DE19829622A1

DE19829622A1 - Knock-sensing and spark-retarding circuit

Info

Publication number: DE19829622A1
Application number: DE19829622A
Authority: DE
Inventors: Stefan Bolz; Markus Amtmann; Mark Elliott; Roger Rouphael
Original assignee: Siemens AG; Siemens Automotive SA
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1998-07-02
Filing date: 1998-07-02
Publication date: 2000-01-20

Abstract

The vehicle (3) has an internal combustion engine (2) connected to a sensor (1), especially a knock sensor. The knock sensor is connected to an electronic control circuit (4). This circuit is in turn connected to a spark advance and retard circuit (7) which retards the spark when knocking is detected. The electronic control circuit consists of a measuring circuit (5) followed by a regulator circuit (6) which produces the signal that controls the spark advance and retard system. The measuring circuit produces a reference signal which may be used to help diagnose a fault in the sensor circuit.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach Patentanspruch 1 und ein elektronisches Steuergerät nach dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 6.The invention relates to a method according to claim 1 and an electronic control device according to the preamble of independent claim 6.

Die wachsende Abhängigkeit grundlegender Funktionen in Kraft fahrzeugen - wie Zündung, Einspritzung und Klopfregelung - von elektronischen Steuersystemen stellt höchste Anforderun gen an deren Zuverlässigkeit und macht Notlaufprogramme für den Fehlerfall erforderlich. Deshalb gehört bei modernen mi kroprozessorgesteuerten Systemen die Eigendiagnose zur Grund ausstattung. Aufgabe der Eigendiagnose derartiger Steuersy steme ist es, Fehler zu erkennen und diagnostisch auszuwer ten, gefährdete Komponenten durch geeignete Notlaufprogramme zu schützen sowie eventuell Ersatzgrößen für einen Notlauf bereit zustellen und eine Fehlermeldung an den Fahrer zu über mitteln.The growing dependency on basic functions in place vehicles - such as ignition, injection and knock control - from electronic control systems places the highest demands reliability and makes emergency running programs for the error case required. That's why with modern mi self-diagnosis on the basis of microprocessor-controlled systems Furnishing. Task of self-diagnosis of such Steuery The system is to identify errors and evaluate them diagnostically endangered components through suitable emergency operation programs to protect as well as possible replacement sizes for an emergency run ready to deliver and an error message to the driver average.

Bei Sensoren ist es üblich, aus den Sensorsignalen in einer Auswerteschaltung Referenzwerte - z. B. dem Sensorsignal pro portionale Spannungs- oder Stromwerte - zu bestimmen und die se mit Hilfe von Grenzwerten auf Plausibilität zu prüfen. Je nach Art des Sensors wird bei Über- oder Unterschreiten des Grenzwerts über mehrere Meßzyklen hinweg eine Fehlfunktion des Sensors diagnostiziert.In the case of sensors, it is common to use the sensor signals in one Evaluation circuit reference values - e.g. B. the sensor signal pro proportional voltage or current values - to determine and to be checked for plausibility using limit values. Each according to the type of sensor, if the Limit value malfunction over several measuring cycles of the sensor diagnosed.

Für eine Klopfregelung ist ein derartiges Verfahren aus der Druckschrift DE 41 26 961 A1 bekannt. Zur Unterdrückung des Klopfens einer Brennkraftmaschine wird in einer Auswerte schaltung aus den Ausgangssignalen eines Klopfsensors peri odisch ein Motorvibrationspegel - im folgenden auch als Klopfwert bezeichnet - erzeugt. Dieser Klopfwert wird dann mit einem festgesetzten Sensorfehlerpegel verglichen. Wenn dabei der Klopfwert während einer vorbestimmten Anzahl von Meßzyklen unterhalb des Sensorfehlerpegels bleibt, wird eine Fehlfunktion des Klopfsensors diagnostiziert und eine Zünd verzögerungssteuerung durchgeführt, die das Klopfen unter drückt und die Sicherheit des Motorbetriebs gewährleistet.For a knock control, such a method is known from the Document DE 41 26 961 A1 known. To suppress the Knocking of an internal combustion engine is evaluated circuit from the output signals of a knock sensor peri or a motor vibration level - in the following also as Knock value designated - generated. This knock value is then compared to a set sensor error level. If the knock value during a predetermined number of Measuring cycles remains below the sensor error level, a Malfunction of the knock sensor diagnosed and an ignition delay control performed knocking under presses and ensures the safety of engine operation.

Derartige Verfahren zum Überwachen der Funktion eines Sensors in einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs haben jedoch einen entscheidenden Nachteil. Eine Fehlererkennung ist nur dann möglich, wenn das Ausgangssignal der Auswerteschaltung (Referenzwert) im Fehlerfall außerhalb eines Plausibilitäts bereichs bei einwandfrei funktionierendem Sensor liegt.Such methods for monitoring the function of a sensor in an internal combustion engine of a motor vehicle, however a crucial disadvantage. Error detection is only possible if the output signal of the evaluation circuit (Reference value) in the event of an error outside of a plausibility range with a properly functioning sensor.

Der Erfindung liegt deshalb das technische Problem zugrunde, ein Verfahren zu entwickeln, das es ermöglicht, die Fehlfunk tion eines Sensors in einer Brennkraftmaschine eines Kraft fahrzeugs auch dann einwandfrei festzustellen, wenn die Refe renzwerte im Fehlerfall im Plausibilitätsbereich des Sensors liegen.The invention is therefore based on the technical problem to develop a procedure that makes it possible to avoid the radio interference tion of a sensor in an internal combustion engine of a force vehicle even if the Refe limit values in the event of a fault in the plausibility range of the sensor lie.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Steuergerät nach Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.According to the invention, this problem is solved by a method the features of claim 1 and by a control unit Claim 6 solved. Advantageous developments of the invention are laid down in the subclaims.

Im Fehlerfall werden die Referenzwerte durch ein elektroni sches Rauschen der Auswerteschaltung bestimmt. Die Amplitu denverteilung des elektronischen Rauschens ist dabei aufgrund seiner kohärenten Entstehung sehr schmal. Demgegenüber weisen die Referenzwerte im Fall eines einwandfrei funktionierenden Sensors vor allem bei Sensoren mit großer Dynamik im Aus gangssignal - wie z. B. Klopfsensoren, Luftmassenmesser oder Magnetlagesensor für den Ventiltrieb - eine deutlich breitere Amplitudenverteilung auf. Zieht man dieses Merkmal für die Überwachung der Funktion der Sensoren heran, so spielt die Amplitudenhöhe der Referenzwerte keine Rolle mehr, so daß auch dann eine sichere Fehlererkennung gewährleistet ist, wenn die Amplituden der Referenzwerte im Fehlerfall etwa im Bereich derer im Normalbetrieb liegen.In the event of an error, the reference values are checked by an electroni cal noise of the evaluation circuit determined. The amplitude The distribution of electronic noise is due to this its coherent emergence is very narrow. Point against it the reference values in the case of a properly functioning one Sensors especially for sensors with high dynamics in the out output signal - such as B. knock sensors, air mass meter or Magnetic position sensor for the valve train - a much wider one Amplitude distribution. If you pull this trait for that Monitoring the function of the sensors, that's how it plays Amplitude height of the reference values no longer matter, so that reliable error detection is also guaranteed, if the amplitudes of the reference values in the event of an error approximately in Range of which are in normal operation.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden für einen Klopfsensor anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:An embodiment of the invention is described below for a knock sensor explained using the figures. Show it:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Steuergeräts für eine Klopfregelung einer Brennkraftmaschine in einem Kraftfahrzeug, Fig. 1 is a block diagram of a controller for a knock control of an internal combustion engine in a motor vehicle,

Fig. 2 eine qualitative Darstellung der Amplitudenverteilun gen des Motorgeräusches und des elektronischen Rau schens der Auswerteschaltung und Fig. 2 is a qualitative representation of the amplitude distribution of the engine noise and the electronic Rau's evaluation circuit

Fig. 3 ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Überwachen der Funktion eines Klopfsensors. Fig. 3 is a flowchart of the inventive method for monitoring the function of a knock sensor.

Ein oder mehrere Klopfsensoren 1 (Fig. 1) nehmen den Körper schall an einer geeigneten Anbaustelle am Motor 2 des Kraft fahrzeugs 3 auf und wandeln ihn in ein elektrisches Signal, das einem elektronischen Steuergerät 4 zugeführt wird. Eine Auswerteschaltung 5 im Steuergerät erzeugt eine dem Klopfsi gnal proportionale Ausgangsspannung (Referenzwert). Der Wert dieser Spannung wird auch als Klopfwert bezeichnet. Der Ver gleich des aktuellen Klopfwerts mit einem aus vorhergehend gebildeten Klopfwerten berechneten Geräuschwert (Vergleichs wert) führt zu der Entscheidung, ob Klopfen vorliegt. Vor zugsweise wird der Geräuschwert als gleitender Mittelwert aus einer vorgegebenen Anzahl von vorhergehend gebildeten Klopf werten berechnet. Eine Kegelschaltung 6 beeinflußt dann über ein Stellglied 7 den Motor 2 so, daß das Klopfen verschwin det. Der Zündzeitpunkt ist als Stellgröße besonders geeignet, da damit ein sehr schneller Eingriff möglich ist. Beim Auf treten von Klopfen wird der Zündzeitpunkt für eine vorgegebe ne Anzahl von Zyklen verzögert und dann wieder allmählich dem ursprünglichen Wert angenähert.One or more knock sensors 1 ( FIG. 1) take the body sound at a suitable mounting point on the motor 2 of the motor vehicle 3 and convert it into an electrical signal that is fed to an electronic control unit 4 . An evaluation circuit 5 in the control unit generates an output voltage proportional to the knock signal (reference value). The value of this voltage is also known as the knock value. The comparison of the current knock value with a noise value (comparison value) calculated from previously formed knock values leads to the decision as to whether knocking is present. The noise value is preferably calculated as a moving average from a predetermined number of knocking values previously formed. A cone circuit 6 then influences the actuator 2 via an actuator 7 so that the knocking disappears. The ignition timing is particularly suitable as a manipulated variable, since it enables a very quick intervention. When knock occurs, the ignition timing is delayed for a predetermined number of cycles and then gradually approximates the original value again.

Bei einwandfrei funktionierendem Klopfsensor und klopffreiem Motorbetriebszustand ist der Klopfwert also ein Maß für das Eigengeräusch des Motors (Motorgeräusch). Moderne Motoren er zeugen aber zunehmend weniger Eigengeräusch, so daß die Amplituden der Klopfwerte und damit auch des Geräuschwerts bei funktionierendem Klopfsensor deutlich unterhalb derer früherer Modelle liegen. Außerdem weisen gängige Auswerte schaltungen die Eigenart auf, daß bei fehlendem Eingangs signal, also defektem Klopfsensor oder Kurzschluß gegen Bat terie oder Masse, ein verstärktes elektronisches Rauschen auftritt. Damit verringert sich der Abstand zwischen dem Mo torgeräusch und dem elektrischen Rauschen der Auswerteschal tung. Bei ungünstiger Konfiguration - leiser Motor und stark rauschende Auswerteschaltung - kann somit die Amplitude des Klopfwerts im Fehlerfall im Bereich des Motorgeräusches lie gen, so daß eine Fehlerdiagnose durch Vergleich mit einem Plausibilitäts-Grenzwert nicht mehr möglich ist.If the knock sensor works properly and knock-free Engine operating condition is the knock value so a measure of that The engine's own noise (engine noise). Modern engines but produce less and less inherent noise, so that the Amplitudes of the knock values and thus also the noise value if the knock sensor is working, well below that earlier models lie. In addition, common evaluations switch on the peculiarity that when there is no input signal, i.e. defective knock sensor or short circuit against bat terie or mass, an increased electronic noise occurs. This reduces the distance between the Mo gate noise and the electrical noise of the evaluation scarf tung. In an unfavorable configuration - quiet engine and strong noisy evaluation circuit - can thus reduce the amplitude of the Knock value in the event of a fault in the area of the engine noise gene, so that a fault diagnosis by comparison with a Plausibility limit is no longer possible.

Aufgrund der Vielzahl von Geräuschquellen im Motorbereich - z. B. Ventilschließen oder Kurbelwellenbewegungen - und der sich ständig ändernden Betriebsbedingungen weist das Motorge räusch eine sehr breite, in der Kurve 2a der Fig. 2 darge stellte Amplitudenverteilung auf. Demgegenüber zeigt die Kur ve 2b das aufgrund seiner kohärenten Entstehung - z. B. durch kapazitives Übersprechen hochfrequenter Steuersignale auf den Meßkanal - schmale Amplitudenspektrum des elektronischen Rau schens der Auswerteschaltung im Fehlerfall. Somit ist die Schwankungsbreite der Klopfwerte um den Geräuschwert bei ein wandfrei funktionierendem Klopfsensor relativ groß, im Feh lerfall aber schwanken die Amplituden der Klopfwerte nur in einem schmalen Bereich um den Geräuschwert.Due to the large number of noise sources in the engine area - e.g. B. valve closing or crankshaft movements - and the constantly changing operating conditions, the engine noise has a very wide, in the curve 2 a of Fig. 2 Darge presented amplitude distribution. In contrast, the Kur ve 2 b shows that due to its coherent origin - z. B. by capacitive crosstalk of high-frequency control signals on the measuring channel - narrow amplitude spectrum of the electronic Rau's evaluation circuit in the event of an error. Thus, the range of fluctuation of the knock values around the noise value is relatively large with a knock sensor functioning properly, but in the event of an error, the amplitudes of the knock values fluctuate only within a narrow range around the noise value.

Anhand des Flußdiagramms von Fig. 3 wird nun das erfindungs gemäße Verfahren beschrieben, das es erlaubt, die Funktion des Klopfsensors unabhängig von der Amplitudenhöhe, dafür aber abhängig vom Amplitudenspektrum der Klopfwerte zu über wachen. Zunächst wird in einem Schritt F31 ein aktueller Klopfwert KW bestimmt. In einem Schritt F32 wird ein absolu ter Differenzwert DW zwischen dem Geräuschwert GW und dem ak tuellen Klopfwert KW berechnet.
The fiction, modern method will now be described with reference to the flow chart of Fig. 3, which allows the function of the knock sensor, regardless of the amplitude level, but that focus to depend on the amplitude spectrum of the knock values. First, a current knock value KW is determined in a step F31. In a step F32, an absolute difference value DW between the noise value GW and the current knocking value KW is calculated.

DW = |GW-KW|.DW = | GW-KW |.

Dieser absolute Differenzwert wird dann in einem Schritt F33 mit einem vorgegebenen Amplitudenschwellwert, z. B. 80 mV, verglichen. Gemeinsam entsprechen die Schritte F32 und F33 einem Vergleich des aktuellen Klopfwerts mit einem den Geräusch wert einschließenden und von der Amplitudenverteilung des elektronischen Rauschens der Auswerteschaltung abhängigen Amplitudenbereich - im folgenden kurz als Amplitudenfenster bezeichnet.This absolute difference value is then in a step F33 with a predetermined amplitude threshold, e.g. B. 80 mV, compared. Together, steps F32 and F33 correspond a comparison of the current knock value with the noise value including and from the amplitude distribution of the dependent electronic noise of the evaluation circuit Amplitude range - hereinafter briefly as the amplitude window designated.

Liegt der absolute Differenzwert unterhalb des Amplituden schwellwerts, also der Klopfwert innerhalb des Amplitudenfen sters, so wird in einem Schritt F34 ein Fehlerzähler um einen konstanten Wert, vorzugsweise um eins inkrementiert. Liegt der absolute Differenzwert aber über dem Amplitudenschwell wert, der Klopfwert also außerhalb des Amplitudenfensters, so wird der Fehlerzähler in einem Schritt F35 auf Null zurückge setzt. In einem Schritt F36 wird dann der Zählwert des Fehlerzählers mit einem vorgegebenen Zählerschwellwert, z. B. 150, verglichen. Liegt der Zählwert dabei unterhalb des Zäh lerschwellwertes, so wird der Überwachungsalgorithmus bis zum Beginn eines neuen Meßzyklus in einen Wartezustand versetzt. If the absolute difference value is below the amplitude threshold value, i.e. the knock value within the amplitude range sters, an error counter is increased by one in a step F34 constant value, preferably incremented by one. Lies the absolute difference value but above the amplitude threshold value, the knock value outside the amplitude window, so the error counter is reset to zero in a step F35 puts. In a step F36, the count value of the Error counter with a predetermined counter threshold, e.g. B. 150 compared. If the count is below the count Threshold value, the monitoring algorithm up to Start of a new measurement cycle in a waiting state.

Überschreitet der Zählwert aber den Zählerschwellwert, wird der Klopfsensor als defekt diagnostiziert, eine Fehlermeldung an den Fahrer übermittelt - z. B. durch Aktivierung einer Warnleuchte - und ein Notlauf der Brennkraftmaschine gestar tet. Dabei wird die Klopfregelung außer Betrieb gesetzt und der Zündzeitpunkt dauerhaft auf einen klopffreien Wert einge stellt. Selbstverständlich kann diese Ausführungsform auch so abgeändert werden, daß der Überwachungsalgorithmus nach Rück setzen des Fehlerzählers (Schritt F35) unmittelbar in den Wartezustand versetzt wird, ohne den Zählwert des Fehlerzäh lers vorher mit dem Zählerschwellwert zu vergleichen (Schritt F36).However, if the counter value exceeds the counter threshold, the knock sensor diagnosed as defective, an error message transmitted to the driver - e.g. B. by activating a Warning light - and an emergency run of the engine started tet. The knock control is deactivated and the ignition point is permanently set to a knock-free value poses. Of course, this embodiment can also do so be modified that the monitoring algorithm after return set the error counter (step F35) immediately in the Waiting state is set without the count value of the error count first compare with the counter threshold (step F36).

Es besteht die Möglichkeit, bei Diagnose einer Fehlfunktion des Klopfsensors einen zusätzlichen Entprellzähler zu starten und die Übermittlung der Fehlermeldung und den Notlauf erst dann einzuleiten, wenn der Wert des Entprellzählers einen vorgegebenen Schwellwert, z. B. 5, überschreitet. Auf diese Weise kann die Wahrscheinlichkeit irrtümlich diagnostizierter Sensorausfälle verringert werden.There is a possibility of diagnosing a malfunction of the knock sensor to start an additional debouncing counter and the transmission of the error message and the emergency run first then to be initiated when the value of the debounce counter is one predetermined threshold, e.g. B. 5 exceeds. To this Way, the likelihood of being misdiagnosed Sensor failures can be reduced.

Die Erfindung wurde beispielhaft für eine Klopfregelung be schrieben, es sei aber darauf hingewiesen, daß ein entspre chendes Verfahren auch für andere Sensoren - vorzugsweise solche mit großer Dynamik im Ausgangssignal, wie z. B. Luft massenmesser oder Magnetlagesensoren für den Ventiltrieb - in einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs anwendbar ist.The invention has been exemplified for a knock control wrote, but it should be noted that a correspond appropriate method for other sensors - preferably those with high dynamics in the output signal, such as. B. air mass meter or magnetic position sensors for the valve train - in an internal combustion engine of a motor vehicle is applicable.

Claims

1. A method for monitoring the function of a sensor ( 1 ) in an internal combustion engine ( 2 ) of a motor vehicle ( 3 ), in which

- reference values are formed from sensor signals in an evaluation circuit ( 5 ),
- a comparison value is calculated from previously formed reference values and
- The diagnosis of a malfunction of the sensor ( 1 ) depends on the amplitude distribution of the reference values around the comparison value.

2. The method according to claim 1, characterized in that the Comparative value as a moving average from previous ones Reference values is calculated.

3. The method according to claim 1, characterized in

that an amplitude window including the comparison value is defined for the reference value,
that the value of an error counter is incremented if the reference value lies within this amplitude window,
- that the value of the error counter is reset if the reference value lies outside this amplitude window, and
- That a malfunction of the sensor ( 1 ) is diagnosed when the value of the error counter exceeds a predetermined counter threshold.

4. The method according to claim 3, characterized in that the bandwidth of the amplitude window is determined depending on the amplitude of the distribution of an electronic noise occurring in the event of an error of the evaluation circuit ( 5 ).

5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that when a malfunction of the sensor ( 1 ) is diagnosed, an error message is transmitted to the driver and an emergency operation of the internal combustion engine ( 2 ) is started.

6. Electronic control device ( 4 ) for the internal combustion engine ( 2 ) of a motor vehicle ( 3 ), characterized in that the control device ( 4 ) has a device by which a functional diagnosis of the sensor ( 1 ) is carried out according to the method according to one of the preceding claims becomes.