DE19825023C2 - Verfahren und Anordnung zum Bestimmen der Motordrehzahl eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen der Motor­ drehzahl eines Kraftfahrzeugs sowie eine entsprechende Anord­ nung.

Ein wesentlicher Bestandteil von Tests, z. B. Abgastests, an Kraftfahrzeugmotoren ist die Bestimmung der Motordrehzahl. Dies geschieht bisher beispielsweise mit Hilfe von induktiven oder optischen Drehzahlgebern an der Kurbelwelle oder piezo­ elektrischen Sensoren an den Einspritzleitungen. Die Plazie­ rung solcher Sensoren wird jedoch durch die zunehmend kompak­ tere Bauweise von Motoren bzw. deren Kapselung erschwert oder sogar unmöglich gemacht.

Für fremdgezündete Ottomotoren ist es z. B. aus der EP 0 315 357 A1 bekannt, die Drehzahl aus der Frequenz der Zündimpulse zu bestimmen, die als Störimpulse in dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs erscheinen und somit über die Bordnetz­ spannung erfaßbar sind; dabei muß jedoch die Zylinderzahl des Motors bekannt sein.

Ein sowohl für Ottomotoren als auch für selbstzündende Dieselmotoren geeignetes und aus der DE 26 48 382 A1 be­ kanntes Verfahren sieht vor, die Drehzahl aus der Frequenz der von der Lichtmaschine erzeugten Wechselspannung zu be­ stimmen, wozu die Restwelligkeit der Bordnetzspannung erfaßt wird. Voraussetzung hierfür ist jedoch, daß sowohl die Zy­ linderzahl des Motors als auch die Übersetzung zwischen dem Motor und der Lichtmaschine bekannt sind.

In diesem Zusammenhang wird in der EP 0 408 877 B1 vor­ geschlagen, das Übersetzungsverhältnis zwischen Motor und Lichtmaschine dadurch zu ermitteln, daß neben dem Frequenz­ anteil der von der Lichtmaschine herrührenden Restwelligkeit der Bordnetzspannung ein weiterer, niederfrequenterer Fre­ quenzanteil ermittelt wird, der durch die diskontinuierliche Arbeitsweise des Motors, insbesondere des Dieselmotors im Leerlauf, verursacht wird. Das Verhältnis beider Frequenz­ anteile entspricht dabei dem gesuchten Übersetzungsverhält­ nis. Auch hier ist für die weitere Bestimmung der Motor­ drehzahl aus der Restwelligkeit der Bordnetzspannung und dem ermittelten Übersetzungsverhältnis zusätzlich noch die Kennt­ nis der Zylinderzahl des Motors erforderlich.

Entsprechendes gilt auch für das aus der DE 44 31 720 C1 bekannte Verfahren, bei dem statt des durch die diskonti­ nuierliche Arbeitsweise des Motors verursachten Frequenz­ anteils in der Bordnetzspannung die Motor- oder Auspuff­ geräusche herangezogen werden, um damit die weitere Bestim­ mung der Motordrehzahl aus der Frequenz der von der Licht­ maschine erzeugten Wechselspannung zu kalibrieren. Die Wechselspannung kann dabei an der Lichtmaschine selbst, aus der Bordnetzspannung oder über das magnetische Streufeld der Lichtmaschine erfaßt werden.

Eine neue Entwicklung im Bereich der Kraftfahrzeugtechnik ist der Einsatz von fahrzeugeigenen Diagnosesystemen, sogenannte On-Board-Diagnostic (OBD) Systems, mit denen Neuwagen in den USA seit 1996 und in der Europäischen Union ab dem Jahr 2000 ausgestattet sein müssen. Diese Diagnosesysteme erfassen mit Hilfe geeigneter Sensoren wesentliche Betriebsgrößen des Motors sowie dessen Abgaswerte und detektieren durch Ver­ gleich dieser Größen mit vorgegebenen Richtgrößen Fehlfunk­ tionen des Motors. Neben der Anzeige dieser Fehlfunktionen ist vorgesehen, die zu ihrer Identifizierung und Reparatur erforderlichen Informationen über eine Diagnoseschnittstelle bereitzustellen. Hierzu gehören auch die Drehzahlwerte des Motors. Es ist jedoch davon auszugehen, daß auch in Zukunft diese Drehzahlwerte mit einer vergleichsweise langsamen Datenübertragungsgeschwindigkeit an der Diagnoseschnittstelle bereitgestellt werden, so daß sie für eine Drehzahlmessung bei schnellen Drehzahländerungen nicht geeignet sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine einfache und genaue Drehzahlbestimmung an Motoren von Kraftfahrzeugen zu ermöglichen, ohne daß hierzu fahrzeugspezifische Hersteller­ informationen, wie z. B. die Zylinderzahl des Motors, er­ forderlich sind.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe durch das in Anspruch 1 angegebene Verfahren bzw. die in Anspruch 4 angegebene Anord­ nung gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Anordnung sind in den Unteransprü­ chen angegeben.

Das Diagnosesystem des Kraftfahrzeugs stellt also über die Diagnoseschnittstelle Drehzahlwerte des Motors bereit. Par­ allel dazu wird eine drehzahlproportionale Meßgröße, bei­ spielsweise die Frequenz der von der Lichtmaschine erzeugten Wechselspannung oder die Frequenz der Motorgeräusche, er­ zeugt. Mit dem Verhältnis zwischen einem der bereitgestellten Drehzahlwerte und einem bei gleicher Motordrehzahl, d. h. zeitgleich oder bei konstanter Motordrehzahl, ermittelten Wert der Meßgröße wird ein Proportionalitätsfaktor bestimmt, mit dem für die weitere Drehzahlbestimmung die Meßgröße multipliziert wird, um so die Motordrehzahl zu erhalten. Die Bestimmung des Proportionalitätsfaktors ist zeitunkritisch, so daß es auf die Datenübertragungsgeschwindigkeit, mit der die Diagnoseschnittstelle die Drehzahlwerte bereitstellt, nicht ankommt. Demgegenüber folgt die drehzahlabhängige Meß­ größe unmittelbar den Änderungen der Motordrehzahl, so daß die Bestimmung der Motordrehzahl aus der Meßgröße auch bei schnellen Drehzahländerungen, wie z. B. der Beschleunigung eines Dieselmotors im Rahmen eines Abgastests, mit hoher Genauigkeit erfolgt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß für die Kalibrierung der Drehzahlmessung mit Hilfe der dreh­ zahlproportionalen Meßgröße keine weiteren, fahrzeugspezi­ fischen Informationen, wie z. B. die Zylinderzahl des Motors, erforderlich sind.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird im folgenden auf die Figuren der Zeichnung Bezug genommen; im einzelnen zei­ gen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung mit einem in einem Kraftfahrzeug enthalte­ nen Diagnosesystem und einer daran angeschlossenen und in einem Abgastester integrierten Auswerte­ einrichtung,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für die Auswerteeinrichtung,

Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungs­ gemäßen Anordnung und

Fig. 4 ein Beispiel für den Verlauf der Motordrehzahl bei einem Diesel-Abgastest.

Fig. 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1, hier mit einem Diesel­ motor 2, das ein fahrzeugeigenes Diagnosesystem 3 aufweist. Das Diagnosesystem 3 erfaßt mit Hilfe von hier nicht ge­ zeigten Sensoren wesentliche Betriebsgrößen des Motors 2, darunter auch dessen Motordrehzahl, und wertet diese Größen im Sinne der Erkennung von Fehlfunktionen des Motors 2 aus. Zur Identifizierung von Fehlfunktionen und deren Reparatur erforderliche Informationen, darunter auch die Werte der Motordrehzahl, werden von dem Diagnosesystem 3 an einer Diagnoseschnittstelle 4 bereitgestellt. An der Diagnose­ schnittstelle 4 ist außerdem die Bordnetzspannung U des Kraftfahrzeuges 1 abgreifbar. Die Bordnetzspannung U weist eine Restwelligkeit aus, die von der Drehzahl und Polpaarzahl der das Bordnetz speisenden, hier nicht gezeigten Licht­ maschine abhängig ist; die Drehzahl der Lichtmaschine ist wiederum von der Motordrehzahl und der Übersetzung zwischen dem Motor 2 und der Lichtmaschine abhängig.

Das Kraftfahrzeug 1 wird einem Abgastest unterzogen, wozu seine Abgase über eine Entnahmeleitung 5 einem Abgastester 6 zugeführt und in diesem analysiert werden. Die Abgasanalyse erfolgt in Abhängigkeit von der Motordrehzahl, die parallel zur Erfassung der Abgase in einer Auswerteeinrichtung 7 des Abgastesters 6 bestimmt wird. Die Auswerteeinrichtung 7 ist über zwei Leitungen 8 und 9 an der Diagnoseschnittstelle 4 angeschlossen, von der sie über die Leitung 8 die Drehzahl­ werte und über die Leitung 9 die Bordnetzspannung U zugeführt bekommt.

Fig. 2 zeigt ein Beispiel für den Aufbau der Auswerte­ einrichtung 7, die eine Signalaufbereitungseinrichtung 10 sowie zwei Recheneinheiten 11 und 12 enthält. Die Signal­ aufbereitungseinrichtung 10 ermittelt die Frequenz der Rest­ welligkeit der ihr über die Leitung 9 zugeführten Bordnetz­ spannung U. Die Recheneinheit 11 berechnet das Verhältnis zwischen einem ihr von der Diagnoseschnittstelle 4 zugeführ­ ten Drehzahlwert und dem bei gleicher Motordrehzahl in der Signalaufbereitungseinrichtung 10 berechneten Frequenzwert. Bei gleicher Motordrehzahl bedeutet hier, daß der Drehzahl­ wert auf der Leitung 8 und der in der Signalaufbereitungs­ einrichtung 10 ermittelte Frequenzwert gleichzeitig auftreten oder daß bei einer Zeitverschiebung zwischen dem Auftreten dieser beiden Werte die Motordrehzahl innerhalb dieser Zeit­ verschiebung konstant bleibt. Das in der Recheneinheit 11 berechnete Verhältnis wird bis zu seiner erneuten Berechnung in Form eines Proportionalitätsfaktors zwischengespeichert, der der zweiten Recheneinheit 12 zugeführt wird. Während des Abgastests wird in der Signalaufbereitungseinrichtung 10 laufend die Frequenz des Wechselspannungsanteils der Bord­ netzspannung berechnet und der Recheneinheit 12 zugeführt. In dieser werden die ihr zugeführten Frequenzwerte mit dem von der Recheneinheit 11 gelieferten Proportionalitätsfaktor multipliziert, so daß an einem Ausgang 13 der Recheneinheit 12 die tatsächliche Motordrehzahl zur Verfügung steht.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel der erfin­ dungsgemäßen Anordnung unterscheidet sich von dem Ausfüh­ rungsbeispiel nach Fig. 1 dadurch, daß der Auswerteeinrich­ tung 7 anstelle der Bordnetzspannung U eine andere zu der Motordrehzahl proportionale Meßgröße über eine Leitung 9' zugeführt wird. Bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich dabei um die Motorgeräusche, die mittels eines Geräuschsensors 14 im Motorraum aufgenommen werden. Darüber hinaus kommen auch andere Meßgrößen in Betracht, soweit sie zur Motordrehzahl proportional sind.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel für den Verlauf der Motordrehzahl n über die Zeit t bei einem Diesel-Abgastest. Von einer sta­ bilen Drehzahl aus, z. B. der Leerlaufdrehzahl n₁, wird der Motor 2 bis zur Abregeldrehzahl n₂ frei beschleunigt, wobei der Motor 2 seine eigene Trägheit als Last zu bewältigen hat. Während der Beschleunigungszeit t_B, die größenordnungsmäßig etwa nur eine Sekunde beträgt, wird laufend die Motordrehzahl n als Produkt der drehzahlproportionalen Meßgröße auf der Leitung 9 bzw. 9' und des Proportionalitätsfaktors bestimmt. Der Proportionalitätsfaktor wird zuvor während des Leerlaufs des Motors 2 als Verhältnis zwischen dem Leerlauf-Drehzahl­ wert auf der Leitung 8 und dem Wert der Meßgröße bestimmt. Die Bestimmung des Proportionalitätsfaktors ist wegen der dafür zur Verfügung stehenden längeren Zeit und der Konstanz der Leerlaufdrehzahl n₁ zeitunkritisch, so daß keine besonde­ ren Anforderungen bezüglich der Datenübertragungsgeschwindig­ keit bestehen, mit der die Diagnoseschnittstelle 4 die Dreh­ zahlwerte bereitstellt.

Claims (5)

1. Verfahren zum Bestimmen der Motordrehzahl eines Kraft­ fahrzeugs (1), das ein die Motordrehzahl erfassendes und die zugehörigen Drehzahlwerte an einer Diagnoseschnittstelle (4) bereitstellendes kraftfahrzeugeigenes Diagnosesystem (3) aufweist, wobei an dem Kraftfahrzeug (1) eine zur Motordrehzahl proportionale Meß­ größe erfaßt wird, wobei ferner ein Proportionalitätsfaktor ermittelt wird, der dem Verhältnis zwischen einem an der Diagnoseschnittstelle (4) bereitgestellten Drehzahlwert und dem Wert der bei gleicher Motordrehzahl erfaßten Meßgröße entspricht, und wobei im weiteren die Motordrehzahl aus der Meßgröße und dem Proportionalitätsfaktor bestimmt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Meßgröße zumindest eine der folgenden Größen erfaßt wird:

• - die Frequenz der von der Lichtmaschine des Kraftfahrzeugs (1) erzeugten Wechselspannung,
• - die Frequenz des Wechselspannungsanteils der Bordnetz­ spannung des Kraftfahrzeugs (1),
• - die Frequenz des elektromagnetischen Streufeldes der Lichtmaschine,
• - die Frequenz der mechanischen Vibration des Motors (2),
• - die Frequenz des Motorgeräuschs,
• - die Frequenz der Motorabgase.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Proportionalitätsfaktor bei Leerlauf­ drehzahl des Motors (2) ermittelt wird.

4. Anordnung zum Bestimmen der Motordrehzahl eines Kraft­ fahrzeuges (1) mit einem kraftfahrzeugeigenen Diagnosesystem (3), das die Motordrehzahl erfaßt und die zugehörigen Dreh­ zahlwerte an einer Diagnoseschnittstelle (4) bereitstellt, mit einer Einrichtung (14), die an dem Kraftfahrzeug (1) eine zur Motordrehzahl proportionale Meßgröße erfaßt, und mit einer Auswerteeinrichtung (7), die an der Diagnoseschnitt­ stelle (4) des Diagnosesystems (3) sowie der die Meßgröße erfassenden Einrichtung (14) angeschlossen ist und eine erste Recheneinheit (11) und eine zweite Recheneinheit (12) ent­ hält, wobei die erste Recheneinheit (11) einen Proportionali­ tätsfaktor ermittelt, der dem Verhältnis zwischen einem von der Diagnoseschnittstelle (4) bereitgestellten Drehzahlwert und einem Wert der bei gleicher Motordrehzahl erfaßten Meß­ größe entspricht, und wobei die zweite Recheneinheit (12) die Motordrehzahl aus der Meßgröße und dem Proportionalitäts­ faktor bestimmt.

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erfassung der Meßgröße zumindest einen der folgenden Sensoren aufweist:

• - ein an der Lichtmaschine des Kraftfahrzeugs (1) ange­ schlossener Spannungsfühler,
• - ein an dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs (1) angeschlossener Spannungsfühler,
• - ein im Bereich der Lichtmaschine angeordneter Sensor für elektromagnetische Felder,
• - ein im Bereich des Motors angebrachter Vibrationssensor,
• - ein im Bereich des Kraftfahrzeugs (1) angeordneter Ge­ räuschsensor (14),
• - ein im Bereich des Auspuffs des Kraftfahrzeugs angeord­ neter Geräusch- oder Drucksensor.