DE10033586A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Fehlererkennung bzw. Diagnose - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Fehlererkennung bzw. Diagnose

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Abstract

Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Fehlererkennung bzw. Diagnose angegeben, das bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit einem Klopfsensor eingesetzt wird. Zu Diagnosezwecken wird ein aus dem Sensorsignal gebildeter aktueller Referenzwert mit vorgebbaren oberen oder unteren Referenzpegelschwellen verglichen. Bei einer vorgebbaren Über- oder Unterschreitung der Schwellen durch den aktuellen Referenzpegel wird auf eine Fehlfunktion erkannt. Die Referenzpegel entsprechen beispielsweise einem im klopffreien Betrieb vorliegenden Hintergrundgeräusch. Die Fehlererkennung bzw. Diagnose wird jeweils nur für den Zylinder durchgeführt, der das lauteste Geräusch abgibt oder von dem das lauteste Geräusch registriert wird.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Fehlererkennung bzw. Diagnose bei einem Klopfsensor bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Stand der Technik
Es ist bekannt, daß für die Klopfregelung bei einer Brennkraftmaschine eine zuverlässige Klopferkennung durchgeführt werden muß, bei der sichergestellt wird, daß Fehlfunktionen eines Klopfsensors zuverlässig erkannt werden. Solche Klopfsensoren sind bspw. je einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet. Sie geben ein Ausgangssignal ab, das erkennen läßt, ob in dem betreffenden Zylinder Klopfen aufgetreten ist oder nicht. Beim Klopfen handelt es sich um unerwünschte Verbrennungen, die vermieden werden sollten.
Ein Verfahren zur Klopferkennung und zur Fehlererkennung bei Klopfsensoren ist beispielsweise aus der Druckschrift PCT DE 94/01041 bekannt. Bei diesem bekannten Verfähren werden aus den Ausgangssignalen der Klopfsensoren, die beispielsweise Körperschallsensoren sind, drehzahlabhängige normierte Referenzpegel gebildet. In Abhängigkeit von den normierten Referenzpegeln werden drehzahlabhängige Referenzpegelschwellen gebildet, wobei jeweils eine drehzahlabhängige obere Referenzpegelschwelle und eine drehzahlabhängige untere Referenzpegelschwelle in einem Speicher des Steuergerätes der Brennkraftmaschine als Kennlinie abgelegt ist. Die Referenzpegel werden so gebildet, daß sie der Lautstärke der Brennkraftmaschine im klopffreien Betrieb entsprechen. Dabei werden die Referenzpegel mit Hilfe einer Integration der Ausgangssignale der Klopfsensoren bestimmt, wobei die Ermittlung der Referenzpegel bei solchen Bedingungen durchgeführt wird, bei denen kein Klopfen auftritt, beispielsweise innerhalb eines vorgebbaren Meßfensters.
Zur eigentlichen Fehlererkennung wird beim bekannten Verfahren jeder aktuelle normierte Referenzwert mit den beiden drehzahlabhängigen Referenzpegelschwellen verglichen. Bei einer vorgebbaren Abweichung des aktuellen normierten Referenzpegels wird auf eine Fehlfunktion erkannt. Dabei wird beispielsweise bei Unterschreiten des unteren Referenzpegelschwellwertes auf ein Abfallen des Klopfsensors erkannt, so daß von diesem kein Signal zur Auswerteeinrichtung gelangen kann. Bei einem Überschreiten des oberen Schwellwertes wird ebenfalls eine Fehlfunktion des Sensors angenommen und es werden dann jeweils Ersatzmaßnahmen ergriffen.
Um einen Sicherheitsabstand zum hohen Grundgeräuschpegel, der durch Rauschen, Einstrahlung in die Klopfsensorleitung usw. verursacht wird, einhalten zu können, wird die Diagnose erst ab einer gewissen Drehzahlschwelle durchgeführt, bei der der Abstand des normierten Referenzpegels zum Grundgeräusch so groß ist, daß eine zuverlässige Überprüfung durchgeführt werden kann.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Klopfsensordiagnose hat demgegenüber den Vorteil, daß die Drehzahlschwelle für die Durchführung der Diagnose gegenüber der bekannten Fehlererkennung herabgesetzt werden kann ohne dass die Zuverlässigkeit der Fehlererkennung darunter leidet. Damit kann in vorteilhafter Weise eine frühe Diagnose eines Klopfsensorfehlers bei kleinen Drehzahlen erfolgen und es kann damit auch ein früheres Ergreifen von Ersatzmaßnahmen durchgeführt werden um die Brennkraftmaschine zuverlässig vor Beschädigungen zu schützen.
Erzielt werden diese Vorteile mit einem Verfahren bzw. einer Vorrichtung zur Fehlererkennung bzw. Diagnose mit den Merkmalen der beiden unabhängigen Ansprüche. Dabei wird von einer Brennkraftmaschine ausgegangen, die nur einen Klopfsensor aufweist, der an einer vorgebbaren Stelle der Brennkraftmaschine bzw. des Motorblocks angeordnet ist. Es können auch mehrere Klopfsensoren vorhanden sein, wobei dann jedem Klopfsensor sichere Zylinder zugeordnet sind. Zur Fehlererkennung bzw. Diagnose wird jeweils nur das Signal des lautesten Zylinders verwendet, d. h. das Signal des Zylinders, das am Ort des Klopfsensors am lautesten ist. Die Festlegung des betreffenden Zylinders erfolgt bei der Applikation oder der Erstinbetriebnahme der Brennkraftmaschine, wobei die Erkennung des lautesten Zylinders Vorteilhafterweise über eine Maximalwertauswahl oder durch Vergleich der für die einzelnen Zylinder erhaltenen Referenzpegel erfolgt.
Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt. Dabei wird die Fehlererkennung bzw. Diagnose in vorteilhafter Weise mittels eines Vergleichs des aktuellen Referenzpegels des lautesten Zylinders mit einer oberen und einer unteren Referenzpegelschwelle durchgeführt. Die Referenzpegelschwellen werden Vorteilhafterweise ebenfalls in Abhängigkeit vom Referenzpegel des lautesten Zylinders gebildet und sind außerdem drehzahlabhängig. Die Maximalwertauswahl bei der Applikation erfolgt in vorteilhafter Weise durch Betätigung eines Umschaltmittels. Für die Klopfregelung werden weiterhin alle Zylinder berücksichtigt.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine bekannte Vorrichtung zur Klopferkennung die mit der Ergänzung nach Fig. 3 auch geeignet ist, das vorliegende erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen. In Fig. 2 sind obere und untere Referenzpegelschwellen beispielhaft über der Drehzahl aufgetragen. In Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Klopfsensordiagnose bzw. Klopfsensorfehlererkennung durch Auswertung der Geräusche des Zylinders, der am Ort des Klopfsensor die lautesten Geräusche erzeugt und damit das höchste Ausgangssignal des Klopfsensors verursacht, dargestellt.
Beschreibung
In Fig. 1 ist eine aus der Druckschrift PCT DE 94/01041 bekannte Vorrichtung zur Klopferkennung bei einer Brennkraftmaschine dargestellt. Eine solche Vorrichtung ist mit entsprechender Ergänzung auch in der Lage, das erfindungsgemäße Verfahren zur Fehlererkennung bzw. Klopfsensordiagnose durchzuführen und bei erkannter Fehlfunktion Ersatzmaßnahmen einzuleiten.
Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung zur Klopferkennung sind der nur schematisch dargestellten Brennkraftmaschine 10 zwei Klopfsensoren 11a und 11b zugeordnet, die an vorgebbaren Stellen der Brennkraftmaschine angeordnet sind. Die Klopfsensoren 11a und 11b liefern die Signale S1 und S2 an eine Auswerteschaltung 12, die über einen Eingang E1 mit einem Mikroprozessor bzw. Rechner 13 verbunden ist. Der Rechner ist Bestandteil eines nicht näher dargestellten Steuergerätes der Brennkraftmaschine. Dem Rechner 13 können über einen weiteren Eingang E2 zusätzliche Signale, beispielsweise ein Drehzahlsignal n zugeführt werden. Der Rechner 13 steuert in Abhängigkeit von den zugeführten Signalen beispielsweise die Zündungsendstufen 14 der Brennkraftmaschine und/oder weitere Einrichtungen wie Einspritzventile usw. der Brennkraftmaschine an, beispielsweise durch Abgabe geeigneter Signale am Ausgang A. Die gesamte Auswerteschaltung kann auch komplett im Rechner 13 des Steuergerätes der Brennkraftmaschine integriert sein.
Die Auswerteschaltung 12 umfaßt im Ausführungsbeispiel wenigstens einen Verstärker 15 mit einstellbarem Verstärkungsfaktor, dem über einen Multiplexer 21 abwechslungsweise die von den Klopfsensoren 11a und 11b gelieferten Ausgangssignale S1 und S2 zugeführt werden können. In einem nachfolgenden Bandpaß 16 sowie einer Demodulationsschaltung 27, beispielsweise einem Gleichrichter werden die Signale weiterverarbeitet und schließlich im Integrator 18 aufintegriert. Die integrierten Signale bzw. der sich einstellende Integratorwert wird mit KI bezeichnet. Der Integratorwert KI wird in einem Komparator 19 mit einem Referenzpegel verglichen, das Vergleichsergebnis läßt Klopfen erkennen, wenn der Wert KI den Referenzpegel Ref um vorgebbare Werte überschreitet.
Der Komparator 19 oder weitere, in Fig. 1 nicht dargestellte Vergleichsmittel, denen auch die Signale KI und Ref zugeführt werden, werden auch zur Fehlererkennung bzw. Diagnose verwendet. Dazu wird jeweils der aktuelle Referenzpegel oder ein aus diesem gebildeter aktueller normierter Referenzpegel mit einer oberen und einer unteren Referenzpegelschwelle verglichen und es wird auf Fehler erkannt, wenn dieser Vergleich ergibt, dass ein aktueller Referenzpegel die obere Referenzpegelschwelle überschreitet oder die untere Referenzpegelschwelle unterschreitet. Die beiden Referenzpegelschwellen sind drehzahlabhängige Kennlinien, wobei die Referenzpegelschwellen mit steigender Drehzahl ansteigen, da auch das von den Zylindern gelieferte Geräusch mit steigender Drehzahl anwächst.
Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit wird für die Fehlererkennung zusätzlich die Erfüllung der Bedingung verlangt, dass die Überschreitung des oberen oder die Unterschreitung des unteren Referenzpegelschwellwert für eine applizierbaren Zeitdauer erfüllt sein muß.
Um einen Sicherheitsabstand zu dem Grundgeräuschpegel einhalten zu können, darf die Fehlererkennung bzw. Diagnose erst oberhalb einer gewissen Mindestdrehzahl nG durchgeführt werden, bei der der Abstand des Grundgeräusches zur Referenzpegelschwelle groß genug ist. Ein solcher minimaler Referenzpegel Refmin setzt also eine Mindestdrehzahl nG voraus.
Ein Beispiel für den Verlauf einer oberen und einer unteren Referenzpegelschwelle über der Drehzahl n sowie ein minimaler Referenzpegel sind in Fig. 2 dargestellt.
Die Bildung der Referenzpegel aus dem Ausgangssignal eines Klopfsensors und die Festlegung der Referenzpegelschwellen aus vorhergehenden Referenzpegeln wird in der Druckschrift PCT DE 94/01041 genauer beschrieben und soll daher hier nicht mehr ausführlich erläutert werden.
Bei Brennkraftmaschinen mit nur einem Klopfsensor sind die Unterschiede der Referenzpegel, die zylinderspezifisch ermittelt werden, teilweise sehr groß. Die Lautstärkeunterschiede zwischen den innen- und außenliegenden Zylindern sind beträchtlich und führen dazu, dass für jeden Zylinder unterschiedliche Referenzpegel erhalten werden. Die Lautstärkeunterschiede resultieren aus den verschiedenen Abständen der einzelnen Zylinder vom Montageort des Klopfsensors sowie durch unterschiedliche Übertragungswege des Körperschalls. Beispielsweise können Wasser- oder Ölkanäle im Motorblock bzw. im Block der Brennkraftmaschine die Übertragung des Körperschalls beeinträchtigen. Generell können auch die in verschiedenen Zylindern erzeugten Geräusche unterschiedlich sein. Durch die erfindungsgemäße Beschränkung der Diagnose auf den oder die lautesten Zylinder bzw. auf das zylinderspezifisch lauteste registrierte Geräusch wird der Abstand zwischen dem Grundgeräuschpegel, der konstant ist und der unteren Referenzpegelschwelle REFMIN erhöht. Dadurch kann die Diagnose schon bei kleineren Drehzahlen als beim bekannten System durchgeführt werden und es wird eine frühere Diagnose eines Klopfsensorfehlers ermöglicht, dies bedeutet gleichzeitig, daß früher Ersatzmaßnahmen ergriffen werden können, um die Brennkraftmaschine vor einer Beschädigung zu schützen.
Die Auswahl des lautesten Zylinders bzw. des lautesten zylinderspezifischen Geräuschs und damit des höchsten Referenzpegels erfolgt bei der Applikation bzw. der ersten Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine. Dazu werden die auftretenden Geräusche gemessen und das lauteste Geräusch, also das zum lautesten Zylinder gehörende Geräusch wird ausgewählt. Durch Vergleich der zylinderspezifischen Ausgangssignale des Klopfsensors miteinander kann somit bei der Applikation oder bei der Erstinbetriebnahme oder am Prüfstand der lautesten Zylinders erkannt werden. Eine solche Maximalwertauswahl kann auch anhand der zylinderspezifisch ermittelten Referenzwerte erfolgen.
Ausgehend von diesem Zylinder erfolgt dann künftig die Fehlererkennung bzw. Diagnose. Für die Klopferkennung werden jedoch weiterhin alle Zylinder berücksichtigt.
Im Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 ist der Brennkraftmaschine 10 mit den 4 Zylindern 1, 2, 3 und 4 ein einziger Klopfsensor 11 zugeordnet. Der Klopfsensor 11 gibt ein Ausgangssignal ab, das von den in den Zylindern auftretenden Geräuschen abhängt. Aus dem Ausgangssignal des Klopfsensors 11 werden zylinderspezifische Referenzpegel REF1 bis REF4 gebildet, wobei die Bildung der Referenzpegel entsprechend der in der PCT DE 94/01041 beschriebenen Methode erfolgt. Für die Fehlererkennung bzw. Diagnose wird über eine Maximalwertauswahl 22 lediglich ein Referenzpegel an zwei Vergleicher 24 und 25 weitergeleitet. Welcher Referenzwert weitergeleitet wird, kann beispielsweise bei der Applikation durch Betätigung eines Schalters der Maximalwertauswahl 22 bestimmt werden. Diese Betätigung wird durch den Pfeil 23 angedeutet.
In den Vergleichen 24, 25 wird der aktuelle Referenzwert des lautesten Zylinders jeweils mit der oberen Referenzpegelschwelle REFSO und/oder der unteren Referenzpegelschwelle REFSU verglichen. Die beiden Referenzpegelschwellen REFSO und/oder REFSU werden dabei drehzahlabhängig aus dem Referenzpegel des lautesten Zylinders gebildet, wobei beispielsweise auch vorhergehende Referenzpegel des selben Zylinders berücksichtigt werden. Die Referenzpegelschwellen werden beispielsweise in den Blöcken 28 und 29 in Abhängigkeit von der zugeführten Motordrehzahl nmot gebildet und einem elektronischen Speicher abgelegt.
Ergibt einer der beiden dieser Vergleiche, daß ein unerlaubter Wert des aktuellen Referenzpegels vorliegt, wird dem ODER-Gatter 26 ein entsprechendes high-Signal zugeführt, wodurch am Ausgang ein Fehlersignal entsteht. Das Fehlersignal kann in einer Fehleranzeige 30 angezeigt werden und/oder es können geeignete Maßnahmen zur Beeinflussung der Zündung usw. ausgelöst werden und damit die Brennkraftmaschine in einen sicheren Betriebszustand versetzt werden. Eine Zeitschaltung 27 kann die Fehleranzeige gegebenenfalls nur dann aktivieren, wenn der Fehler eine vorgebbare Zeit andauert.
Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 kann Bestandteil der Auswerteschaltung 12 oder des Rechners 13 des Steuergerätes der Brennkraftmaschine sein oder zusätzlich eingefügt werden. Gegebenenfalls können auch die zwei lautesten Zylinder ausgewählt werden.
Bei der Fehlererkennung kann gegebenenfalls zusätzlich ein Sicherheitsfaktor eingeführt werden, der eine Fehlererkennung erst dann erlaubt, wenn der aktuelle Referenzpegel des lautesten Zylinders die obere Referenzpegelschwelle multipliziert mit diesem Faktor überschreitet oder die untere Referenzpegelschwelle multipliziert mit einem solchen Sicherheitsfaktor unterschreitet.

Claims (11)

1. Verfahren zur Fehlererkennung bzw. Diagnose bei einem Klopfsensor, der den Zylindern einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine in vorgebbarer Weise zugeordnet ist und ein vom registrierten Geräusch abhängiges Ausgangssignal liefert, dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlererkennung bzw. die Diagnose ausgehend von dem Zylinder oder den Zylindern mit der höchsten Geräuschentwicklung erfolgt oder ausgehend von dem oder den Zylinder(n) erfolgt, der/die am Klopfsensor das lauteste Geräusch liefert(n), wobei auf einen Fehler erkannt wird, wenn ein vom Geräusch abhängiger aktueller Wert wenigstens einen vorgebbaren oberen Schwellwert überschreitet oder einen vorgebbaren unteren Schwellwert unterschreitet.
2. Verfahren zur Fehlererkennung bzw. Diagnose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl des lautesten Zylinders bei der ersten Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine erfolgt.
3. Verfahren zur Fehlererkennung bzw. Diagnose nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl des lautesten Zylinders mittels Lautstärkemessung am Prüfstand oder durch Vergleich der von den einzelnen Zylindern abgegebenen Ausgangssignale oder daraus ermittelten Referenzwerten erfolgt.
4. Verfahren zur Fehlererkennung bzw. Diagnose nach Anspruch 1, 2, oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Fehlererkennung anhand von Referenzpegeln durchgeführt wird, die aus vorgebbaren Ausgangssignalen des Klopfsensors gebildet werden und ein Fehler erkannt wird, wenn ein aktueller Referenzpegel eine obere oder untere Referenzpegelschwelle, in vorgebbarer Weise über- oder unterschreitet.
5. Verfahren zur Fehlererkennung bzw. Diagnose nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzpegelschwellen aus vorherigen Referenzpegeln des lautesten Zylinders gebildet werden.
6. Verfahren zur Fehlererkennung bzw. Diagnose nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fehlererkennung erst dann erfolgt, wenn eine obere Referenzpegelschwelle multipliziert mit wenigstens einem einen Sicherheitsbereich festlegenden vorgebbaren Faktor überschritten wird oder eine untere Referenzpegelschwelle multipliziert mit einem zweiten Faktor unterschritten wird.
7. Verfahren zur Fehlererkennung bzw. Diagnose nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur auf einen Fehler erkannt wird, wenn die Fehlerbedingung länger als eine vorgebbare, applizierbare Zeit andauert.
8. Verfahren zur Fehlererkennung bzw. Diagnose nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Referenzpegelschwellen als drehzahlabhängige Kennlinien in einem elektronische Speicher abgelegt werden.
9. Verfahren zur Fehlererkennung bzw. Diagnose nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das bei erkanntem Fehler Ersatzmaßnahmen zum sicheren Betrieb der Brennkraftmaschine und/oder eine Anzeige eingeleitet werden.
10. Vorrichtung zur Fehlererkennung bzw. Diagnose bei einem Klopfsensor, der den Zylindern einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine in vorgebbarer Weise zugeordnet ist und ein vom registrierten Geräusch abhängiges Ausgangssignal liefert, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung wenigstens Mittel zur Maximalwerterkennung umfaßt, die nur Signale, die vom Zylinder mit der höchsten Geräuschentwicklung stammen oder Signale des Zylinders, der am Klopfsensor das lauteste Geräusch liefert, zur Fehlererkennung weiterleiten.
11. Vorrichtung zur Fehlererkennung bzw. Diagnose bei einem Klopfsensor, der den Zylindern einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine in vorgebbarer Weise zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass sie zur Durchführung wenigstens eines der Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 verwendet wird.
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