DE19741780A1 - Verfahren zur Erkennung von Leitungsbrüchen bei einem induktiven Sensor - Google Patents
Verfahren zur Erkennung von Leitungsbrüchen bei einem induktiven SensorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Lei
tungsbrüchen bei einem induktiven Sensor zur Erfassung der
Kurbelwellendrehzahl bei einer Brennkraftmaschine gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Induktive Sensoren werden in der Kraftfahrzeug-Elektronik da
zu verwendet, um beispielsweise die Position und die Drehzahl
bzw. die Geschwindigkeit der Kurbelwelle zu messen, um damit
die Zündung und/oder die Einspritzung der Brennkraftmaschine
zu steuern oder zu regeln. Insbesondere werden die Signale
eines solchen Sensors im Rahmen einer On-Board-Diagnose aus
gewertet, um Verbrennungsaussetzer zu erkennen.
Das Auftreten von Verbrennungsaussetzern bei einer Brenn
kraftmaschine kann einerseits zur Erhöhung der Emissionsrate
von Schadstoffen und anderseits aufgrund von Nachreaktionen
des unverbrannten Luft-Kraftstoffgemisches zur Zerstörung des
im Abgastrakt der Brennkraftmaschine angeordneten Katalysa
tors oder zumindest zu einer Beeinträchtigung seiner Konver
tierungsfähigkeit führen.
Es sind deshalb bereits eine Vielzahl von Verfahren bekannt,
die zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern mittels einer
induktiven Geber/Sensoranordnung die Segmentzeiten messen,
die die Kurbelwelle während der Arbeitstakte der einzelnen
Zylinder zum Durchlaufen vorgegebener Winkelspannen benötigt.
Anschließend werden aus den Segmentzeiten Laufunruhewerte be
rechnet und diese mit Schwellenwerten verglichen. Bei Über
schreiten der Schwellenwerte wird ein Verbrennungsaussetzer
erkannt (z. B. EP 0 576 705 B1).
Verbrennungsaussetzer einzelner oder mehrerer Zylinder führen
zu einer Verlangsamung der Winkelgeschwindigkeit der Kurbel
welle. Den physikalischen Hintergrund bildet der Verlust an
Rotationsenergie bei nicht erfolgter Verbrennung. Da der Meß
effekt, insbesondere bei höheren Drehzahlen der Kurbelwelle
sehr gering ist, muß die Winkelgeschwindigkeit sehr genau ge
messen werden.
Zur Messung der Winkelgeschwindigkeit dient in der Regel ein
Geberzahnrad mit Winkelinkrementen, das fest mit der Kurbel
welle verbunden ist und dessen ferromagnetischen Zähne an ei
nem induktiven Sensor während der Drehbewegung der Kurbelwel
le ein Spannungssignal erzeugen. Als Standard bei den Impuls
gebern auf der Kurbelwelle von Brennkraftmaschinen haben sich
Zahnräder mit 60 Zähnen und einer Lücke von 2 Zähnen durchge
setzt. Durch die Aussparung von Zähnen erhält man eine Win
kelreferenz, mit deren Hilfe auch der Absolutwinkel und damit
die Stellung der Kurbelwelle eindeutig bestimmt werden kann.
Aus dem Signal des Sensors wird in einer Auswerteelektronik
die zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern verwendeten
Laufunruhewerte ermittelt (WO97/20195).
Tritt bei dem induktiven Sensor eine Unterbrechung der Lei
tungen (Leitungsbruch) auf, so besteht die Gefahr, daß dieser
Leitungsbruch, insbesondere bei hohen Drehzahlen der Kurbel
welle nicht in jedem Fall sicher erkannt werden kann, da auf
grund von kapazitiven Kopplungen weiterhin ein Ausgangssignal
an die Auswerteelektronik geliefert wird. Dies kann zu Fehl
detektionen führen, d. h. es werden fälschlicherweise Verbren
nungsaussetzer festgestellt und sowohl unnötige Einträge in
den Fehlerspeicher, als auch die Aktivierung einer Fehlerlam
pe (MIL-malfunction indication lamp) ausgelöst.
Aus der EP 0 581 993 B1 ist eine Schaltungsanordnung zum
Steuern einer Last und zum Erkennen einer Unterbrechung der
Leitung zu der Last bekannt, bei der ein Meßwiderstand in
Reihe zur Last angeordnet ist und dessen Widerstandswert in
Abhängigkeit von dem Laststrom durch eine Umschalteinrichtung
geändert wird. Ferner meist sie eine Diagnoseeinrichtung auf,
die ein Diagnosesignal erzeugt, wenn der durch den Laststrom
hervorgerufene Spannungsabfall über dem Meßwiderstand einen
Schwellenwert unterschreitet.
Aus der DE-PS 28 41 289 ist ein Verfahren und eine Vorrich
tung zum Prüfen von induktiven Impulsgebern bekannt. Dabei
werden ein der Amplitude der vom Impulsgeber erzeugten Span
nung proportionales erstes Signal und gleichzeitig ein der
Frequenz der Impulse proportionales zweites Signal gebildet.
Aus dem Verhältnis von erstem zu zweitem Signal wird ein
drittes Signal gebildet, das mit einer vorgegebenen, für die
Impulsgeberbauart typischen Größe verglichen wird, wobei die
Differenz zwischen drittem Signal und typischer Größe als Gü
tekriterium verwendet wird. Die Bildung der drei Signale er
folgt gleichzeitig mittels einer Spule als Tiefpaß, die mit
einem Nebenwiderstand zwischen die Anschlüsse des induktiven
Gebers geschaltet ist, wobei am Verbindungspunkt von Spule
und Widerstand eine Auswerteeinheit angeschlossen ist.
Diese bekannten Anordnungen haben den Nachteil, daß zur De
tektion von Fehlern der Geber/Sensoranordnung zusätzliche
Bauelemente aufgewendet werden müssen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzu
geben, mit dem auf einfache Weise ohne zusätzlichen Aufwand
an Bauelementen Leitungsbrüche eines induktiven Sensors, des
sen Signal zur Auswertung von Verbrennungsaussetzern verwen
det wird, erkannt werden können.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprü
chen angegeben.
Durch Vergleich der Laufunruhewerte, die aufgrund der vom
Sensor gemessenen Segmentzeiten auf bekannte Weise berechnet
werden, mit einem Schwellenwert erhält man eine zuverlässige
Aussage, ob ein Leitungsbruch vorliegt oder nicht.
Um eine sichere Unterscheidung treffen zu können, ob ein Ver
brennungsaussetzer vorliegt oder ein Leitungsbruch, ist der
Schwellenwert für die Laufunruhe zur Erkennung eines Lei
tungsbruches höher gewählt, als der Schwellenwert zur Erken
nung eines Verbrennungsaussetzers.
Das Verfahren wird im folgenden anhand der Zeichnungsfiguren
näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 in Prinzipdarstellung eine Anordnung zur Messung der
Winkelgeschwindigkeit,
Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zur Erkennung eines Leitungsbru
ches.
In Fig. 1 ist mit dem Bezugszeichen 1 ein ferromagnetische
Zähne aufweisendes Geberzahnrad mit Winkelinkrementen der
Breite Δϕ bezeichnet, das auf einer Kurbelwelle 2 montiert
ist. Von einem induktiven Sensor 3 wird während der Drehbewe
gung der Kurbelwelle 2 ein Spannungssignal erzeugt, das mit
dem Abstand der Zahnradstirnfläche schwankt. Das Geberzahnrad
1 bildet somit den Modulator zur Umformung der amplitudenana
logen Eingangsgröße Winkelgeschwindigkeit in ein frequenzana
loges Signal. Die Nulldurchgänge dieses Signals enthalten
ebenfalls die Information über den momentanen Winkel. Durch
die Abfolge der Zahnlücken und der ferromagnetischen Zähne
des Geberzahnrads I ändert sich das Magnetfeld, das bei
spielsweise von einem Permanentmagneten im Sensor 3 erzeugt
wird.
Ein Zahnrad mit Z Zähnen und einem Radius R wird üblicherwei
se durch sein Modul
gekennzeichnet. Für eine ausrei
chend starke Magnetfeldänderung zur Signalgewinnung sind bei
den magnetischen Sensoren nur Module innerhalb gewisser Gren
zen zulässig. Das bedeutet bei vorgegebenem Radius R eine Be
schränkung der maximalen Anzahl Z der Zähne und damit der ma
ximalen Winkelauflösung. Ein Winkelinkrement ist gleich
Das Sensorsignal wird über Leitungen 30 zu einem
Diskriminator 4 übertragen. Aus dem vom Sensor 3 gelieferten
Signal erzeugt dieser Diskriminator 4, der z. B. aus einem
Schmitt-Trigger und einem Flankendetektor bestehen kann, ein
Rechtecksignal, das durch den Abstand zwischen zwei Flanken
T(n) (Periodendauer) gekennzeichnet ist. Die Quantisierung
dieses Signals erfolgt mit Hilfe eines Zählers 5 und einer
Referenzfrequenz 6. Der so erhaltene Zählerstand ist mit
ein Maß für die Winkelgeschwindigkeit ω.
Bestimmt man die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle mit
tels eines Inkrementalgebers, indem die Zeit Tn zum Über
streichen eines Zylindersegmentes gemessen wird, bei einer 6-
Zylinder-Viertaktbrennkraftmaschine z. B. über 120°, kann die
Werte folge von Tn zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern
herangezogen werden. In der Differenz zweier aufeinanderfol
gender Segmentzeiten ΔTn=Tn-Tn-1 oder der mit Tn 3 normierte
Segmentzeitdifferenz ΔTn/Tn 3 äußert sich ein Verbrennungs
aussetzer dann in einen charakteristischen Einbruch im Si
gnalverlauf.
In der Auswerteelektronik 8 werden aus den Segmentzeiten
Laufunruhewerte ermittelt, wie es in dem Verfahren nach der
EP 0 576 705 A1 beschrieben ist. Hierzu werden aus den gemes
senen Segmentzeiten Tn für jeden Zylinder n ein Laufunruhe
wert LUn auf der Basis der Differenz ΔTn von Segmentzeiten
zweier Zylindersegmente berechnet. Dieser wird mit einem er
sten Schwellenwert SW1_LUGn verglichen, der über ein Kennfeld
KF1 aus der gemessenen Last, Drehzahl und Temperatur berech
net wird. Bei Überschreiten des Schwellenwertes SW1_LUGn wird
dann auf einen Verbrennungsaussetzer erkannt.
Das in der EP 0 583 496 A1 beschriebene Verfahren berücksich
tigt noch mechanische Zahnradtoleranzen durch eine Korrektur
der gemessenen Segmentzeiten mittels eines Korrekturfaktors,
der im Betriebszustand Schubabschaltung der Brennkraftmaschi
ne adaptiert wird. Dadurch ist eine noch genauere Auswertung
der Laufunruhewerte möglich. Für das erfindungsgemäße Verfah
ren ist aber jedes Verfahren zur Bestimmung von Laufunruhe
werten geeignet.
In Fig. 2 ist ein Ablaufdiagramm für das erfindungsgemäße
Verfahren dargestellt.
In einem ersten Verfahrensschritt S1 werden die Segmentzeiten
Tn gemessen, d. h. diejenigen Zeitspannen, die die Kurbelwelle
benötigt, um sich während des Arbeitstaktes eines Zylinders
um einen bestimmten Kurbelwinkel zu drehen. Dies kann bei
spielsweise mit einer Einrichtung gemäß Fig. 1 erfolgen.
Anschließend werden aus den gemessenen Segmentzeiten Tn im
Verfahrensschritt S2 Laufunruhewerte LUn nach einem beliebi
gen bekannten Verfahren berechnet. Je nach Art des verwende
ten Verfahrens werden dabei verschiedene dynamische Einflüs
se, die beim Betrieb der Brennkraftmaschine auftreten (Be
schleunigung, Verzögerung) kompensiert. Ein mögliches Verfah
ren zur Berechnung von Laufunruhewerten ist beispielsweise in
der europäischen Patentanmeldung EP 0 576 705 B1 beschrieben.
Gemäß diesem bekannten Verfahren wird durch Messung der auf
einanderfolgenden Zeitspannen (Segmentzeiten), die die Kur
belwelle während der Arbeitstakte der hinsichtlich der Zünd
folge aufeinanderfolgenden Zylinder zum Durchlaufen vorgege
bener Winkelspannen benötigt, für jeden Zylinder ein Laufun
ruhewert ermittelt. Diese Laufunruhewerte setzen sich aus ei
ner statischen Komponente, einer die allgemeine Drehzahlten
denz berücksichtigenden dynamischen Komponente und einer, die
Beschleunigungs- und Verzögerungsänderungen berücksichtigen
den Komponente zusammen. Diese Anteile werden dabei auf der
Basis der Differenz der Zeitspannen direkt aufeinanderfolgen
der Zylinder bzw. auf der Basis der Differenz der Zeitspannen
weiter auseinanderliegender Zylinder berechnet.
Gleichzeitig zur Messung der Segmentzeiten Tn wird im Verfah
rensschritt S3 laufend über entsprechende Sensoren die Dreh
zahl, die Last und die Temperatur der Brennkraftmaschine ge
messen.
Im Verfahrensschritt S4 werden aus über Drehzahl und Last
aufgespannten, in einem Speicher einer elektronischen Steue
rungseinrichtung der Brennkraftmaschine abgelegtem Kennfeld
KF2 der Schwellenwert SW2_LUGn ausgelesen. Er wird auf einem
Fahrzeugprüfstand für den entsprechenden Antriebstyp be
stimmt.
In Verfahrensschritt S5 wird der Laufunruhewert LUn mit dem
Schwellenwert SW2_LUGn verglichen. Ist der Laufunruhewert LUn
kleiner als der Schwellenwert SW2_LUGn, so wird im Verfah
rensschritt S7 ein Leitungsbruch registriert. Ist der Wert
LUn größer oder gleich dem Schwellenwert, so wird kein Lei
tungsbruch registriert (Verfahrensschritt S6). Beide Ergeb
nisse der Abfrage im Verfahrensschritt S5 werden einer stati
stischen Auswertung (Verfahrensschritt S8) zugeführt, da bei
einzelnen erkannten Leitungsunterbrechungen das Risiko einer
Fehldetektion aufgrund nicht reproduzierbarer Einflüsse zu
groß wäre. Ein Eintrag in einen Fehlerspeicher 9 erfolgt des
halb nur, wenn z. B. eine bestimmte Anzahl von Schwellen
wertüberschreitungen stattgefunden hat. Parallel zum Eintrag
in den Fehlerspeicher 9 kann auch eine Fehlerlampe 10 akti
viert werden (Fig. 1).
Claims (5)
1. Verfahren zum Erkennen von Leitungsbrüchen bei einem in
duktiven Sensor (3) zur Erfassung der Geschwindigkeit einer
sich drehenden Welle (2), insbesondere einer Kurbelwelle
einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine, durch Messen der
Segmentzeiten (Tn), die die Welle (2) während der Ar
beitstakte der einzelnen Zylinder zum Durchlaufen vorgege
bener Winkelspannen benötigt und Berechnen von Laufunruhe
werten (LUn) aus diesen Segmentzeiten (Tn), um daraus durch
Vergleich mit einem ersten Schwellenwert (SW1_LUGn) eine
Aussage über Verbrennungsaussetzer der Brennkraftmaschine
abzuleiten,
dadurch gekennzeichnet, daß
die die Laufunruhewerte (LUn) mit einem zweiten Schwellenwert
(SW2_LUGn) verglichen werden und bei Überschreiten des
zweiten Schwellenwertes (SW2_LUGnt) auf einen Bruch der Lei
tungen (30) des Sensors (3) erkannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Schwellenwert (SW2_LUGn) zur Erkennung eines Leitungsbru
ches höher gewählt ist, als der Schwellenwert (SW1_LUGn)
zur Erkennung von Verbrennungsaussetzern.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß bei Überschreiten des zweiten Schwellenwertes
(SW2_LUGn) ein Fehlereintrag in einen Fehlerspeicher (9)
erfolgt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein
Fehlereintrag erst nach einer statistischen Auswertung der
Anzahl der Überschreitungen erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
der Schwellenwert (SW2_LUGn) auf dem Prüfstand last- und dreh
zahlabhängig ermittelt wird und in einem Kennfeld (KF2) ei
nes Speichers abgelegt ist.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1997141780 DE19741780B4 (de) | 1997-09-22 | 1997-09-22 | Verfahren zur Erkennung von Leitungsbrüchen bei einem induktiven Sensor |
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