DE10116485B4

DE10116485B4 - Vorrichtung und Verfahren zum Ermitteln der Motordrehzahl eines Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE10116485B4
Application number: DE2001116485
Authority: DE
Inventors: Peter Kupske
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2001-04-03
Filing date: 2001-04-03
Publication date: 2007-01-11
Anticipated expiration: 2021-04-04
Also published as: DE10116485A1

Abstract

Vorrichtung zum Ermitteln der Motordrehzahl eines Verbrennungsmotors mit:
(a) einer Motorsteuerung (2);
(b) einem zum Erfassen eines in mindestens einem Saugrohr (6) des Motors vorhandenen Saugrohrdrucks vorgesehenen Drucksensor (4), von dem die Motorsteuerung (2) entsprechende Drucksignale erhält, auf deren Basis die Motordrehzahl ermittelbar ist; und
(c) einem zum Erfassen einer Drehzahl der Kurbelwelle (14) des Motors vorgesehenen ersten Drehzahlsensor (12), der mit der Motorsteuerung (2) in Verbindung steht, um die Motordrehzahl im Normalbetrieb des Motors zu ermitteln, wobei der Drucksensor (4) zum Ermitteln der Motordrehzahl im Notbetrieb vorgesehen ist und wobei der erste Drehzahlsensor (12) ein an der Kurbelwelle (14) vorgesehenes Signal-Geberrad (16) mit einer vorbestimmten Zähnezahl aufweist und die Motorsteuerung (2) derart ausgebildet ist, dass eine auf Basis der Drucksignale ermittelte Zeit für einen Motorzyklus (t_Z) auf die Zähnezahl des Signal-Geberrades (16) des ersten Drehzahlsensors (12) geteilt wird, um im Notbetrieb die im Normalbetrieb mit dem...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zum Ermitteln der Motordrehzahl eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Vier-Takt-Motors, um einen Notbetrieb des Motors zu ermöglichen.

Üblicherweise wird die Motordrehzahl mit Hilfe eines an der Kurbelwelle des Motors vorgesehenen Drehzahlsensors ermittelt. Beim Ausfall des Kurbelwellen-Sensors kann in manchen im Stand der Technik bekannten Vorrichtungen die Drehzahl aus einem zweiten, an der Nockenwelle des Motors vorgesehenen Drehzahlsensor ermittelt werden. Üblicherweise kann jedoch bei diesen bekannten Vorrichtungen beispielsweise beim Ausfall des Nockenwellen-Sensors kein Ersatzsignal gebildet werden, was den Motorstillstand zur Folge hat.

In der DE 41 25 677 A1 wird eine notlauffähige Steuervorrichtung an einer Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung zur Ermittlung der Winkelstellung der Kurbelwelle, mit einer Referenzmarkierung und Zählmarkierungen zur Erzeugung von Referenzsignalen und Kurbelwellensignalen beschrieben. Die Steuervorrichtung umfaßt weiter eine Einrichtung zur Zylindererkennung mit einem Phasengeber, der ein Nockenwellensignal bestimmter Toleranzbreite erzeugt. Entsprechend dieser Druckschrift wird das Nockenwellensignal bzw. ein mit der Nockenwelle verbundenes Blendenteil durch entsprechende Aussparungen so ausgelegt, daß nacheinander weitere Impulse als Low-Phasen in der Anzahl der Zylinder und jeweils der Reihe nach einem Zylinder zugeordnet zur Verfügung gestellt werden, wobei wenigstens ein Impuls (Low-Phase I und VI) eine zu den anderen Impulsen (Low-Phasen II bis V) unterschiedliche impulsbreite aufweist. Durch ein so modifiziertes Nockenwellensignal kann ein Notlauf einer Brennkraftmaschine bei einem Ausfall der Kurbelwellensignale; der Referenzsignale oder der Nockenwellensignale gewährleistet werden, da die unterschiedlichen Impulsbreiten für eine Auswertung und Steuerung herangezogen werden können.

Die in der DE 41 25 677 A1 beschriebene Steuervorrichtung hat jedoch ebenfalls den Nachteil, daß es beim Ausfall des Kurbelwellensensors und des Nockenwellensensors zum Stillstand des Motors kommt.

Aus dem japanischen Abstract JP 58-071463 A ist ein Verfahren zur Ermittlung ganzzahliger Umdrehungen eines Motors mittels eines Drucksensors bekannt. Zum weiteren technischen Hintergrund wird auf die DE 100 26 267 A1 hingewiesen.

Die DE 196 38 010 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Phasenlage bei einer Vier-Takt-Brennkraftmaschine mit ungerader Zylinderzahl und ohne Nockenwellensensor. Die Erkennung der Phasenlage erfolgt, indem ein von einem Kurbelwellen-Winkelsensor abgegebenes erstes Signal, das eine Singularität aufweist, zu einem zweiten Signal, das beispielsweise ein Drehzahlsignal oder das Ausgangssignal eines Saugrohr-Drucksensors ist, in Bezug gesetzt wird und der Verlauf des zweiten Signals im Bereich der Singularität des ersten Signals ausgewertet wird. Da dieser Signallauf unterschiedlich ist, je nachdem, ob sich die Kurbelwelle in ihrer ersten oder zweiten Umdrehung befindet, läßt sich die Phasenlage bestimmen.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Ermittlung der Motordrehzahl eines Verbrennungsmotors zur Verfügung zu stellen, mit der/dem ein Notbetrieb des Motors bei einem Ausfall der normalerweise verwendeten Drehzahlsensorik gewährleistet wird. Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.

Die Erfindung geht dabei von dem Grundgedanken aus, den Saugrohrdruck in mindestens einem Saugrohr des Motors zu erfassen, ein dem Druck entsprechendes Drucksignal zu erzeugen und einer Motorsteuerung zuzuführen, die auf Basis des Drucksignals die Motordrehzahl ermittelt. Entsprechend einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erfolgt die Ermittlung der Motordrehzahl dadurch, daß die Motorsteuerung auf Basis der Drucksignale eine Zeitdauer für einen Motorzyklus (beim Vier-Takt-Motor zwei Umdrehungen (720° Kurbelwinkel); beim Zwei-Takt-Motor eine Umdrehung (360° Kurbelwinkel)) ermittelt, die auf eine Zähnezahl eines an der Kurbelwelle des Motors vorgesehenen Signal-Geberrades geteilt wird, um im Notbetrieb die während eines Normalbetriebs gemessenen Zeitintervalle durch Berechnung zu ermitteln.

Erfindungsgemäß wird also der gemessene Saugrohrdruck ausgewertet und zu einem Drehzahlsignal aufbereitet. Dadurch kann eine Ermittlung der Motordrehzahl selbst beim Ausfall üblicherweise verwendeter Drehzahlsensoren gewährleistet und zumindest ein Motornotbetrieb ermöglicht werden. Die der Erfindung zugrunde liegende Grundidee ist jedoch auch generell zur Ermittlung der Motordrehzahl eines Verbrennungsmotors im Normalbetrieb geeignet.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungenanhand zweier bevorzugter Ausführungsformen näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
2 eine zweite bevorzugte Ausführungsform;
3 ein Druck-Zeit-Diagramm, in dem der gemessene Saugrohrdruck dargestellt ist; und
4 eine schematische Darstellung von Kurbelwellen-, Nockenwellen- und Saugdrucksignalen über der Zeit.
Entsprechend der schematischen Darstellung gemäß 1 weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Motorsteuerung 2 auf, die mit mindestens einem Saugrohr-Drucksensor 4 in Verbindung steht. Der Saugrohr-Drucksensor 4 dient zum Erfassen des in einem schematisch dargestellten Saugrohr 6 herrschenden Saugrohrdrucks. Alternativ zu der in 1 dargestellten Ausführungsform können auch mehrere der Drucksensoren 4 vorgesehen sein, um den Saugrohrdruck in verschiedenen Saugrohren zu erfassen.
Der Saugrohr-Drucksensor 4 steht mit einer Auswerteeinrichtung 8 in Verbindung, die dazu vorgesehen ist, den mittels des Drucksensors 4 gemessenen Saugrohrdruck auszuwerten. Diese Auswertung erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß der Saugrohrdruck zeitabhängig gemessen und entsprechend seinem zeitlichen Verlauf ausgewertet wird. Eine beispielhafte Darstellung des von der Auswerteeinrichtung 8 ermittelten zeitlichen Druckverlaufs ist in 3 für einen Vier-Takt-Motor schematisch dargestellt. Der Druckverlauf gemäß 3 zeigt, daß sich nach einem Motorzyklus, d. h. bei einem Vier-Takt-Motor nach zwei Umdrehungen bzw. 720° Kurbelwinkel, der ermittelte Druckverlauf wiederholt. Die Auswerteeinrichtung 8 ermittelt die Zeit für einen derartigen Motorzyklus t_Z und führt diesen Wert der Motorsteuerung 2 zu. Die Auswerteeinrichtung 8 steht zu diesem Zweck mit der Motorsteuerung 2 in Verbindung. Vorzugsweise ist die Auswerte einrichtung 8 mit der Motorsteuerung 2 zu einer Steuerungseinrichtung 10 zusammengefaßt, wie dies durch die strichpunktierte Linie in 1 angedeutet ist.
Aus der der Motorsteuerung 2 zugeführten Zykluszeit t_Z kann die aktuelle Motordrehzahl ermittelt werden. Folglich ist es erfindungsgemäß möglich, auf Grundlage der mit dem Drucksensor 4 erfaßten Saugrohrdrücke die Motordrehzahl unabhängig von Drehzahlsignalen der Kurbel- und/oder Nockenwelle zu ermitteln.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln der Motordrehzahl eines Verbrennungsmotors ist insbesondere vorgesehen, um bei Ausfall der üblichen Drehzahlsensoren einen Notbetrieb des Motors weiter zu ermöglichen. Für einen derartigen Fall ist entsprechend der Darstellung gemäß 1 zur Drehzahlerfassung im Normalbetrieb des Motors ein erster Drehzahlsensor 12 zum Erfassen der Drehzahl der Kurbelwelle 14 des Motors vorgesehen. Der Sensor 12 ist ein herkömmlicher Drehzahlsensor, z. B. ein Hallsensor, der mit einem üblicherweise an der Kurbelwelle 14 vorgesehenen Sensor-Geberrad 16 zusammenarbeitet. Das Sensor-Geberrad 16 weist herkömmlicherweise Winkelmarken auf, mit denen im Sensor 12 Spannungsimpulse erzeugt werden, auf Grundlage derer die mit dem Sensor 12 in Verbindung stehende Motorsteuerung 2 die Motordrehzahl ermittelt. Entsprechend der schematischen Darstellung in 1 können die Winkelmarken beispielsweise als Zähne ausgebildet sein. Bei Ausfall des ersten Drehzahlsensors 12 käme es herkömmlicherweise zum Motorstillstand, da die Motorsteuerung 2 keine ausreichenden Informationen mehr erhält, um beispielsweise die Einspritz- und Zündzeitpunkte exakt zu bestimmen. In diesem Fall kann beispielsweise die vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Vorrichtung zur Ermittlung der Motordrehzahl auf Grundlage des Saugrohrdrucks zumindest einen Notbetrieb des Motors gewährleisten.
Wie bereits vorstehend beschrieben, sind auch Drehzahl-Erfassungssysteme bekannt, bei denen neben dem ersten Drehzahlsensor an der Kurbelwelle 14 des Motors ein zweiter Drehzahlsensor 18 im Bereich der Nockenwelle 20 des Motors vorgesehen ist. Sollte einer der Drehzahlsensoren 12 oder 18 ausfallen, könnte unter Umständen der entsprechende andere Sensor einen Motorstillstand noch verhindern. Bei einem Ausfall beider Sensoren 12 und 18 wäre ein Motorstillstand jedoch nicht zu vermeiden. Dies kann durch die erfindungsgemäße Vorrichtung verhindert werden, indem die Motordrehzahl auf Grundlage des Saugrohrdrucks ermittelt wird.
Bei einem Ausfall beider Drehzahlsensoren 12 und 18 kann mittels des Drucksensors 4 die Zykluszeit t_Z für einen Motorzyklus, d. h. beim Vier-Takt-Motor die Zeit für zwei Motorumdrehungen und bei einem Zwei-Takt-Motor die Zeit für eine Motorumdrehung, bestimmt werden. Die durch die Auswerteeinrichtung 8 ermittelte Zykluszeit t_Z wird auf die vorbekannte Zähnezahl des Sensor-Geberrades 16 aufgeteilt, wodurch die sonst durch den ersten Drehzahlsensor 12 gemessenen Zeitintervalle rechnerisch nachgebildet werden. Diese rechnerisch ermittelten Zeitintervalle können dann der Motorsteuerung 2 in gleicher Weise zugeführt werden, wie sonst die durch den ersten Sensor 12 ermittelten Zeitintervalle, wodurch der Motorsteuerung 2 in beiden Betriebsarten im wesentlichen die gleichen Eingangsgrößen zugeführt werden.
Mit dieser in 2 dargestellten Ausführungsform kann ein besonders effektiver Aufbau bereitgestellt werden, mit dem ein Notbetrieb des Motors sichergestellt werden kann, wobei die Motorsteuerung 2 nichtzwangsläufig einen zusätzlichen Eingang zum Zuführen der von dem Drucksensor 4 bzw. dessen Auswerteeinrichtung 8 ermittelten Signalen benötigt.
In 4 ist der Zusammenhang zwischen dem vom Kurbelwellensensor 12 normalerweise gelieferten Signal KW, dem vom Nockenwellensensor 18 im Normalfall bereitgestellten Nockenwellensignal NW und dem vom Drucksensor 4 erfaßten Saugrohrdruck P_S schematisch dargestellt. Erfindungsgemäß kann aus dem Saugrohrdruck-Signal P_S ein Nockenwellensignal NW und/oder Kurbelwellensignal KW rechnerisch nachgebildet werden, so daß für die Dauer einer ausreichenden Signalgüte des P_S-Signals ein Motorbetrieb aufrecht erhalten werden kann (z.B. bei einem Ausfall des Kurbel- und Nokkenwellensensors).

Claims

Vorrichtung zum Ermitteln der Motordrehzahl eines Verbrennungsmotors mit: (a) einer Motorsteuerung (2); (b) einem zum Erfassen eines in mindestens einem Saugrohr (6) des Motors vorhandenen Saugrohrdrucks vorgesehenen Drucksensor (4), von dem die Motorsteuerung (2) entsprechende Drucksignale erhält, auf deren Basis die Motordrehzahl ermittelbar ist; und (c) einem zum Erfassen einer Drehzahl der Kurbelwelle (14) des Motors vorgesehenen ersten Drehzahlsensor (12), der mit der Motorsteuerung (2) in Verbindung steht, um die Motordrehzahl im Normalbetrieb des Motors zu ermitteln, wobei der Drucksensor (4) zum Ermitteln der Motordrehzahl im Notbetrieb vorgesehen ist und wobei der erste Drehzahlsensor (12) ein an der Kurbelwelle (14) vorgesehenes Signal-Geberrad (16) mit einer vorbestimmten Zähnezahl aufweist und die Motorsteuerung (2) derart ausgebildet ist, dass eine auf Basis der Drucksignale ermittelte Zeit für einen Motorzyklus (t_Z) auf die Zähnezahl des Signal-Geberrades (16) des ersten Drehzahlsensors (12) geteilt wird, um im Notbetrieb die im Normalbetrieb mit dem ersten Drehzahlsensor (12) gemessenen Zeitintervalle durch Berechnung zu ermitteln und der Motorsteuerung (2) zuzuführen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die einen zum Erfassen einer Drehzahl der Nockenwelle (20) des Motors vorgesehenen zweiten Drehzahlsensor (18) aufweist, der mit der Motorsteuerung (2) in Verbindung steht, um die Motordrehzahl zu ermitteln.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Motorsteuerung (2) eine mit dem Drucksensor (4) in Verbindung stehende Auswerteeinrichtung (8) aufweist und/oder mit ihr in Verbindung steht.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Motorzyklus (t_Z) für einen 4-Takt-Motor zwei Motorumdrehungen oder 720° Kurbelwinkel beträgt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Motorzyklus (t_Z) für einen 2-Takt-Motor eine Motordrehung oder 360° Kurbelwinkel beträgt.
Verbrennungsmotor mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5.
Verfahren zum Ermitteln der Motordrehzahl eines Verbrennungsmotors mit den Schritten: (a) Erfassen eines in mindestens einem Saugrohr (6) des Motors vorhandenen Saugrohrdrucks; (b) Zuführen eines dem ermittelten Saugrohrdruck entsprechenden Drucksignals an eine Motorsteuerung (2); und (c) Ermitteln der Motordrehzahl auf Basis des Drucksignals, wobei die Motorsteuerung (2) auf Basis der Drucksignale eine Zeitdauer (t_Z) für einen Motorzyklus ermittelt, die auf eine Zähnezahl eines an der Kurbelwelle (14) des Motors vorgesehenen Signal-Geberrades (16) geteilt wird, um im Notbetrieb die während eines Normalbetriebs gemessenen Zeitintervalle durch Berechnung zu ermitteln und der Motorsteuerung (2) zuzuführen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Ermitteln der Motordrehzahl in einer Auswerteeinrichtung (8) erfolgt, die mit der Motorsteuerung (2) in Verbindung steht und/oder Teil der Motorsteuerung (2) ist.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Motorzyklus (t_Z) für einen 4-Takt-Motor als zwei Motorumdrehungen oder 720° Kurbelwinkel festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Motorzyklus (t_Z) für einen 2-Takt-Motor als eine Motorumdrehung oder 360° Kurbelwinkel festgelegt wird.
Verwendung der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, des Verbrennungsmotors nach Anspruch 6 und/oder des Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 10 in einem Motorrad.