DE10061300B4

DE10061300B4 - Verfahren zur Synchronisation einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10061300B4
Application number: DE2000161300
Authority: DE
Inventors: Franz Dietl; Arno Friedrich; Uwe Dr. Lingener
Original assignee: Siemens AG; Siemens VDO Automotive SAS
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-12-10
Filing date: 2000-12-08
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2020-12-09
Also published as: FR2802242B1; FR2802242A1; DE10061300A1

Abstract

Verfahren zur Synchronisation einer Brennkraftmaschine, mit einer Kurbelwelle (11) und einem mit ihr drehfest verbundenen Kurbelwellengeber (14), der über seinem Umfang eine Vielzahl von Zähnen und zwei Singularitäten aufweist, und mit einem Kurbelwellensensor (15), der im Motorbetrieb ein Kurbelwellensignal (Vil) abgibt, welches den Singularitäten entsprechende Erkennungsmarken (I) beinhaltet,
mit einer Nockenwelle (10) und einem mit ihr drehfest verbundenen Nockenwellengeber (12), und mit einem Nockenwellensensor (13),
dadurch gekennzeichnet,
– dass die Nockenwelle (10) ein Segment und eine gleich große Segmentlücke aufweist,
– dass der Nockenwellensensor (13) im Motorbetrieb ein Nockenwellensignal (AAC) mit dem Segment und der Segmentlücke entsprechenden Pegeln (H, B) und Flankenwechseln (T) abgibt,
– dass der Kurbelwellengeber (14) und der Nockenwellengeber (12) so zueinander angeordnet sind, dass sich bei Erscheinen einer Erkennungsmarke (I) ein zu identifizierender Zylinder (C) in einem vorbestimmten Arbeitstakt – Ansaugen, Verdichten, Arbeiten oder Ausstoßen – befindet, und
– dass...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisation einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Insbesondere handelt es sich um die Synchronisation eines Rechners zur Steuerung der Brennkraftmaschine mit dem Istzyklus der Brennkraftmaschine ab Drehbeginn der Kurbelwelle.

Eine Brennkraftmaschine weist eine Kurbelwelle und eine Nockenwelle auf. Beide Wellen sind miteinander zwangsgekoppelt, wobei die Kurbelwelle mit doppelter Drehzahl der Nockenwelle rotiert.

Der Rechner zur Motorsteuerung verwendet einen Rechenalgorithmus, dessen Zyklus mit dem Istzyklus der Brennkraftmaschine synchronisiert sein muss. Diese zweite Synchronisation, die auch als "Softwaresynchronisation" bezeichnet wird, muß jedesmal dann erfolgen, wenn die Brennkraftmaschine neu gestartet wird. Diese Synchronisation besteht darin, eine Übereinstimmung zwischen dem tatsächlichen Motorzyklus und dem Algorithmus des Rechners herbeizuführen.

Aus DE 36 08 321 A1 , DE 196 09 872 A1 ; DE 196 13 598 A1 und DE 196 38 338 A1 sind Vorrichtungen zur Synchronisation einer Brennkraftmaschine bekannt, mit einem Kurbelwellengeber, der eine Vielzahl gleichartiger Winkelmarken und wenigstens zwei Erkennungsmarken aufweist, und mit einem Nockenwellengeber, der für jeden Zylinder eine von anderen Marken unterscheidbare Zylindererkennungsmarke aufweist. Die mittels Sensoren von Kurbel- und Nockenwellengebermarken gebildeten Signale werden zur Synchronisation des Rechners mit dem Motorzyklus verarbeitet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Synchronisation einer Brennkraftmaschine anzugeben, welches aus Signalen einfach aufgebauter Geber innerhalb kürzester Zeit nach Drehbeginn der Brennkraftmaschine eine Übereinstimmung zwischen dem tatsächlichen Motorzyklus und dem Algorithmus des Rechners erzielt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß den Merkmalen des einzigen Anspruchs gelöst.
Ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung wird nachstehend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1a das Nockenwellensignal während einer Nockenwellenumdrehung,
1b das Kurbelwellensignal während zweier Kurbelwellenumdrehungen,
1c die oberen Totpunkte (PMH) jedes Zylinders eines Vierzylindermotors während einer Nockenwellenumdrehung,
1d die Wertepaare (T, N) der Kurbel- und Nockenwellensignale zum Zeitpunkt jeder Erfassung einer Erkennungsmarke des Kurbelwellensignals, und
2 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern C1 bis C4 (1c) erläutert.
Die Erfindung ist aber auch auf Brennkraftmaschinen mit einer anderen Zylinderzahl anwendbar.
Jeder dieser Zylinder weist mindestens ein Einlaßventil und ein Auslaßventil auf. Die Bewegung der Ventile erfolgt auf bekannte Weise über eine Nockenwelle 10 (2).
Die Brennkraftmaschine weist einen Nockenwellengeber 12 (2) mit einem Segment und einer gleich großen Segmentlücke auf. Das von einem Nockenwellensensor 13 erfaßte Signal AAC wird in 1a dargestellt. Es weist (in dem dargestellten Beispiel) während einer Kurbelwellenumdrehung (360°KW) beim Vorbeigang des Segments einen hohen Pegel H und während der nächsten Kurbelwellenumdrehung (360°KW) beim Vorbeigang der Segmentlücke einen niedrigen Pegel B auf.
Der Kurbelwellengeber 14 ist als Zahnrad mit beispielsweise 60 Zähnen ausgeführt, und weist auf seinem Umfang zwei Singularitäten bzw. Erkennungsmarken I auf, die durch Entfernen von beispielsweise je zwei Zähnen (große Zahnlücke) gebildet sind.
Kurbel- und Nockenwellengeber 12, 14 sind so zueinander angeordnet, daß beispielsweise eine Erkennungsmarke I des Kurbelwellengebers 12 den Verdichtungstakt eines Zylinders markiert, und ein Flankenwechsel T (aufsteigend oder absteigend) des Nockenwellengebers 12, wenn er stattfindet, innerhalb einer bestimmten Zähnezahl t vor Erscheinen einer Erkennungsmarke I vor sich geht.
Ein Kurbelwellensensor 15 erfaßt das nicht dargestellte Zahnsignal S, das an einen Rechner 16 gesendet wird. Dieser Rechner erzeugt daraus ein Signal Vil (1b). Wie ersichtlich, weist das Signal Vil bei jeder Kurbelwellenumdrehung zwei Erkennungsmarken I auf. Da sich die Kurbelwelle mit doppelter Drehzahl der Nockenwelle dreht, zählt man vier Erkennungsmarken I während einer Umdrehung der Nockenwelle.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, einen bestimmten Arbeitstakt (hier beispielsweise den Verdichtungstakt) genau zu bestimmen, in dem sich ein zu identifizierender Zylinder bei Auftreten einer Erkennungsmarke I befindet.
Zwischen dem Zeitpunkt, zu dem eine Erkennungsmarke I erfaßt wird, und dem Zeitpunkt, zu dem einer der Zylinder verdichtet, besteht eine feste Winkelverschiebung. Diese Verschiebung liegt beispielsweise bei 90° vor dem oberen (Zündungs-) Totpunkt dieses Zylinders (PMH in 1c).
Bei dem hier verwendeten Kurbelwellengeber 14 sind zwei Erkennungsmarken I pro Kurbelwellenumdrehung vorhanden. Bei Erfassen einer Erkennungsmarke I wird jedes Mal überprüft, ob während eines festgelegten Zähneintervalls t (beispielsweise acht Zähne – in 1a als schraffierter Bereich schematisch dargestellt) vor Erscheinen der Erkennungsmarke I ein Flankenwechsel T des Nockenwellensignals (1a und 1b) stattgefunden hat. Lag ein Flankenwechsel T vor – entweder von einem hohen Pegel H zu einem niedrigen (B) oder von einem niedrigen Pegel B zu einem hohen (H) – ist T = 1. Lag kein Flankenwechsel T vor, so ist der Wert T = 0 (siehe Tabelle in 1d).
Gleichzeitig wird bei jeder erfaßten Erkennungsmarke I der Pegel des Nockenwellensignals zu diesem Zeitpunkt überprüft. Entweder befindet sich das Signal auf einem niedrigen Pegel B (N = B), oder es befindet sich auf einem hohen Pegel H (N = H).
Somit ist es bei Auftreten jeder Erkennungsmarke I möglich, dieser ein einzigartiges Wertepaar T, N (1d und 2) zuzuordnen.
Bei dem dargestellten Beispiel entspricht die erste Erkennungsmarke I einem Paar T, N mit T = 1 und N = H. Dieses Wertepaar zeigt, daß der mit C1 bezeichnete Zylinder gerade verdichtet.
Jeder Zylinder weist ein solches einzigartiges Wertepaar (T, N) auf. Damit gilt (1d):
ist T = 1, N = H, so verdichtet Zylinder C1,
ist T = 0, N = H, so verdichtet Zylinder C2,
ist T = 1, N = B, so verdichtet Zylinder C3, und
ist T = 0, N = B, so verdichtet Zylinder C4.
Sobald das erste Paar T-N bekannt ist, läßt sich der gerade vorliegende Takt (Ansaugtakt, Verdichtungstakt + Zünden, Arbeitstakt und Ausstoßtakt) jedes Motorzylinders im Motorzyklus genau feststellen und somit ein Synchronisationssignal Syn an den Rechner 17 senden.
Die Synchronisation erfolgt schnell, da sie bereits nach Vorbeilauf einiger Zähne, beispielsweise 15 Zähne, spätestens nach 180°KW, erfolgt.
Somit gestattet die Erfindung unter Berücksichtigung des Auftretens eines Flankenwechsels T des Nockenwellensignals innerhalb eines Zahnintervalls t, welches der erfaßten Erkennungsmarke I des Kurbelwellensignals vorausgeht, und des Pegels N des Nockenwellensignals zum Zeitpunkt dieser Erkennungsmarke I, bei jeder erfassten Erkennungsmarke I die ge naue Identifizierung desjenigen Zylinders, der sich gerade in dem vorbestimmten Arbeitstakt – hier dem Verdichtungstakt – befindet.
Der Kurbelwellengeber 14 muß zwei Erkennungsmarken I (lange Zahnlücken oder Zähne) aufweisen. Der Nockenwellengeber 12 kann mehr als zwei Flankenwechsel T aufweisen (diese weiteren Flankenwechsel müssen jedoch ausserhalb der Zahnintervalle t liegen), aber nur zwei dieser Flankenwechsel sind für das erfindungsgemäße Verfahren erforderlich. Das Nockenwellensignal N muß pro Nockenwellenumdrehung zwei unterschiedliche Pegel (H und B) und zwei Flankenwechsel T, die in die Intervalle t fallen, aufweisen. Außerhalb dieser Intervalle t kann der Nockenwellengeber 12 bzw. das Nockenwellensignal AAC jede beliebige Konfiguration aufweisen.
Die Vorrichtung, mit der dieses Verfahren durchgeführt wird, weist außer den Nockenwellen- und Kurbelwellengebern sowie ihren zugeordneten Sensoren eine Einheit 16 zur Ermittlung des Taktes, in dem sich jeder Motorzylinder befindet, auf. Diese Einheit berücksichtigt das Auftreten eines Flankenwechsels T des Nokkenwellensignals während eines festgelegten Zähneintervalls t, der dem Auftreten einer Erkennungsmarke I des Kurbelwellensignals vorausgeht, und den Pegel N des Nockenwellensignals zum Zeitpunkt des Auftretens der Erkennungsmarke I. Dann leitet die Einheit 16 von dem Informationspaar T, N die Motorstellung (den Takt jedes der Zylinder zum Zeitpunkt des Erscheinens der Erkennungsmarke I) ab und sendet ein Synchronisationssignal Syn an den Rechner 17, um den im Rechner 17 enthaltenen Rechenalgorithmus mit dem Istmotorzyklus zu synchronisieren.
Man erhält immer spätestens nach 180°KW eine Synchronisation zwischen dem Rechneralgorithmus und dem Motorzyklus. Die vorliegende Erfindung ist nicht von der Anzahl der Motorzylinder abhängig.

Claims

Verfahren zur Synchronisation einer Brennkraftmaschine, mit einer Kurbelwelle (11) und einem mit ihr drehfest verbundenen Kurbelwellengeber (14), der über seinem Umfang eine Vielzahl von Zähnen und zwei Singularitäten aufweist, und mit einem Kurbelwellensensor (15), der im Motorbetrieb ein Kurbelwellensignal (Vil) abgibt, welches den Singularitäten entsprechende Erkennungsmarken (I) beinhaltet, mit einer Nockenwelle (10) und einem mit ihr drehfest verbundenen Nockenwellengeber (12), und mit einem Nockenwellensensor (13), dadurch gekennzeichnet, – dass die Nockenwelle (10) ein Segment und eine gleich große Segmentlücke aufweist, – dass der Nockenwellensensor (13) im Motorbetrieb ein Nockenwellensignal (AAC) mit dem Segment und der Segmentlücke entsprechenden Pegeln (H, B) und Flankenwechseln (T) abgibt, – dass der Kurbelwellengeber (14) und der Nockenwellengeber (12) so zueinander angeordnet sind, dass sich bei Erscheinen einer Erkennungsmarke (I) ein zu identifizierender Zylinder (C) in einem vorbestimmten Arbeitstakt – Ansaugen, Verdichten, Arbeiten oder Ausstoßen – befindet, und – dass ein erster Zylinder (C1) als sich momentan in dem vorbestimmten Arbeitstakt befindlich erkannt wird, wenn innerhalb einer bestimmten Zähnezahl (t) des Kurbelwellensignals (Vil) vor Erscheinen einer Erkennungsmarke (I) ein Flankenwechsel (T = 1) des Nockenwellensignals (AAC) stattgefunden hat und das Nockenwellensignal (AAC) H-Pegel (N = H) aufweist, – dass ein zweiter Zylinder (C2) als sich momentan in dem vorbestimmten Arbeitstakt befindlich erkannt wird, wenn innerhalb einer bestimmten Zähnezahl (t) des Kurbelwellensignals (Vil) vor Erscheinen einer Erkennungsmarke (I) kein Flankenwechsel (T = 0) des Nockenwellensignals (AAC) stattgefunden hat und das Nockenwellensignal (AAC) H-Pegel (N = H) aufweist, – dass ein dritter Zylinder (C3) als sich momentan in dem vorbestimmten Arbeitstakt befindlich erkannt wird, wenn innerhalb einer bestimmten Zähnezahl (t) des Kurbelwellensignals (Vil) vor Erscheinen einer Erkennungsmarke (I) ein Flankenwechsel (T = 1) des Nockenwellensignals (AAC) stattgefunden hat und das Nockenwellensignal (AAC) B-Pegel (N = B) aufweist, und – dass ein vierter Zylinder (C4) als sich momentan in dem vorbestimmten Arbeitstakt befindlich erkannt wird, wenn innerhalb einer bestimmten Zähnezahl (t) des Kurbelwellensignals (Vil) vor Erscheinen einer Erkennungsmarke (I) kein Flankenwechsel (T = 0) des Nockenwellensignals (AAC) stattgefunden hat und das Nockenwellensignal (AAC) B-Pegel (N = B) aufweist.