dessen Dauer beispielsweise größer als das Zweifache des vorhergehenden Zahnabstandes ist, so wird vom Steuergerät die Bezugsmarke erkannt und der Zustand Lücke 1 erkannt gesetzt. Anstelle eines wählbaren Zeitabstandes könnte auch ein Zeitverhältnis zur Erkennung der Bezugsmarke ausgewertet werden. Nach dem ersten Erkennen der Bezugsmarke werden im Steuergerät nachfolgende wählbare Zahnflanken gezählt. Da dem Steuergerät die Anzahl der Winkelmarken 12 bzw. Zähne bekannt ist, kann es durch Auszählen der Signalflanken die nächste folgende Bezugsmarke erkennen. Folgt die nächste erkannte Lücke nach der maximal zulässigen Anzahl von Flanken, wurde ein komplettes, korrektes Segment erkannt und der Status "synchronisiert" wird gesetzt. Die Zumessung bzw. die Abgabe von Ansteuersignalen kann dann beginnen. Unter Segment wird im übrigen der Abstand zwischen zwei Bezugsmarken bezeichnet. Die Anzahl der Bezugsmarken kann abhängig von der Zylinderzahl gewählt werden.
Nach dem Start der Brennkraftmaschine erfolgt die erste Bezugsmarkenerkennung bzw. Synchronisation durch Überwachung der Winkelmarkenabstände (Zahnabstände) des Geberrades 10. Wird im Steuergerät ein Zahnabstand detektiert, dessen Dauer beispielsweise größer als das Zweifache des vorhergehenden Zahnabstandes ist, so wird vom Steuergerät die Bezugsmarke erkannt und der Zustand Lücke 1 erkannt gesetzt. Anstelle eines wählbaren Zeitabstandes könnte auch ein Zeitverhältnis zur Erkennung der Bezugsmarke ausgewertet werden. Nach dem ersten Erkennen der Bezugsmarke werden im Steuergerät nachfolgende wählbare Zahnflanken gezählt. Da dem Steuergerät die Anzahl der Winkelmarken 12 bzw. Zähne bekannt ist, kann es durch Auszählen der Signalflanken die nächste folgende Bezugsmarke erkennen. Folgt die nächste erkannte Lücke nach der maximal zulässigen Anzahl von Flanken, wurde ein komplettes, korrektes Segment erkannt und der Status "synchronisiert" wird gesetzt. Die Zumessung bzw. die Abgabe von Ansteuersignalen kann dann beginnen. Unter Segment wird im übrigen der Abstand zwischen zwei Bezugsmarken bezeichnet. Die Anzahl der Bezugsmarken kann abhängig von der Zylinderzahl gewählt werden.
Nach der ersten Synchronisation wird zur Ermittlung der
nächsten Bezugsmarken nur noch die Anzahl der Signalflanken
gezählt, und sobald der Zähler auf die vorgebbare Zahl
gezählt hat, wird die Bezugsmarke erkannt bzw. ein
entsprechendes Signal abgegeben. Entspricht der Zählwert
einem Wert, der auf die Winkelmarke vor der Bezugsmarke
erkennen läßt, wird zur Plausibilisierung zusätzlich der
Abstand der Signalflanken überprüft. Ergibt diese
Überprüfung zu dem Zeitpunkt, zu dem die Bezugsmarke (Lücke)
auftreten müßte, keine längere Zeit zwischen zwei
Signalflanken, wird ein Plausibilitätsfehler
(Synchronisationsfehler) erkannt und ein erster Fehlerzähler
im Steuergerät 15 um eins inkrementiert.
Im nächsten Segment wird diese Vorgehensweise wiederholt.
Tritt der Plausibilitätsfehler nicht mehr auf, handelte es
sich um einen temporären Fehler ohne Auswirkung auf die
Zumessung bzw. auf die Auslösung von Ansteuersignalen zur
Regelung der Brennkraftmaschine. Tritt der Fehler jedoch in
dem folgenden Segment und den weiterfolgenden Segmenten
wieder auf, wird der Fehlerzähler jeweils um eins erhöht.
Überschreitet der Zählerinhalt einen applizierbaren bzw.
wählbaren Schwellwert A, wird der Status "synchronisiert"
gelöscht. Wesentlich ist dabei, daß die Zumessung bzw. die
Bildung von Ansteuersignalen nicht unterbrochen wird. Zur
Zumessung von Kraftstoff bzw. zur Bildung von entsprechenden
Einspritzsignalen wird dabei die erkannte, jedoch nicht
plausible Bezugsmarke verwendet.
Durch das Löschen des Status "synchronisiert" versucht das
Steuergerät, eine neue Synchronisation zu erhalten. Dazu
wird in der Signalflankenauswahl nicht nur die Zahl der
auftretenden Signalflanken gezählt, sondern parallel dazu
wie bei der Erstsynchronisation die Dauer der
aufeinanderfolgenden Signalflanken überprüft. Durch diese
Verfahrensweise kann die "verlorene" Bezugsmarke parallel
zur Zumessungsbearbeitung bzw. zur Erzeugung von
Ansteuersignalen gesucht werden.
Wird bei der neuen Bezugsmarkensuche die Bezugsmarke durch
das Auftreten des größeren Signalabstandes erkannt, wird die
so erkannte Bezugsmarke zur Synchronisation verwendet und
die Kraftstoffzumessung ausgehend von dieser Referenz neu
begonnen. Es wird also auch bei erforderlicher
Neusynchronisation die Kraftstoffzumessung nicht
unterbrochen. Für den Betrieb der Brennkraftmaschine
bedeutet dies, daß ein Synchronisationsfehler kaum zu
fühlbaren Störungen führt, da das Erkennen eines
Störimpulses als Winkelmarke oder das Nichterkennen einer
Winkelmarke lediglich zu einer Verschiebung der Zumessung um
etwa 30 führt. Da jedoch bei länger dauernden oder öfter
auftretenden Störungen Mengenfehler auftreten können, die
zur Erzeugung von Rauch führen und/oder Spritzbedienfehler
verursacht werden können, die zu Rauch und Geräusch führen,
wird zusätzlich zu der bisher beschriebenen Vorgehensweise
der Fehlerzähler während des Versuchs der Neusynchronisation
weiter inkrementiert. Überschreitet der Zählerstand des
Fehlerzählers eine weitere höhere Schwelle B, hat die
Neusynchronisationsdauer bzw. die Anzahl der versuchten
Neusynchronisationen einen maximalen Wert überschritten. Das
System wird dann als defekt eingestuft und die Zumessung
bzw. die Bildung von Ansteuersignalen nach dem bisherigen
Konzept eingestellt. Es kann dann beispielsweise unter
Verwendung der Ausgangssignale anderer Sensoren ein Notlauf
aktiviert werden, so daß zumindest die nächste Werkstatt
erreicht werden kann. Zusätzlich wird ein zweiter
Fehlerzähler bei jedem gelungenen Neusynchronisationsversuch
inkrementiert, d. h. der Zählerstand wird um eins erhöht.
Damit läßt sich eine Information gewinnen, aus der erkennbar
wird, wie oft das System nach einem Reset, also nach dem
"Verlieren" einer Bezugsmarke das
Neusynchronisationsverfahren in Anspruch genommen hat.
Überschreitet dieser Zähler einen weiteren Schwellwert C,
wird das System ebenso als defekt eingestuft und die
Zumessung im bisherigen Konzept eingestellt, da eine zu
häufige Neusynchronisation auf ein nicht intaktes System
hinweist. In diesem Fall kann ebenfalls ein Notlauf unter
Verwendung anderer Sensoren aktiviert werden.
Die beschriebene Einrichtung ist besonders für die
Zumeßfunktion moderner Verteilereinspritzpumpen geeignet und
basiert auf einer genauen Winkelinformation, die von einem
sogenannten inkrementalen Winkelsensor-System dem
Zumeßsteuergerät zur Verfügung gestellt wird. Das Geberrad
ist dabei auf der Pumpenantriebswelle montiert. Der
Zumeßalgorithmus der im Steuergerät (Pumpensteuergerät)
implementierten Software ist dabei auf bestimmte
Referenzmarken des inkrementalen Zahnsignales
synchronisiert, beispielsweise nimmt die Software als
Referenzmarke auf der Geberscheibe definiert angebrachte
Lücken.
Claims (5)
1. Einrichtung zur Regelung einer mehrzylindrigen
Brennkraftmaschine mit einer rotierenden Welle, auf der ein
Geberrad befestigt ist, das eine vorgebbare Vielzahl
gleichartiger Winkelmarken im gleichen Abstand voneinander
aufweist und wenigstens eine durch einen größeren Abstand
charakterisierte Bezugsmarke, die als Synchronisationsmarke
zur Bildung von Ansteuerimpulsen für die Brennkraftmaschine
dient, mit einem Sensor, der das Geberrad abtastet und ein
seiner Oberfläche entsprechendes rechteckförmiges
Ausgangssignal liefert, das gegebenenfalls noch aufbereitet
wird und in einer Recheneinrichtung ausgewertet wird, wobei
zeitliche Abstände von gleichartigen Signalflanken
miteinander verglichen oder zueinander ins Verhältnis
gesetzt werden, und die Bezugsmarke aus der signifikanten
Abweichung eines Abstandes oder eines Verhältnisses erkannt
wird, wobei nach erstmaligem Erkennen der Bezugsmarke das
Auftreten der Bezugsmarke durch Auszählen der gleichartigen
Signalflanken erkannt wird und zusätzlich der Abstand der
Signalflanken überprüft wird und damit die erkannte
Bezugsmarke auf Plausibilität überprüft wird, dadurch
gekennzeichnet, daß bei erkannter Nichtplausibilität ein
Fehlerzähler um eins inkrementiert wird und bei der
Berechnung der Ansteuerimpulse für die Brennkraftmaschine
dennoch die Bezugsmarke berücksichtigt wird und die nächste
Ermittlung der Bezugsmarke nach demselben Verfahren abläuft,
sofern der Zählerstand des Fehlerzählers einen vorgebbaren
Wert nicht erreicht hat und falls der Zählerstand den
vorgebbaren Wert erreicht, die Synchronisation verworfen
wird und eine Neusynchronisation durchgeführt wird.
2. Einrichtung zur Regelung einer mehrzylindrigen
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Brennkraftmaschine eine Dieselbrennkraftmaschine mit
Verteilereinspritzpumpe ist und das Geberrad auf der
Pumpenantriebswelle befestigt ist und die Recheneinrichtung
das Pumpensteuergerät ist.
3. Einrichtung zur Regelung einer mehrzylindrigen
Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Welle die Kurbel- oder die Nockenwelle der
Brennkraftmaschine ist, daß die Recheneinrichtung das
Steuergerät der Brennkraftmaschine ist und die
Ansteuersignale vom Steuergerät zur Regelung der Zündung
und/oder Einspritzung der Brennkraftmaschine verwendet
werden.
4. Einrichtung zur Regelung einer mehrzylindrigen
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß während des Versuchs der
Neusynchronisation der Fehlerzähler weiter inkrementiert
wird, daß sofern der Zählerstand des Fehlerzählers einen
zweiten Schwellwert B erreicht, ein Systemdefekt erkannt
wird und das Steuergerät die übliche Regelung der
Brennkraftmaschine abbricht und auf einen Notbetrieb
schaltet.
5. Einrichtung zur Regelung einer mehrzylindrigen
Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Fehlerzähler
vorhanden ist, der bei jeder gelungenen Neusynchronisation
um eins inkrementiert wird und sofern der zweite
Fehlerzähler einen Schwellwert C erreicht, ebenfalls ein
Systemdefekt erkannt wird und das Steuergerät auf einen
Notbetrieb umschaltet.
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