DE4434833B4

DE4434833B4 - Einrichtung zur Erkennung des Rückdrehens eines rotierenden Teiles einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4434833B4
Application number: DE4434833A
Authority: DE
Inventors: Karl Ing.(Grad.) Ott; Martin Dipl.-Ing. Person; Klaus Dipl.-Ing. Walter; Jürgen Würth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-09-29
Filing date: 1994-09-29
Publication date: 2010-04-29
Anticipated expiration: 2014-09-30
Also published as: ITMI951927A1; US5622153A; ITMI951927A0; FR2725242A1; FR2725242B1; DE4434833A1; IT1277594B1

Abstract

Einrichtung zur Erkennung des Rückdrehens eines rotierenden Teiles einer Brennkraftmaschine, mit einem Aufnehmer, der das rotierende Teil, das wenigstens eine Winkelmarke aufweist, abtastet und beim Vorbeilaufen der Winkelmarke wenigstens einen Impuls abgibt und einer Auswerteeinrichtung, der das Ausgangssignal des Aufnehmers sowie weitere, vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine abhängige Signale zugeführt werden, wobei in der Auswerteeinrichtung die zeitlichen Abstände zwischen den Impulsen des Signales des Aufnehmers ermittelt werden, wobei bei Überschreiten eines vorgebbaren Wertes zwischen zwei Impulsen Rückdrehen angenommen wird, und wobei nachdem das Rückdrehen der Brennkraftmaschine abgesichert ist, auf Abwürgen erkannt wird und die Ausgabe weiterer Einspritzungen und/oder Zündungen unterdrückt wird, bis nach dem Ablauf einer vorgebbaren Zeit eine Neusynchronisation des Systems erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinrichtung zusätzlich eine Starterkennung durchgeführt wird, durch Auswertung eines entsprechenden, die Betätigung des Starters anzeigenden Signales und dass die Erkennung auf Abwürgen der Brennkraftmaschine unterbunden wird, wenn der Starter eingerastet ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Erkennung des Rückdrehens eines rotierenden Teiles einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs, mit der insbesondere das Abwürgen der Brennkraftmaschine erkannt werden soll.
Bei mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen mit elektronisch geregelter Einspritzung wird üblicherweise im Steuergerät berechnet, wann und wieviel Kraftstoff in welchen Zylinder eingespritzt werden soll. Damit diese Berechnungen in korrekter Weise ablaufen können, muß die jeweilige Stellung der Kurbel- bzw. Nockenwelle der Brennkraftmaschine bekannt sein, es ist daher üblich und wird beispielsweise in der EP-PS 0 017 933 beschrieben, daß die Kurbel- bzw. die Nockenwelle mit einer Scheibe verbunden ist, auf deren Oberfläche wenigstens eine Bezugsmarke angebracht ist, wobei auf der Kurbelwellenscheibe zusätzlich eine Vielzahl gleichartiger Markierungen, auch Inkremente genannt, angebracht sind. Diese beiden sich drehenden Scheiben werden von passenden feststehenden Aufnehmern abgetastet, aus der zeitlichen Abfolge der von den Aufnehmern gelieferten Impulse wird im Steuergerät eine eindeutige Aussage über die Stellung von Kurbel- und Nockenwelle gewonnen und im Steuergerät werden entsprechende Ansteuersignale für die Einspritzung oder Zündung gebildet.
Zur Sicherstellung, daß die korrekte Stellung der Kurbel- bzw. Nockenwelle vorliegt, muß nach dem Einschalten der Brennkraftmaschine eine Synchronisation durchgeführt werden. Dies erfolgt ausgehend vom Erkennen der Bezugsmarke. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine wird üblicherweise bei Unterschreiten einer Minimaldrehzahl vom Steuergerät ein Reset ausgelöst, der dann zur Neusynchronisation führt.
Unter ungünstigen Umständen, beispielsweise wenn die Brennkraftmaschine bzw. der Motor abgewürgt wird, kann ein Rückdrehen des Motors auftreten. Meist wird bei einem solchen Rückdrehen des Motors ein Unterschreiten der Minimaldrehzahl nicht erkannt. Es erfolgt dann normalerweise beim nächsten Synchronisationspunkt ein Reset, da vom Steuergerät ein Synchronisationsfehler erkannt wird. Wird im Rückdrehpunkt ein Unterschreiten der Minimaldrehzahl erkannt, erfolgt üblicherweise sofort ein Reset. In beiden Fällen wird jedoch nach dem erfolgten Reset sofort wieder neu synchronisiert und da das Rückdrehen nicht erkannt ist, noch bei rückdrehendem Motor mit der Einspritzung und Zündung begonnen. Diese Zündungen erfolgen dann zum falschen Zeitpunkt, da das Steuergerät davon ausgeht, daß sich der Motor in die richtige Richtung dreht und bei ruhender Zündverteilung erfolgen die Zündungen außerdem auch in den falschen Zylinder.
In diesem Fall werden die Abgase sowie unverbranntes Kraftstoffgemisch wieder in das Saugrohr der Brennkraftmaschine zurückgeschoben. In ungünstigen Fällen können Verbrennungen zu einer Beschleunigung des Motors in Rückdrehrichtung führen oder sich Verbrennungen bis ins Saugrohr fortsetzen. Diese Problematik ist unter der Bezeichnung Saugrohrpatscher bekannt. Solche Verbrennungen können Zerstörungen im Saugrohr der Brennkraftmaschine aufgrund von auftretenden Drucküberhöhungen verursachen.
Aus der WO90/03508A1 ist bereits eine Einrichtung zur Erkennung eines Rückdrehens bekannt.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Erkennung des Rückdrehens eines rotierenden Teiles einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil, dass das Rückdrehen der Brennkraftmaschine und insbesondere das als Folge des Abwürgens des Motors aufgetretene Rückdrehen zuverlässig erkannt wird und geeignete Maßnahmen eingeleitet werden, so dass beim Rückdrehen keine unerwünschten Betriebszustände auftreten. Erzielt wird dieser Vorteil, indem bei einer Brennkraftmaschine mit einem mit der Kurbel- bzw. Nockenwelle verbundenen Geberrad, das vo einem Aufnehmer abgetastet wird, ein Rückdrehen erkannt wird bzw. angenommen wird, wenn die vom Aufnehmer gelieferten Impulsabstände zu lang werden. Es wird dann vom Steuergerät sofort auf Abwürgen der Brennkraftmaschine erkannt, es sei denn, die Brennkraftmaschine befindet sich in der Startphase und der Starter ist eingerückt. Befindet sich dagegen die Brennkraftmaschine in der Startphase und es wird vom Steuergerät erkannt, dass der Starter nicht eingerückt ist, wird ebenfalls ein Rückdrehen der Brennkraftmaschine angenommen und auf Abwürgen erkannt.
Wird Abwürgen erkannt, werden weitere Einspritzungen und Zündungen solange unterdrückt, bis sichergestellt ist, dass die rückwärtsdrehende Brennkraftmaschine zum Stillstand gekommen ist.
Weitere Vorteile der Erfindung werden mit Hilfe der in den Unteransprüchen angegebenen Ausführungsformen erzielt. Bei Brennkraftmaschinen mit einem Inkrementgeberrad, das entweder mit der Kurbel- oder der Nockenwelle verbunden ist und eine oder mehrere Bezugsmarken aufweist, können die Zeitastände zwischen aufeinanderfolgenden Inkremten zur Abwürgeerkennung ausgewertet werden. Dies führt zu einer besonders schnellen Erkennung, da der Zeitabstand zwischen zwei Inkrementen nur kurz ist.
Bei noch aufwendigeren Geberrädern, die an ihrer Oberfläche eine definierte Folge von unterschiedlich großen High- und Low-Segmenten aufweisen oder bei Systemen mit Geberrädern an der Nocken- und der Kurbelwelle kann das Ende des Rückdrehens erkannt werde, wenn eine definierte Folge von unterschiedlichen Impulslängen auftritt, es kann dann gleich wieder synchronisiert werden. Die Überprüfung, ob ein Rückdrehpunkt vorliegt, kann in vorteilhafter Weise auch mit Hilfe eines Absolutgebers, der für jede Winkelstellung ein charakteristisches Signal abgibt, erfolgen.
Zur Starterkennung wird in vorteilhafter Weise in der Auswerteeinheit die Ansteuerung des Starters verwertet, die beispielsweise auch von der Auswerteeinheit selbst vorgenommen werden kann. Die Starterkennung kann in vorteilhafter Weise ebenfalls durch Auswertung des Verlaufs der Batteriespannung nach dem Einschalten des Zündschlosses und des Starters erfolgen.
In vorteilhafter Weise kann die Drehzahl der Brennkraftmaschine laufend ermittelt werden und zusätzlich zur Erkennung des Abwürgens ausgehend von der Drehzahl im letzten und/oder im folgenden Segment die Neusynchronisation sofort freigegeben werden.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt 1 die für das Verständnis der Erfindung erforderlichen Teile einer Brennkraftmaschine, insbesondere der Geberanordnung zur Ermittlung der Stellung der Kurbel- und der Nockenwelle. In 2 ist ein Impulsdiagramm dargestellt, das zeitliche Zusammenhänge erkennen läßt und 3 zeigt ein Flußdiagramm, das das in der Auswerteeinrichtung, bzw. dem Steuergerät ablaufende Programm zur Abwürgeerkennung verdeutlicht und in 4 sind weitere Impulsdiagramme aufgezeichnet.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In 1 sind in einer groben Übersicht die wesentlichen Elemente angegeben, die zur Erkennung des Rückdrehens eines rotierenden Teiles einer Brennkraftmaschine bzw. zur Abwürgeerkennung und zur daraus abgeleiteten Beeinflussung der Brennkraftmaschine benötigt werden. Die ähnliche Anordnung wie nach 1 ist im übrigen bereits in der deutschen Patentanmeldung DE 414 17 13 A1 enthalten und wird dort in Verbindung mit einer Zylindererkennung näher beschrieben.
In 1 bezeichnet 10 eine Geberscheibe, die starr mit der Kurbelwelle 11 einer Brennkraftmaschine verbunden ist und an ihrem Umfang eine Vielzahl gleichartiger Winkelmarken 12 aufweist. Eine Bezugsmarke 13 wird durch zwei fehlende Winkelmarken gebildet.
Eine zweite Geberscheibe 14 ist mit der Nockenwelle 15 der Brennkraftmaschine verbunden und weist an ihrem Umfang unterschiedlich lange Winkelmarken auf, wobei die kürzeren mit 17 und die längeren mit 16 bezeichnet sind und die Anzahl dieser Winkelmarke so gewählt ist, daß sie gerade der Zylinderrzahl n der Brennkraftmaschine entspricht. Zwischen den Winkelmarken 16, 17 sind Zwischenräume, wobei die längeren jeweils mit 18 und die kürzeren mit 19 bezeichnet sind.
Die beiden Geberscheiben 10, 14 werden von Aufnehmern 20, 21 abgetastet, die beim Vorbeilaufen der Winkelmarken in den Aufnehmern erzeugten Signale S1, S2 werden dem Steuergerät 22, das die Auswerteeinrichtung darstellt, zugeführt und dort weiterverarbeitet. Das Steuergerät 22 erhält über entsprechende Eingänge weitere für die Steuerung der Brennkraftmaschine erforderliche Eingangsgrößen, beispielsweise ein ”Zündung ein”-Signal 23, ein die Last der Brennkraftmaschine charakterisierendes Lastsignal von einem Lastsensor 24 sowie ein Temperatursignal von einem Temperatursensor 25. Mit 26 ist der Zündschalter bezeichnet, über einen weiteren Eingang wird ein Signal zugeführt, das erkennen läßt, ob der Starter der Brennkraftmaschine eingerückt ist.
Ausgangsseitig stellt das Steuergerät 22 Signale für die Zündung und Einspritzung für nicht näher bezeichnete entsprechende Komponenten der Brennkraftmaschine zur Verfügung, die Ausgänge des Steuergerätes sind mit 28 und 29 bezeichnet. Das Steuergerät 22 umfaßt eine Eingangs- sowie Ausgangsbeschaltung 30, 31, eine zentrale Prozessoreinheit 32 sowie Speicher 33. Die benötigten Programme sind in Speichern des Steuergerätes 22 abgelegt.
Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel stellt ein aufwendiges System dar. In einer einfachen Version wird lediglich eine Geberscheibe mit wenigstens einer Markierung an der Oberfläche benötigt, die von einem Aufnehmer abgetastet wird, dessen Ausgangssignal in der Auswerteeinrichtung ausgewertet wird.
Das für die Geberanordnung nach 1 erhaltene Signaldiagramm ist in 2 dargestellt. Dabei ist für das Signal S1 beispielhaft aufgezeigt, zwischen welchen Signalflanken die Zeitmessungen durchgeführt werden. Ist ein Inkrementrad mit einer Lücke als Bezugsmarke auszuwerten, muß allerdings sichergestellt werden, daß das Auftreten der Bezugsmarke nicht irrtümlich zu einer Rückdreherkennung führt. Es ist daher das Zeitintervall, das eine solche Erkennung auslöst, an der Stelle, an der die Lücke auftritt, entsprechend größer zu wählen, so daß auch beim Vorbeilaufen der Bezugsmarke am Aufnehmer und der daraus naturgemäß längeren Zeitdauer zwischen gleichartigen Winkelmarkenflanken noch keine irrtümliche Rückdreherkennung ausgelöst wird. Das Signal an der Bezugsmarke ist mit S13 bezeichnet.
4 zeigt den Signalverlauf bei einem weiteren Gebersystem bei einer Brennkraftmaschine. Dabei sind in 4a die von den gleichartigen Winkelmarken verursachten Impulse aufgetragen. Nach der Lücke wird die erste Triggermarke BMN/tr = 1 ausgelöst, der im Segmentabstand weitere folgen. In 4b ist der Signalverlauf bei einer weiteren speziellen Geberscheibe dargestellt. Weitere Einzelheiten folgen später.
Wie die eigentliche Rückdreherkennung sowie die Abwürgerkennung erfolgt, wird nun anhand des in 3 dargestellten Flußdiagrammes erläutert.
Im Schritt S1 werden die aufeinanderfolgenden Zeiten tn = t0, t2 eingelesen und im Schritt S2 mit einem zuvor festgelegten Grenzwert tg verglichen. Ist die Zeit nicht größer als der Grenzwert beginnt der Programmlauf für die nächste Zeit von Neuem.
Überschreitet dagegen die Zeit zwischen zwei Impulsen den Grenzwert tg wird im Schritt S3 das Auftreten eines Rücklaufs angenommen und im Schritt S4 geprüft, ob sich die Brennkraftmaschine in der Startphase befindet.
Ergibt die Überprüfung im Schritt S4, daß sich die Brennkraftmaschine nicht in der Startphase befindet, wird in Schritt S5 erkannt, daß die Brennkraftmaschine abgewürgt wurde. Ergibt dagegen die Startüberprüfung im Schritt S4 daß sich die Brennkraftmaschine in der Startphase befindet, wird im Schritt S6 geprüft, ob der Starter eingerastet ist. Ist dies der Fall, wird im Schritt S7 die im Schritt S3 angenommene Rücklauferkennung verworfen und es wird im Schritt S1 die nächste Zeit zwischen zwei Impulsen eingelesen.
Ergibt sich dagegen im Schritt S6 daß der Starter nicht eingerastet ist, wird im Schritt S8 auf Abwürgen der Brennkraftmaschine erkannt und es wird ebenso wie nach der Abwürgeerkennung im Schritt S5 im Schritt S9 die folgende Zündung sowie Einspritzung unterdrückt.
Die Zündungen bzw. Einspritzungen werden solange unterdrückt, bis im Schritt S10 erkannt wird, daß eine Zeit abgelaufen ist, die größer ist als eine vorgegebene Zeit ts. Dabei wird die Zeit ts so gewählt, daß innerhalb dieser Zeit die Brennkraftmaschine im Fall des Abwürgens mit Sicherheit zum Stillstand gekommen ist.
Wird im Schritt S10 erkannt, daß diese Zeit überschritten ist, wird im Schritt S11 ein Reset durchgeführt mit anschließender Synchronisation sobald dem Steuergerät die für die Neusynchronisation erforderlichen Informationen, also das Erkennen der Bezugsmarke zur Verfügung steht.
Das beschriebene Verfahren kann in einigen Schritten abgewandelt bzw. ergänzt werden. So ist es beispielsweise möglich, daß der Schritt S6, in dem geprüft wird, ob der Starter eingerückt ist, ersetzt wird durch eine Überprüfung des Batteriespannungsverlaufs, aus dem beim Auftreten eines charakteristischen Spannungseinbruchs die Betätigung des Starters erkannt werden kann. Die Erkennung des eingerückten Starters kann auch durchgeführt werden, indem die Batteriespannung, die kurz nach dem Einschalten des Zündschlosses (KL15) ermittelt wurde um einen definierten Wert über der Batteriespannung, die beim Auftreten des vermuteten Rückdrehpunktes ermittelt wird, liegt.
Da aus den einzelnen zeitlichen Abständen zwischen einzelnen Impulsen im Steuergerät ohnehin die Drehzahl ermittelt wird, kann zusätzlich zur Erkennung auf Abwürgen die Drehzahl im letzten und/oder im folgenden Segment herangezogen werden und bei Überschreiten einer definierten Drehzahl sofort die neue Synchronisation freigegeben werden, ohne daß die gemäß Schritt S10 erforderliche Prüfung, ob eine bestimmte Zeit abgelaufen ist, durchgeführt werden muß.
Eine weitere Ergänzung ist möglich, wenn die Abschaltung der Zündausgabe und Einspritzung mit dem Erkennen auf Abwürgen erfolgt ist und wenn am nächsten Synchronisationspunkt kein Synchronisationsfehler auftritt oder wenn eine definierte Folge von unterschiedlich großen High- und Low-Segmenten auf einem weiteren vorhandenen Geberrad erkannt wird, das beispielsweise synchron mit der Nockenwelle läuft, die Zündung und Einspritzung wieder freigegeben wird.
Eine Überprüfung, ob tatsächlich ein Rückdrehpunkt erkannt wurde, kann auch mit Hilfe eines Absolutgebers erfolgen, wobei mit Hilfe eines solchen Gebers ständig eine korrekte und eindeutige Winkellage erkennbar ist, da der Absolutgeber Informationen liefert, die für jede Winkelstellung eindeutig sind.
Bei einer Brennkraftmaschine mit einem Gebersystem, das die in 4 aufgezeigten Impulsfolgen liefert, kann aus der zeitlichen Abfolge bzw. aus der auf einen Winkel umgerechneten Lage spezieller Impulse bzw. Impulsflanken erkannt werden, ob sich der Motor vorwärts oder rückwärts dreht.
Dreht sich der Motor vorwärts, folgt auf die Bezugsmarke (Signal S13) die 1., 2., 3., usw. Triggermarke tr. Der Abstand zwischen jeder Triggermarke und der Rückflanke X des Signales nach 4b beträgt immer Wn = 69°KW.
Dreht sich der Motor rückwärts, werden die Triggermarken gemäß 4c in der falschen Richtung gesetzt. Der Abstand zwischen jeder Triggermarke und der folgenden negativen Flanke Y des Signales nach 4b ist dann nicht 69°KW, sondern 36°KW oder 42°KW. Dies ist meßbar und läßt die Drehrichtungserkennung zu.

Claims

Einrichtung zur Erkennung des Rückdrehens eines rotierenden Teiles einer Brennkraftmaschine, mit einem Aufnehmer, der das rotierende Teil, das wenigstens eine Winkelmarke aufweist, abtastet und beim Vorbeilaufen der Winkelmarke wenigstens einen Impuls abgibt und einer Auswerteeinrichtung, der das Ausgangssignal des Aufnehmers sowie weitere, vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine abhängige Signale zugeführt werden, wobei in der Auswerteeinrichtung die zeitlichen Abstände zwischen den Impulsen des Signales des Aufnehmers ermittelt werden, wobei bei Überschreiten eines vorgebbaren Wertes zwischen zwei Impulsen Rückdrehen angenommen wird, und wobei nachdem das Rückdrehen der Brennkraftmaschine abgesichert ist, auf Abwürgen erkannt wird und die Ausgabe weiterer Einspritzungen und/oder Zündungen unterdrückt wird, bis nach dem Ablauf einer vorgebbaren Zeit eine Neusynchronisation des Systems erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass in der Auswerteeinrichtung zusätzlich eine Starterkennung durchgeführt wird, durch Auswertung eines entsprechenden, die Betätigung des Starters anzeigenden Signales und dass die Erkennung auf Abwürgen der Brennkraftmaschine unterbunden wird, wenn der Starter eingerastet ist.
Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erkennung, dass sich die Brennkraftmaschine in der Startphase befindet und/oder dass der Starter eingerückt ist, durch Auswertung eines Verlaufes der Bordnetz- oder Batteriespannung erfolgt.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Ansteuerung des Starters von der Auswerteeinrichtung zur Starterkennung ausgewertet wird.
Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung Ansteuersignale für den Starter abgibt und diese Ansteuersignale im Zusammenhang mit der Abwürgeerkennung verwertet.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zur Abwürgeerkennung die Drehzahl des rotierenden Teiles ermittelt wird und die Drehzahl im letzten und/oder im folgenden Segment herangezogen wird und dass bei Überschreiten einer definierten Drehzahl die Neusynchronisation sofort freigegeben wird.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinheit das Steuergerät der Brennkraftmaschine ist.
Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterdrückung der Ausgabe von Zünd- und/oder Einspritzimpulsen solange durchgeführt wird, bis eine vorgebbare Zeitspanne abgelaufen ist, wobei diese Zeitspanne so gewählt wird, dass innerhalb dieser Zeitspanne nach dem Abwürgen der Brennkraftmaschine ein Stillstand zu erwarten ist.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Neusynchronisation erfolgt, sobald von der Auswerteeinrichtung erkannt wird, dass kein Synchronisationsfehler mehr vorliegt.
Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erkennung eines Rückdrehpunktes zusätzlich mit Hilfe eines Absolutgebers, der ein die Winkellage eindeutig kennzeichnendes Signal abgibt, überprüft wird, ob die Brennkraftmaschine tatsächlich rückwärts dreht.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine nicht rückwärts drehende Brennkraftmaschine erkannt wird, wenn eine von einem entsprechenden zweiten Aufnehmer gelieferte Folge von unterschiedlichen High- und Low-Signalen auftritt.
Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine nicht rückwärts drehende Brennkraftmaschine durch eine definierte Lage von äquidistanten Flanken des Signales eines zweiten Aufnehmers, bezogen auf Bezugssignale des ersten Aufnehmers erkannt wird.