DE10324858B4

DE10324858B4 - Verfahren zur Rückdreherkennung einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10324858B4
Application number: DE10324858.7A
Authority: DE
Inventors: Norbert Ferstl; Holger Frenzel; Joachim Helmig; Uwe Riedemann
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG; Continental Automotive GmbH
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG; Vitesco Technologies GmbH
Priority date: 2002-06-28
Filing date: 2003-06-02
Publication date: 2016-02-18
Anticipated expiration: 2023-06-03
Also published as: DE10324858A1

Abstract

Verfahren zur Rückdreherkennung einer Brennkraftmaschine, mit den Signalen (KW) eines Kurbelwellensensors, die von einem mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Kurbelwellengeber, der aus einem Zahnrad besteht, dessen am Kurbelwellensensor vorbeilaufende Zähne die Kurbelwellensignale (KW) erzeugen, wobei bei einem Start der Brennkraftmaschine ab dem Zeitpunkt (Syn) der Synchronisation jede Zahnzeit (tz) des Kurbelwellensignals (KW) gemessen und mit einer vorgegebenen Sollzeit (tsoll) verglichen wird, wobei als Zahnzeit tz der zeitliche Abstand zwischen den abfallenden Flanken zweier aufeinanderfolgender Zähne des Sensorausgangssignals KW verstanden wird, in dem Fall, in welchem keine Zahnzeit (tz) größer als die Sollzeit (tsoll) ist, tz < tsoll, der Start fortgesetzt wird, bis die Brennkraftmaschine eine vorgegebene Motordrehzahl (nsoll) erreicht und anschließend in den Normalbetrieb übergeht, und in dem Fall, in welchem eine Zahnzeit (tz) größer als die Sollzeit (tsoll) ist, tz > tsoll, die Brennkraftmaschine gestoppt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Neustart der Brennkraftmaschine eine vorgegebene Zahl (Z2) von aufeinanderfolgenden Zähnen des Kurbelwellensignals (KW) erkannt werden muss, bevor ein neuer Synchronisationsvorgang eingeleitet werden kann, und die vorgegebene Zahl (Z2) größer ist als die doppelte Zähnezahl des Kurbelwellensignals (KW) pro Kurbelwellenumdrehung, geteilt durch die Zylinderzahl der Brennkraftmaschine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Rückdrehüberwachung einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Beim Anlassen einer Brennkraftmaschine beginnt die Kurbelwelle, sich im richtigen Drehsinn zu drehen. Bei Unterstart, d. h., wenn der Anlasser abgeschaltet wird, bevor die Brennkraftmaschine ihre für einen erfolgreichen Start erforderliche Motordrehzahl erreicht hat, kann die Kurbelwelle umdrehen und in entgegengesetzte Richtung drehen, da sie den Zylinderdruck nicht überwinden kann und von diesem zurückgeworfen wird. Dadurch kann es zu Kraftstoffeinspritzungen und Zündungen zu falschen Zeitpunkten kommen. Die Folge davon können Explosionen im Ansaugtrakt sein, da bei offenem Einlaßventil gezündet werden kann.
Eine weitere Ursache für Kraftstoffeinspritzungen und Zündungen zu einem falschen Zeitpunkt kann ein fehlerhaftes Einlaßnockenwellen-Signal sein, wenn beispielsweise bei einem Kurzschluß nach Plus- oder Bezugspotential des Sensors das Sensorsignal ständig auf H- oder L-Pegel liegt.
Aus DE 100 30 487 A1 ist ein System zur Erfassung der Stellung und Drehrichtung einer Kurbelwelle bekannt, mittels welchem aus der Auswertung des Zeitverhaltens der Signale eines Hallsensors mit zwei Hallelementen die Drehrichtung bestimmt wird.
In DE 197 35 722 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Erkennung der Drehrichtung einer Brennkraftmaschine beschrieben, wobei in einem Steuergerät aus den Signalen eines Kurbelwellenwinkelsensors und eines Nockenwellenwinkelsensors einer bestimmten Nockenwellenstellung bei vorwärtsdrehender Kurbelwelle eine andere Kurbelwellenstellung zugeordnet wird als bei rückwärtsdrehender Kurbelwelle.
Die Druckschrift DE 199 33 844 A1 beschreibt eine Einrichtung zur Erkennung von Rückdrehern bei einer Brennkraftmaschine, wobei Winkelmarken einer Geberscheibe erfasst werden. Es werden aufeinanderfolgende Zeitspannen verglichen, die durch die Winkelmarken definiert werden, um ein Rückdrehen zu erkennen.
Die Druckschrift DE 44 34 833 A1 beschreibt eine Einrichtung zur Erkennung des Rückdrehens oder des Abwürgens einer Brennkraftmaschine, wobei Zeitspannen definiert durch Winkelmarken mit vorgegebenen Grenzwerten verglichen werden, um ein Rückdrehen oder Abwürgen zu erkennen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Rückdreherkennung von Brennkraftmaschinen anzugeben, welches außer den an sich bekannten Kurbelwellensignalen ohne zusätzliche Sensorsignale und ohne zusätzliche Übertragungsleitungen auskommt, und welches in der Lage ist, bei erkannter falscher Motordrehrichtung die Brennkraftmaschine abzuschalten und anschließend einen Neustart zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Merkmale der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Dieses Verfahren beruht darauf, dass die Zahnzeiten der Zähne des Kurbelwellengebers der Brennkraftmaschine, der üblicherweise aus einem auf der Kurbelwelle angeordneten Zahnrad mit 60 – 2 Zähnen (58 Zähne und eine Lücke aus zwei fehlenden Zähnen) besteht, vom Beginn der Synchronisation der Brennkraftmaschine bis zum Startende, bei dem die Brennkraftmaschine eine vorgegebene, ausreichende Motordrehzahl erreicht, gemessen und mit vorgegebenen, von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine abhängigen Werten verglichen werden.
Als Zahnzeit wird der zeitliche Abstand zwischen den abfallenden Flanken zweier aufeinanderfolgender Zähne des (digitalen) Sensorausgangssignals KW verstanden.
Bremst die Kurbelwelle in dieser Zeit ab und dreht in entgegengesetzte Richtung, so wird der jeweils vorgegebene, beispielsweise von Batteriespannung und Kühlmitteltemperatur abhängige Sollwert der Zahnzeit überschritten. Damit ist auf einfache Weise eine schnelle Ermittlung eines Rückdrehens der Kurbelwelle möglich und es kann die Synchronisation verworfen werden, d. h., Zündung und Kraftstoffeinspritzung gesperrt und damit ein Zwangsstop der Brennkraftmaschine erzwungen werden, bevor anschließend ein neuer Startvorgang mäglich ist.
Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung wird nachstehend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 ein Flußdiagramm über den Ablauf des Verfahrens,
2 verschiedene Signale zur Erläuterung des Verfahrens, und
3 das Kurbelwellensignal KW im interessierenden Bereich.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird anhand einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine mit beispielsweise zwei Bänken von insgesamt sechs Zylindern beschrieben. Dieses Verfahren kann aber auf jeden beliebigen Motortyp mit beliebiger Zylinderzahl angewandt werden. Die Steuerung des Verfahrensablaufs wird von einer in einem nicht dargestellten Motorsteuergerät installierten Software durchgeführt.
Mit der Kurbelwelle ist ein nicht dargestellter Kurbelwellengeber verbunden, der üblicherweise aus einem Zahnrad mit 60 – 2 Zähnen (58 Zähne und eine Lücke aus zwei fehlenden Zähnen) besteht. Die digitalen Ausgangssignale KW eines nicht dargestellten Kurbelwellensensors, welche von diesem Kurbelwellengeber bei drehender Kurbelwelle erzeugt werden, sind über etwas mehr als zwei Kurbelwellenumdrehungen in 2a dargestellt.
Mit der Nockenwelle sind zwei nicht dargestellte, gleiche Nockenwellengeber verbunden – Radscheiben, deren jede ein Segment und eine Lücke von jeweils 180° Scheibenumfang aufweist und einer Bank von bestimmten Zylindern zugeordnet ist.
Diese beiden Geber sind auf der Nockenwelle so angeordnet, dass ein dem Segment des ersten Nockenwellengebers entsprechendes Ausgangssignal NW1 (in 2b dargestellt) beginnt, wenn beispielsweise am Kurbelwellensensor Zahn Nr. 42 vorbeiläuft, und endet, wenn wieder Zahn Nr. 42 (entspricht Zahn Nr. 102 bei zwei Kurbelwellenumdrehungen) vorbeiläuft.
Ein dem Segment des zweiten Nockenwellengebers entsprechendes Ausgangssignal NW2 (in 2c dargestellt) beginnt, wenn beispielsweise am Kurbelwellensensor Zahn Nr. 18 vorbeiläuft, und endet, wenn wieder Zahn Nr. 18 (entspricht Zahn Nr. 78 bei zwei Kurbelwellenumdrehungen) am Kurbelwellensensor vorbeiläuft.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die drei Geber auf Kurbel- und Nockenwelle so zueinander angeordnet, dass die beiden Nockenwellensignale NW1 und NW2 gleichzeitig auf L- oder H-Pegel liegen, wenn beim Kurbelwellensignal KW eine Lücke L detektiert wird. Wenn dieser Zustand detektiert wird, erfolgt eine Synchronisation, d. h., ab diesem Zeitpunkt – t3 oder t7 in 2 – ist bekannt, in welchen Zylinder zuerst und in welcher Reihenfolge anschließend Kraftstoffeinspritzungen und Zündungen erfolgen müssen.
Bei dem Flussdiagramm in 1 sind die einzelnen Verfahrensschritte mit römischen Zahlen gekennzeichnet. Bei der folgenden Beschreibung des Verfahrens wird auf diese, in Klammern gesetzt, und auf die Signale nach 2 und 3 Bezug genommen.
3 zeigt ein Kurbelwellensignal KW im interessierenden Bereich vom Synchronisationszeitpunkt Syn (Zeitpunkt t3) bis zur Erkennung einer zu langen Zahnzeit tz und Stop der Brennkraftmaschine (Zeitpunkt t4).
Es sei angenommen, dass vor Startbeginn Zahn Nr. 4 des Kurbelwellengebers dem Sensor gegenübersteht.
Bei Startbeginn (I) zum Zeitpunkt t1 beginnt der Anlasser die Kurbelwelle (zwangsweise in Vorwärtsrichtung) zu drehen. Ab diesem Zeitpunkt muss aus dem Kurbelwellensignal KW (II) eine Anzahl von Z1 aufeinanderfolgenden Zähnen, beispielsweise 13 Zähne, erkannt werden (2a und 2e), damit, wenn diese Bedingung erfüllt ist (III), die Suche nach der Lücke L im Kurbelwellensignal KW beginnen kann. Ist beispielsweise Zahn Nr. 10 (d. h., seine abfallende Flanke) der erste erkannte Zahn, so ist Zahn Nr. 22 (d. h., seine abfallende Flanke) im Zeitpunkt t2 der dreizehnte erkannte Zahn. In diesem Zeitpunkt t2 (2e) geht das „Lückensuchsignal” s_LS von Low nach High und es wird nach der Lücke L gesucht, die etwa dreimal so breit wie ein Zahn ist (gerechnet zwischen zwei abfallenden Flanken) und damit leicht detektiert werden kann.
Sobald im Zeitpunkt t3 die Lücke L der fehlenden zwei Zähne Nr. 59 und 60 im Kurbelwellensignal KW erkannt ist und festgestellt wird, dass die beiden Nockenwellensignale NW1 und NW2 auf gleichem Pegel (Low oder High) liegen (IV), kann – in diesem Ausführungsbeispiel – synchronisiert werden (V), siehe auch 3: Syn.
Ab dem Zeitpunkt t3 werden nun die einzelnen aufeinanderfolgenden Zahnzeiten tz (von abfallender Flanke zur nächsten abfallenden Flanke) des Kurbelwellensignals KW gemessen und mit einem vorgegebenen, von Betriebsparametern – beispielsweise von Batteriespannung und Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine – abhängigen Sollwert tsoll verglichen (VI).
Verläuft der Startvorgang normal (ohne Rückdrehen der Kurbelwelle), so wird zu einem Zeitpunkt, in welchem die Motordrehzahl einen vorgegebenen Wert überschreitet (VII), der Startvorgang beendet (VIII) und auf Normalbetrieb umgestellt.
Bremst die Kurbelwelle vor dem Startende jedoch ab und dreht in entgegengesetzte Richtung, so überschreitet wenigstens eine Zahnzeit tz den vorgegebenen Sollwert tsoll (VI) – beispielsweise im Zeitpunkt t4, siehe auch 3. Daraufhin wird die Synchronisation verworfen, d. h., Zündung und Kraftstoffeinspritzung gesperrt und damit ein Zwangsstop der Brennkraftmaschine erzwungen (X). Nach einer Wartezeit tw, in welcher die Brennkraftmaschine normalerweise zum Stillstand kommt, kann zum Zeitpunkt t5 ein Neustart (XI) mit einem neuen Synchronisationsvorgang eingeleitet werden.
Um sicher zu gehen, dass die Kurbelwelle nach Ablauf der Wartezeit tw nicht noch rückdreht und und dabei bereits die Zähnezahl Z1 gemessen wird, wird bei einem Neustart aus dem Kurbelwellensignal KW eine andere Anzahl Z2 von aufeinander folgenden Zähnen (XII), hier beispielsweise 30 Zähne, vorgegeben, die nach Ablauf der Wartezeit tw erkannt werden muss, bevor zum Zeitpunkt t6 wieder das Lückensuchsignal s_LS von Low nach High geht und nach der nächsten Lücke L gesucht wird.
Die Zähnezahl Z2 (= 30 in diesem Ausführungsbeispiel) soll dabei größer gewählt werden als die doppelte Zähnezahl des Kurbelwellensignals (KW) pro Kurbelwellenumdrehung, geteilt durch die Zylinderzahl der Brennkraftmaschine (in diesem Ausführungsbeispiel 120:6 = 20).
Dies stellt sicher, dass nach Ermittlung des letzten der Z2 Zähne der obere Totpunkt (OT) eines Zylinders der Brennkraftmaschine sicher überschritten ist. Ab hier befindet sich das Verfahren wieder im Schritt (III) und wird, wie bereits beschrieben, bis zum Startende (VIII) oder bis zu einem weiteren Neustart (XI) fortgesetzt.

Claims

Verfahren zur Rückdreherkennung einer Brennkraftmaschine, mit den Signalen (KW) eines Kurbelwellensensors, die von einem mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbundenen Kurbelwellengeber, der aus einem Zahnrad besteht, dessen am Kurbelwellensensor vorbeilaufende Zähne die Kurbelwellensignale (KW) erzeugen, wobei bei einem Start der Brennkraftmaschine ab dem Zeitpunkt (Syn) der Synchronisation jede Zahnzeit (tz) des Kurbelwellensignals (KW) gemessen und mit einer vorgegebenen Sollzeit (tsoll) verglichen wird, wobei als Zahnzeit tz der zeitliche Abstand zwischen den abfallenden Flanken zweier aufeinanderfolgender Zähne des Sensorausgangssignals KW verstanden wird, in dem Fall, in welchem keine Zahnzeit (tz) größer als die Sollzeit (tsoll) ist, tz < tsoll, der Start fortgesetzt wird, bis die Brennkraftmaschine eine vorgegebene Motordrehzahl (nsoll) erreicht und anschließend in den Normalbetrieb übergeht, und in dem Fall, in welchem eine Zahnzeit (tz) größer als die Sollzeit (tsoll) ist, tz > tsoll, die Brennkraftmaschine gestoppt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Neustart der Brennkraftmaschine eine vorgegebene Zahl (Z2) von aufeinanderfolgenden Zähnen des Kurbelwellensignals (KW) erkannt werden muss, bevor ein neuer Synchronisationsvorgang eingeleitet werden kann, und die vorgegebene Zahl (Z2) größer ist als die doppelte Zähnezahl des Kurbelwellensignals (KW) pro Kurbelwellenumdrehung, geteilt durch die Zylinderzahl der Brennkraftmaschine.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollzeit (tsoll) abhängig von Betriebsparametern der Brennkraftmaschine variiert wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriespannung oder die Kühlmitteltemperatur der Brennkraftmaschine ein Betriebsparameter ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Stop der Brennkraftmaschine eine vorgegebene Wartezeit (tw) abgewartet wird, bevor ein Neustart der Brennkraftmaschine mit einem neuen Synchronisationsvorgang eingeleitet werden kann.