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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zur Motorsteuerung in einer Verbrennungskraftmaschine sowie ein
Sensorelement.
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Ohne
Verzicht auf andere Einsatzmöglichkeiten,
wie beispielsweise in Lokomotiven, Spitzenlast- und/oder Blockheizkraftwerken,
wird daher nachfolgend nur auf den Kraftfahrzeugsektor eingegangen
werden. Die Motorsteuerung wird bei modernen Kraftfahrzeugen unter
anderem auch zur Bestimmung eines optimalen Zeitpunktes für die Auslösung des
Zünd- und/oder
eines jeweiligen Einspritzzeitpunktes herangezogen. Eine derartige
Berechnung ist von der Motorsteuerung für jeden Zylinder in Abhängigkeit
eines jeweils aktuellen Arbeitszustandes der betreffenden Verbrennungskraftmaschine
erforderlich. Die erforderlichen Regelungsgrößen werden in bekannter Weise
durch eine Messung eines Kurbel- oder Nockenwellenwinkels ermittelt.
Das geschieht nach dem Stand der Technik beispielsweise unter Verwendung
einer Zahnscheibe und eines Hall-Gebers, oder vergleichbare andere
Methoden. Zahlreiche Fehlereinflüsse,
wie beispielsweise Schwingungen der Kurbelwelle, Wellenversatzausgleich,
nicht-zentrische Montage der Kurbelwellen-Zahnscheibe sowie Fertigungsfehler an
deren Zähne
machen Korrekturrechnungen innerhalb der Motorsteuerung erforderlich,
um Fehlerquellen der vorstehend beispielhaft genannten Arten zu
erkennen, auszuwerten und zu korrigieren. Durch die genannten Aufgaben
wird die Motorsteuerung insgesamt sehr hoch belastet.
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Durch
die gewachsene Zahl von Ventilen und Zylindern in einer modernen
Verbrennungskraftmaschine sowie die gestiegenen ökonomischen und ökologischen
Anforderungen an deren Betrieb werden fortschreitend höhere Anforderungen
an eine Motorsteuerung gestellt. Das führt zu einer stetig wachsenden
Anforderung an die Rechenleistung der in Motorsteuerungen eingesetzten
Prozessoren. Aktuell werden in Motorsteuerungen des gehobenen Preissegments
zwei 16-Bit-Prozessoren verwendet, wobei sich eine Entwicklung zu
32-Bit-Prozessoren bereits abzeichnet. Aktuelle Systemanforderungen an
eine regelungstechnisch notwendige zeitliche Auflösung einer
Kurbelwellen- oder Nockenwellenbewegung liegen im Bereich von 2 μs. Eine zuverlässige Erfassung
eines Winkels von 0,1° erfordert
mithin eine Auflösung
von 2,78·10–4.
Hieraus ergibt sich bei serieller Daten-Übertragung und 12 Bit-Codierung ein
enormer Datenstrom, der innerhalb von 2 μs zu übertragen und auch zu verarbeiten
ist. Mithin stehen 170 ns/Bit bzw. eine Übertragungsgeschwindigkeit von
5,5 MBit/s als aktuelle Systemanforderung zur Diskussion. Eine derart
genaue zeitliche Auflösung einer
Winkelstellung mit einer zügigen
und sicheren Übertragung
der Daten ist gerade in dem elektromagnetisch stark belasteten Umfeld
eines Motorraums in einem Kraftfahrzeug mit enormen technischen Problemen
verbunden. Aktuell wird dieses Problem zur Minderung des hohen Aufwandes
dadurch näherungsweise
gelöst,
dass die Motorsteuerung selbst die Auswertung der Sensorsignale
unter Umgehung der hohen Datenübertragungsrate
zu einer Motorsteuerung hin vornimmt. Hierunter leidet die Genauigkeit
des Gesamtsystems, so dass die Forderung nach einem optimalen Betrieb
einer Verbrennungskraftmaschine nur in grober Näherung erreicht werden kann.
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Die
Nichterfüllung
von optimalen Ansteuerungsbedingungen für eine Verbrennungskraftmaschine
wird unter anderem durch zu sätzliche
Motorsteuerungs-Überwachungssysteme
auf der Basis von Modellen zur Optimierung und Kontrolle des Ablaufes
gemindert. Hierbei kommen fast zwangsläufig Multiprozessorsysteme
zur Anwendung.
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Die
JP 07293239 A offenbart
ein Verfahren zur Motorsteuerung, bei dem die Motorsteuerung selber
in unmittelbarer Nähe
eines Sensors am Verbrennungsmotor mit dem Ziel der Verbesserung
einer EMV-Festigkeit angeordnet ist. Bei dem hier offenbarten Verfahren
werden alle Kontroll- und Steuerfunktionen in der Maschinenkontrolleinheit
zentralisiert, wobei die Maschinenkontrolleinheit zur Ausgabe eines
Zündsignals
Eingangssignale von diversen Sensoren erhalten kann.
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Die
DE 100 41 448 A1 offenbart
ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine
mit einer Zentralsteuereinheit und einer Peripheriesteuereinheit.
Die Zentralsteuereinheit übermittelt
Anforderungssignale an die Peripheriesteuereinheit. Die Peripheriesteuereinheit
beaufschlagt wenigstens zwei Verbraucher mit Steuersignalen. Dabei überprüft die Peripheriesteuereinheit die
Anforderungssignale und/oder weitere Signale auf Plausibilität.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine
Vorrichtung zur Motorsteuerung, ausgehend von einer Bestimmung eines Kurbelwellenwinkels,
sowie ein Sensorelement zu schaffen, welche die vorstehend skizzierten
Anforderungen bei deutlich reduziertem Aufwand bei steigerbarer
Zuverlässigkeit
und Genauigkeit erfüllt.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Zur
Lösung
der vorstehenden Aufgabe bewirkt dieser Ansatz durch eine deutliche
Entlastung eines oder mehrerer Prozessoren der Motorsteuerung, so
dass ein schaltungstechnischer Aufwand gesenkt werden kann. Entsprechend
ist auch ein derartiger Sensor Bestandteil einer erfindungsgemäßen Vorrichtung
zur Motorsteuerung.
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Es
sind Lehren bekannt, gemäß derer
eine Motorsteuerung im Laufe des Lebens eines Motors eine Adaption
in der Form durchführt,
dass sie in der Lage ist, jedem Zylinder für sich spezifische Eigenschaften
zuzuordnen, beispielsweise maximale Verdichtung, Unrundheiten, etc..
Diese Daten ändern sich
nur sehr langsam. Im Falle des Verlustes derartiger Daten beginnt
eine Adaption von neuem. Der relevante Zeitbereich liegt in den
genannten Fällen
bei Stunden, Tagen oder sogar Jahren.
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Eine
weitere Gruppe von Daten in einer Motorsteuerung hängt stark
von dem Fahrverhalten eines jeweiligen Fahrers ab. Aktionen, wie
beispielsweise Beschleunigen, Bremsen oder das Ein-/Ausschalten
einer Klimaanlage, liegt im Bereich menschlicher Reaktionszeit.
Mithin ist hier ein Bereich von 200 ms bis hin zu einer Sekunde
relevant.
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Eine
letzte Gruppe von Daten, die von einer Motorsteuerung verarbeitet
werden müssen, ändert sich
im Bereich von 10 ms bis 100 ms. Hierbei handelt es sich insbesondere
an einer Verbrennungskraftmaschine um die Umsetzung eines geforderten Drehmoments
mit der Einstellung eines Zündwinkels und
der Auswahl, in welchen Zylinder eingespritzt und/oder welcher Zylinder
gezündet
werden soll, sowie der Einstellung einer jeweiligen Einspritzmenge. Diese
letztgenannte Gruppe von Daten steht im Zentrum der vorliegenden
Erfindung dadurch, dass ein intelligenter Sensor einen Teil der
Messsignalverarbeitung übernimmt,
der mit der Erfassung des Kurbelwellenwinkels zusammenhängt. Aufgabenfelder für einen
derartigen Kurbelwellensensor mit Auswertungsintelligenz sind mithin
beispielsweise Zahnflankenerkennung, Exzentrizitätsausgleich, Taumelausgleich,
Wellenversatzausgleich, Berücksichtigung von
Temperatureinflüssen,
Alterung und Verschmutzung.
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Statische
und dynamische mechanische Eigenschaften der Kurbelwelle werden
in einer Weiterbildung der Erfindung zur Optimierung der Messsignalverarbeitung
innerhalb des intelligenten Sensors vorgegeben oder erlernt. Aus
diesen Eigenschaften der Kurbelwelle mit dem daran angeschlossenen
Antriebsstrang wird nun das Drehmoment außerhalb der eigentlichen Motorsteuerung
berechnet. Durch die dargestellte Konzentration der Datenaufbereitung auf
dem Bereich eines jeweiligen Sensors werden die zu übertragenden
Datenraten und Übertragungswege
erheblich gemindert. Ein Vorgehen der vorstehend beschriebenen Art
zeichnet sich somit auch gegenüber
einer Vermessung der genannten Ungenauigkeiten durch verminderten
technischen Aufwand aus. Demgegenüber ist eine Vermessung, wie
sie alternativ in Erwägung
gezogen werden könnte,
auf Grund der erforderlichen hohen Genauigkeit unpraktikabel und
auf Grund einer Wiederholungshäufigkeit, die
zur Sicherung des Datenmaterials erforderlich ist, vergleichsweise
teuer.
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In
einer Ausführungsform
der Erfindung teilt nun die Motorsteuerung auf der Basis jeweils
aktueller Anforderungsdaten dem Kurbelwellensensor in Form von Solldaten
mit, welcher Zylinder als nächstes
zu zünden
und/oder bei welchem Zylinder einzuspritzen ist, sowie zu welchem
Zeitpunkt die jeweilige Handlung zu erfolgen hat. Der Kurbelwellensensor seinerseits
berechnet nun den exakten und damit richtigen Zeitpunkt für den Beginn
der Einspritzung und/oder Zündung
aus den ihm bekannten, bereits vermessenen und gespeicherten Daten.
Bei einem 8-Zylinder-4-Takt-Verbrennungsmotor empfängt der intelligente
Kurbelwellensensor bei 8000 Umdrehungen in der Minute erfindungsgemäß nun alle
15 ms eine Solldaten-Information von der Motorsteuerung. Die für die Übermittlung
dieser Information notwendige Datenrate liegt bei der eingangs verlangten
Messgenauigkeit zur Übermittlung
einer Identifikationsnummer eines der acht Zylinder bei 12+3 Bit
in 1,875 ms. Es ergibt sich also ein Datenstrom von 125 μs/Bit bzw.
8 kBaud. Gegenüber
der eingangs gemäß dem exemplarisch
zierten Stand der Technik erforderlichen 5,5 MBaud ist eine störungsfreie Übermittlung einer
Datenrate von nur 8 kBaud selbst dann vergleichsweise leicht beherrschbar,
wenn zusätzliche Rechenzeiten
für die
Abwicklung der Übertragung hinzugegeben
wird, insbesondere für
eine redundante Codierung zur Datensicherung.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung wird neben einem Kurbelwellenwinkel auch die Stellung
einer Nockenwelle erfasst. Dies hat den Vorteil, dass nun auch diese
Information nicht mehr von der Motorsteuerung bereitgestellt werden muss,
und die erforderliche Datenrate sich auf 156 μs/Bit beziehungsweise 6,4 kBaud
verringert. Eine weitere Verringerung der Arbeitsbelastung der Motorsteuerung
wird dadurch erreicht, dass die Daten der Nockenwelle statt der
Motorsteuerung direkt dem intelligenten Sensor zugeführt werden.
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Man
erkennt anhand der genannten Zahlen, dass eine Bestimmung eines
jeweils exakten Zeitpunktes für
den Beginn der Zündung
oder Einspritzung durch einen erfindungsgemäßen intelligenten Sensor bereits
unter Verwendung eines bekannten oder in einem Kraftfahrzeug sogar
bereits vorhandenen Bus-Systems, wie beispielsweise dem CAN-Bus, bewältigt werden
kann.
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In
einer Weiterbildung der Erfindung meldet der Sensor der Motorsteuerung
einen jeweils genauen Zündzeitpunkt
zurück.
Die Motorsteuerung übernimmt
dann in gewohnter Weise unter Verwendung einer bestehenden Konstruktion
die Ansteuerung der Zündspulen
und/oder der Einspritzventile. Hierbei wird bevorzugt eine direkte
Rückmeldung
des Sensors an die Motorsteuerung verwendet, also eine Rückmeldung,
die nicht über
ein Bus-System erfolgt, da hierdurch eine Belastung der Motorsteuerung durch
Interrupt-Vorgänge
wiederum erhöht
werden würde.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung übernimmt
der intelligente Sensor neben einer exakten Zeitermittlung auch
die Aufgabe der tatsächlichen
Ansteuerung von Aktuatoren für
den Motorlauf, also Zündspulenansteuerung
und Schaltung von Einspritzventilen. Übergeordnete Aufgaben, wie
beispielsweise die Messung von Eingangsdaten, Luftdruck, Temperatur
der Ansaugluft etc. und die Überwachung
des Motorbetriebes mit Kontrolle eines Fahrkomforts über den
Antriebsstrang und Abgasmanagement mit NOx-Kontrolle,
Ozonkontrolle, etc. verbleibt hierbei bei der Motorsteuerung.
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Vorteilhafter
Weise werden in einer Weiterbildung der Erfindung Motorlaufeigenschaften
derart vorgesehen, dass auch ohne Überwachung durch die Motorsteuerung
ein genereller Motorlauf gewährleistet
ist. Damit kann auch bei Ausfall der Motorsteuerung ein Notbetrieb
des Verbrennungskraftantriebs und damit eine generelle Fahrtüchtigkeit
eines Kraftfahrzeugs aufrechterhalten werden.
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Weiterbildungen
der Erfindung zeichnen sich insbesondere durch die Veränderung
oder auch Verlagerung von unterschiedlichen Aufgaben von der Motorsteuerung
hin zu einem erfindungsgemäßen Sensor
aus. So wird in einer ersten Ausführungsform durch den Sensor
eine jeweils richtige Zündspule oder
ein dementsprechend richtiges Einspritzventil angesteuert, wobei
auch eine Diagnose des Verbrennungsdurchganges durchgeführt und
der Motorsteuerung Mitteilung über
einen erfolgreichen oder fehlerhaften Verlauf eines jeweiligen Verbrennungsvorganges
gemacht wird. Eine Erweiterung besteht nun darin, dass der Sensor
die richtige Zündspule
zum exakt errechneten Zeitpunkt zündet und beim richtigen Einspritzventil
einspritzt, indem er neben der Kurbelwellenstellung auch die Stellung
der Nockenwelle und/oder die der Ein-Auslass-Ventile berücksichtigt. Schließlich wird
in einer weiteren Ausführungsform der
richtige Zeitpunkt für
die als nächste
zu er folgende Zündung
durch den Sensor berechnet, die Auswahl der richtigen Zündspule
und des richtigen Einspritzventils jeweils durch eine UND-Verknüpfung mit entsprechenden
Signalen der Motorsteuerung herbeigeführt.
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In
einer alternativen Ausführungsform
arbeitet ein erfindungsgemäßer Sensor
winkelergebnisgesteuert, wodurch er sich prinzipiell von den vorstehend
dargestellten, zeitgesteuert ausgelegten Ausführungsformen unterscheidet.
Dem Kurbelwellensteuergerät
werden von der Motorsteuerung die notwendigen Daten für den Verbrennungsvorgang
mitgeteilt. Der Winkelsensor erfasst jeden Kurbelwellenzahn oder
jede Zahnflanke. Die Position wird durch eine Korrekturrechnung
berichtigt. Der jeweils richtigen Winkelpositionen entsprechend
wird gezündet, oder
ein Einspritzvorgang durchgeführt.
In einer Weiterbildung wird für
die Durchführung
einer Verbrennungsdiagnose der Vorrichtung auch ein Drehmomentsensor
zugefügt.
Anhand des aufgenommenen Drehmoments wird der konkrete Verlauf des
Verbrennungsvorganges ermittelt. Das Ergebnis wird der Motorsteuerung
mitgeteilt. Daraufhin ist die Motorsteuerung in der Lage, für den nächsten Verbrennungsvorgang
die neuen Sollwerte an das Kurbelwellensteuergerät zu übergeben, sofern diese Funktionalität nicht
nach einem der vorstehend aufgeführten
Ausführungsbeispiele
ebenfalls in den intelligenten Sensor hin verlagert worden ist.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
sowie eine entsprechende Vorrichtung mit einem intelligenten Sensor
führt in
jeder der vorstehend aufgeführten Ausführungsformen
und Weiterbildungen im Ergebnis zu einem vereinfachten und sicheren
Motorsteuerungssystem zur Ansteuerung von Zündspulen und/oder Einspritzventilen
etc.. Auf Grund der wesentlich gesenkten Datenrate werden die im
Bereich der Motorsteuerung einzusetzen den Prozessoren erfindungsgemäß soweit
entlastet, dass nun auch niedriger getaktete Prozessoren mit reduzierter
Busbreite eingesetzt werden können.
Hierdurch werden sonst erforderlicher Verkabelungsaufwand sowie
die Anzahl von Anschluss-Pins
im Bereich der Motorsteuerung gesenkt. Die Anforderungen an die
nun erfindungsgemäß einsetzbaren
Prozessoren können auch
von handelsüblichen
Prozessoren mit einfacher Struktur realisiert werden, so dass nun
statt besonderer Spezialprodukte reine Massenprodukte aus erprobten
Fertigungsprozessen eingesetzt werden können. Derartige Prozessoren
zeichnen sich auf Grund der weit fortgeschrittenen Verfahrenstechnik in
der Herstellung durch eine besondere Energiesparsamkeit und eine
hohe Lieferverfügbarkeit
aus.
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Zudem
wird durch eine erfindungsgemäß vorgeschlagene
Bündelung
einzelner Basisaufgaben im Bereich des Sensors sowie dessen Ausstattung mit
der erforderlichen Intelligenz auch die Software im Bereich der
Motorsteuerung vereinfacht, da die dezentrale Erfassung und Verarbeitung
der Daten neben einer Entlastung der Prozessoren aus der Motorsteuerung
auch eine Reduzierung des erforderlichen Datenverkehrs auf reine
Kontroll- und Überwachungsfunktionen
ermöglicht.
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Weitere
Vorteile eines erfindungsgemäßen Verfahrens
und einer Vorrichtung zur Umsetzung eines erfindungsgemäßen Verfahrens
werden nachfolgend unter Bezug auf die Darstellung von Ausführungsbeispielen
anhand der Zeichnung näher
beschrieben. Es zeigen in schematisierter Darstellung:
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1:
eine Anordnung zur Motorsteuerung gemäß dem Stand der Technik
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2:
die Anordnung von 1 mit einer Erweiterung in Form
einer ersten Ausführungsform der
Erfindung;
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3:
eine zweite Ausführungsform
der Erfindung zur deutlichen Minderung des Verkabelungsaufwandes;
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4:
eine weitere Ausführungsform
mit erweiterten Diagnosemöglichkeiten;
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5:
eine Weiterbildung der Ausführungsform
gemäß 4;
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6:
eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform
mit besonderer Auslagerung von elektronischen Leistungselementen
und
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7:
eine weitere Ausführungsform
als Abwandlung der Vorrichtung gemäß 3 bei Erweiterung
um eine Möglichkeit
zur Drehmoment-Bestimmung.
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In
den Darstellungen in der Zeichnung sind die jeweiligen Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäßer Verfahren
und Vorrichtungen in den einzelnen Bestandteilen einer entsprechenden
Vorrichtung 1 zugeordnet. Gleiche Komponenten erhalten
dabei über
die gesamte Zeichnung hinweg die gleichen Bezugszeichen.
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In
einer Vorrichtung 1 gemäß 1 wird
eine Verbrennungskraftmaschine 2 unter Vorgaben 3,
die beispielsweise durch einen hier nicht weiter dargestellten Fahrer
des zugehörigen
Kraftfahrzeugs ausgegeben werden können, über eine Motorsteuerung 4 auf
jeweilige Sollwerte eingeregelt. In einem nicht weiter dargestellten
Abtriebsstrang des Verbrennungsmotors 2 ist eine Schwungscheibe 5 angeordnet,
die einen Zahnkranz trägt.
In den Zahnkranz greift während
eines Startvorgangs der Verbrennungskraftmaschine 2 ein
nicht weiter dargestellter Anlasser in bekannter Weise ein.
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Wie
aus dem Stand der Technik bekannt, wird der Zahnkranz der Schwungscheibe 5 über einen
Sensor 6 zur Messung eines aktuellen Kurbelwellenwinkels
hinsichtlich seiner Stellung K ausgewertet. Hierzu ist der Sensor 6 im
vorliegenden Fall als Hall-Geber ausgebildet, der ein jeweiliges
Messsignal zur Auswertung an die Motorsteuerung 4 ausgibt.
Weitere Signale werden zwischen der Verbrennungskraftmaschine 2 und
der Motorsteuerung 4 ausgetauscht, wie durch den Doppelpfeil
angedeutet. Soweit gibt die Abbildung von 1 den Stand
der Technik wieder.
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In
Erweiterung des Standes der Technik ist gemäß der Darstellung von 2 der
Sensor 6 im vorliegenden Fall als intelligenter Sensor
dahingehend ausgebildet, dass er die Motorsteuerung 4 von Rechenaufgaben
zum Berechnen des richtigen Zündzeitpunktes
sowie des genauen Zeitpunktes zum Einspritzbeginn und einer jeweiligen
Einspritzmenge entlastet. Hierzu ist der Sensor 6 für den Verbrennungsmotor 2 als
4-Zylinder-Motor über acht Steuerleitungen 7,
die der Übermittlung
von Daten zur Einspritzung in jedem der vier Zylinder dienen, und
acht weiteren Leitungen 8, welche die zugehörigen und
nicht weiter dargestellten Zündspulen
betreffen, mit der Motorsteuerung 4 verbunden. Der Sensor 6 liefert
nun aufgrund seiner eigenen Intelligenz der Motorsteuerung 4 also
zeitgenau ermittelte und zylinderorientiert ausgegebene fertige
Signale.
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Auslöser für diesen
Vorgang ist eine funktionale Information, die in Form von Solldaten
seriell über
eine Datenleitung 9 von der Motorsteuerung 4 in den
intelligenten Sensor 6 übermittelt
wird. Inhalt der funktionalen Information ist die Übermittlung
einer konkreten Soll-Zündzeit
sowie einer Einspritzmenge je Zylinder. Auf dieser Grundlage berechnet
der intelligente Sensor 6 aus einem aktuellen Kurbelwellenwinkel
K einen exakten Zeitpunkt für
die jeweils vorzunehmenden Handlungen. Die funktionale Information,
die über
die Datenleitung 9 von der Motorsteuerung 4 in
den intelligenten Sensor 6 übermittelt wird, weist daher
nur einen sehr geringen Datenaufwand auf, der mit großer zeitlicher
Toleranz übermittelt
werden kann. Daher ist diese Datenleitung 9 im vorliegenden
Fall mit geringem Aufwand auch als rein seriell zu betreibende Leitung
realisiert.
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In
der Ausführungsform
gemäß 3 werden
weiterhin Solldaten als funktionale Information von der Motorsteuerung 4 an
den intelligenten Sensor 6 über die Leitung 9 übergeben.
Die konkreten und fertig aufbereiteten Ansteuersignale für Zündung und
Einspritzung werden jedoch durch den Sensor 6 direkt an
den Motor 2 ausgeliefert. Hierdurch wird der Verkabelungsaufwand
zwischen der Motorsteuerung und dem Sensor erheblich gemindert.
Die relative Nähe
des Sensors 6 zum Motor 2 bewirkt zudem auch geringere
Leitungslängen.
Ferner wird in dieser Ausführungsform
aus dem Sensor 6 über
eine zusätzliche
Datenleitung 10 Datenmaterial zur Diagnose aus dem Sensor
direkt in die Motorsteuerung 4 rückübermittelt. Neben der Entlastung
der Motorsteuerung 4 von Rechenaufgaben für die Bestimmung des
richtigen Zündzeitpunktes
sowie des genauen Einspritzbeginns sowie der Einspritzmenge muss
gemäß der Ausführungsform
von 3 eine erforderliche elektrische Leistung mit
hohen Spannungen und Strömen
sowie steilen Signalflanken nicht mehr von der Motorsteuerung 4 selbst,
sondern im Sensor 6 erzeugt werden. Hierdurch verringert
sich ein elektromagne tisches Störpotential
in der Motorsteuerung 4 nachhaltig. Der verminderte Einfluss
von elektromagnetischen Störgrößen macht
auch die Erfassung zu messender Signale im Bereich der Motorsteuerung 4 deutlich
einfacher.
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Die
Motorsteuerung 4 und die Verbrennungskraftmaschine 2 selbst
tauschen untereinander durch den dargestellten Doppelpfeil nur geringe
Datenmengen in Form sonstiger Signale aus. Hierbei handelt es sich
um die Übermittlung
zeitlich langsamer veränderlichen
Größen, wie
von Temperaturdaten, Drücken, Ölqualität, Ölstand,
Common-Rail-Druck und sonstigen Signalen, die vergleichsweise langsam
veränderlich
sind und daher keiner zu schnellen Datenübertragung bedürfen. Ferner
erhält
die Motorsteuerung 4 über
diesen Signalweg auch eine Information über die Stellung der Nockenwelle
zugeführt.
Sie teilt daraufhin dem Sensor 6 über die serielle Datenleitung 9 mit,
welcher Zylinder zu zünden
ist.
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Von
der Motorsteuerung 4 in die Verbrennungskraftmaschine 2 hinein
gelangen neben einer Ventilansteuerung bei variabler Ventilsteuerung
sowie der Möglichkeit
einer Motorheizung über
eine Wärmesteuerung,
die auch über
vorgewärmtes Öl erfolgen
kann, auch Heizsignale für
das Abgas-Management. Hierunter fallen insbesondere Heizsignale für eine λ-Sonde und
eine Stickoxid-Sonde in einem nicht weiter dargestellten Abgastrakt.
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In
der Ausführungsform
gemäß 4 wird das
gerade dargestellte Nockenwellensignal mit allen seinen Vorteilen über eine
Signalleitung 12 seriell von der Verbrennungskraftmaschine 2 dem
Sensor 6 direkt zugeführt.
Hierdurch wird die Steckeranzahl, und damit auch ein Störungspotential
sowie ein Zeitfaktor bei der Fertigung sowie der Entwicklung auf
Seite der Motorsteuerung 4 in vorteilhafter Weise nochmals verringert.
Durch den Wegfall der Auswertungsarbeit für das Nockenwellensignal mindert
sich abermals die Rechenarbeit in der Motorsteuerung 4.
Zudem wird der Datentransfer zwischen der Motorsteuerung 4 und
dem intelligenten Sensor 6 vereinfacht, so dass eine vollständigere
Auswertung über
kurze Wegstrecken hinweg nun im Sensor 6 stattfinden kann.
Hierdurch erlangt das über
die Leitung 10 übermittelte
Diagnosesignal an die Motorsteuerung 4 noch weitere Bedeutung.
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Im
Unterschied zu der Ausführungsform
gemäß 4 wird
nach 5 eine Diagnose der ausgeführten Tätigkeit, also Zündung und/oder
Einspritzung, von der Verbrennungskraftmaschine 2 auf der Basis
mindestens eines Signals über
eine Leitung 13 direkt an die Motorsteuerung 4 übermittelt.
In Form einer Quittung werden hier nun die Ist-Werte der Motorsteuerung 4 für jeden
Zylinder und jeden Einspritz-Aktuator übermittelt. Eine Kontrolle
wird über Kurzschluss-
und Leerlaufmessungen an den Zündspulen
durchgeführt.
Hierdurch erhöht
sich zwar die Anzahl der Leitungen an der Motorsteuerung 4.
Dafür ist
in dem vorliegenden Fall jedoch im Bereich der Motorsteuerung 4 in
vereinfachter Art und Weise zentral auch eine Diagnose-Software installiert,
die ihrerseits dann bei stark vermindertem Wartungsaufwand direkte
Messung ausführen
kann.
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In
der Ausführungsform
der Vorrichtung 1 gemäß 6 wird
im Unterschied zu der Ausführungsform
gemäß 3 die
elektrische Leistung für
die jeweiligen Aufgaben am Motor 2 durch den Sensor 6 bereitgestellt.
Durch die beiden exemplarisch dargestellten und für jeden
Zylinder separat vorzusehenden logischen UND-Glieder 14 erfolgt
die Steuerung durch die Motorsteuerung 4 und die Leistungsbereitstellung
durch den Sensor 6. Hierdurch wird eine Bereitstellung
der elektri schen Leistung aus der Motorsteuerung 4 heraus
verlagert. Diese Leistungsbereitstellung wird in Form eines eigenen
Gerätes
als so genannter Extended Power Management EPM 15 bei separater
Kühlung
in den Bereich des Sensors 6 hin verlagert.
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Die
Ausführungsform
gemäß 7 wiederum
zeigt auf der Basis der Ausführungsform
gemäß 3 eine
Erweiterung, durch die über
einen zusätzlichen
Winkelgeber auch eine Messung des Drehmoments ermöglicht wird.
Hierzu wird eine Zahnscheibe 16 an dem der Schwungscheibe 5 gegenüberliegenden
Ende der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors 2 genutzt.
Aufgabe dieser Zahnscheibe 16 ist es, in bekannten Verbrennungskraftmaschinen
beispielsweise als Antrieb für
die Ventilsteuerung über
einen Zahnriemen, oder aber als Antrieb für eine Lichtmaschine zu dienen.
Ein Winkelsignal wird von dem Bereich der Zahnscheibe 16 über eine
Leitung 17 ebenfalls dem Sensor 6 zugefügt. Eine
Messung des Drehmoments, das durch den Motor 2 abgegeben wird,
erfolgt auf der Basis der Bestimmung einer Verdrillung der Kurbelwelle,
die vorzugsweise auf der Basis von Motorprüfstand-Versuchen kalibriert
worden ist. Hierzu werden im vorliegenden Fall nicht-flüchtige Tabellen
als Zuordnungsmittel eingesetzt.
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Auch
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
gemäß 7 ist
eine Vereinfachung der internen Software festzustellen, da eine
Messung des Drehmomentes nun ermöglicht
wird. Das Drehmoment muss dabei nicht länger auf sich verändernden Daten
des Motors 2 und Schwingungen des Kurbelwellenausgangs
unter aufwändiger
interner Korrekturrechnung bestimmt werden. Es ist vielmehr eine aktuellere
beziehungsweise zeitnähere
Berücksichtigung
eines aktuell vorhandenen Drehmoments des Verbrennungsmotors 2 möglich, da
eine Messung innerhalb von nur ca. 120 μs möglich ist, wogegen aktuellen
bekannten Vor richtungen eine 10 ms dauernde Berechnung steht. Diese
nun erfindungsgemäß wesentlich
beschleunigte Messung bedeutet auch eine höhere Auflösung des Drehmoments und dadurch
unter Anderem auch eine zügige
Erkennung von Klopfen oder Nichtzündung bereits bei deren Auftreten.
Selbstverständlich
kann die zu der Ausführungsform
gemäß 7 dargestellte
Erweiterung über
ein zweites Kurbelwellensignal im Bereich der Zahnscheibe 16 auch
zu den vorhergehend dargestellten Ausführungsbeispielen zusätzlich eingesetzt werden.
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Zusammenfassend
ist festzustellen, dass durch jede der vorstehend beschriebenen
erfindungsgemäßen Ausführungsformen
große
Teile der bisherigen Software der Motorsteuerung 4 ohne
wesentliche Abänderung
weiter verwendet werden können.
Es ist lediglich in Erweiterung zu bekannten Vorrichtungen 1 ein
intelligenter Sensor im Bereich der Kurbelwelle anzusetzen. Hierdurch
wird im Ergebnis die Motorsteuerung 4 von weniger intelligenten
Aufgaben, die sehr zeitraubend und datenintensiv sind, entlastet.
Dies ermöglicht
den Einsatz unter Anderem leistungsärmerer und damit preiswerterer
und allgemeiner verfügbarerer
Prozessoren. Die Aufgaben der Motorsteuerung 4 werden auf
die Regelungs- und Kontrollfunktionen konzentrieren, da die eigentliche Auswertungsaufgaben
und Datenaufbereitungen durch den intelligenten Sensor 6 sehr
schnell und nahe in einem Bereich des Verbrennungsmotors 2 selber
ausgeführt
werden. Vorteilhafter Weise mindern sich hierdurch die Zahl der
Steckverbindungen wesentlich. Leistungsaufnahme und damit die Temperatur,
sowie eine erforderliche Leistungsfähigkeit der Motorsteuerung 4 werden
durch einen erfindungsgemäßen Sensor 6 zu
Gunsten eines gegen Fehler unanfälligeren
und hinsichtlich der Konstruktions- und Fertigungskosten günstig gestalteten
Gesamtsystems verringert.
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Verbrennungskraftmaschine
- 3
- Vorgabe
- 4
- Motorsteuerung
- 5
- Schwungscheibe
- 6
- Sensor
- 7
- Steuerleitung
- 8
- Steuerleitung
- 9
- Datenleitung
- 10
- Datenleitung
- 11
- Signalleitung
- 12
- Signalleitung
- 13
- Leitung
zur Übermittlung
mindestens eines Diagnosesignals
- 14
- logisches
UND-Glied
- 15
- Extended
Power Management EPM
- 16
- Zahnscheibe
- 17
- Leitung
- K
- Kurbelwellenwinkel