DE102015009201B4 - Information distribution system and internal combustion engine with such - Google Patents
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Abstract
Informationsverteilsystem (1) für einen Verbrennungsmotor (3), aufweisend:
- wenigstens eine Drehzahlsensiervorrichtung (19, 21) zur Erfassung einer Motordrehzahl, welche Drehzahlsensiervorrichtung (19, 21) an eine übergeordnete Kontrolleinheit (35) des Informationsverteilsystems (1) signalgebend angebunden ist, wobei ein zentrales Motorsteuergerät als übergeordnete Kontrolleinheit (35) dient; dadurch gekennzeichnet, dass
- die übergeordnete Kontrolleinheit (35) eine Busschnittstelle (39) aufweist, über welche eine Mehrzahl von Steuergeräten (41, 43) eines Verbrennungsmotors (3) an die übergeordnete Kontrolleinheit (35) angebunden sind, wobei die übergeordnete Kontrolleinheit (35) eingerichtet ist, ein Sensorsignal (23) der wenigstens einen, angebundenen Drehzahlsensiervorrichtung (19, 21) zu verarbeiten und darauf basierend ein Winkel- und/oder Drehzahlinformationssignal (45) über die Busschnittstelle (39) an die Mehrzahl von Steuergeräten (41, 43) auszugeben.
Information distribution system (1) for an internal combustion engine (3), having:
- At least one speed sensor device (19, 21) for detecting an engine speed, which speed sensor device (19, 21) is connected to a higher-level control unit (35) of the information distribution system (1) in a signaling manner, with a central engine control unit serving as the higher-level control unit (35); characterized in that
- the higher-level control unit (35) has a bus interface (39) via which a plurality of control units (41, 43) of an internal combustion engine (3) are connected to the higher-level control unit (35), the higher-level control unit (35) being set up, to process a sensor signal (23) of the at least one connected speed sensor device (19, 21) and based thereon to output an angle and/or speed information signal (45) via the bus interface (39) to the plurality of control units (41, 43).
Description
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Informationsverteilsystem gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit einem solchen Informationsverteilsystem gemäß Anspruch 7.The present invention is based on an information distribution system according to the preamble of
Aus der
Die
In der
Im Stand der Technik werden gegenwärtig verschiedene zentrale Steuergeräte an Verbrennungsmotoren, insbesondere Dieselmotoren oder Gasmotoren, wie zum Beispiel ECU (Electronic Control Unit), EMU (Engine Monitoring Unit), EXU (Enginecontroller Extension Unit) eingesetzt. All diese Steuergeräte sind an Motordrehzahl-Sensiervorrichtungen angeschlossen, um die Zylinderposition (Winkelinformation über einen Verbrennungszyklus 720° KW) zu kennen und entsprechend betriebssituationsabhängig weitere Maßnahmen einzuleiten, zum Beispiel einen Einspritzbetrieb.In the prior art, various central control units are currently used on internal combustion engines, in particular diesel engines or gas engines, such as ECUs (Electronic Control Units), EMUs (Engine Monitoring Units), EXUs (Engine Controller Extension Units). All of these control units are connected to engine speed sensing devices in order to know the cylinder position (angle information over a combustion cycle 720° CA) and to initiate further measures depending on the operating situation, for example injection operation.
Um dieselben Sensoren mit den verschiedenen Steuergeräten zu nutzen, werden die Sensorsignale üblicherweise gesplittet, das heißt zwischen mehreren Steuergeräten aufgeteilt. Durch diese Maßnahme können sich jedoch Probleme unter anderem bei der Detektion von Sensorausfallen gegeben. Weiterhin ist problematisch, dass ein jeweiliges Steuergerät entsprechend der angebundenen Sensortypen (und Messräder) konfiguriert sein muss, d.h. die implementierte Soft- und Hardware des Steuergeräts muss insbesondere ermöglichen, die Signale des Sensors korrekt verarbeiten zu können, das heißt insbesondere auf die Signalausgabeform des Sensors abgestimmt sein. Dies ist - z.B. im Rahmen einer Parametrierung eines jeweiligen Steuergeräts - in nachteiliger Weise aufwändig. Weiterhin problematisch ist hierbei der hohe Verkabelungsaufwand bzw. die Komplexität des Kabelbaumes bei derartigen Lösungen.In order to use the same sensors with the different control units, the sensor signals are usually split, that is divided between several control units. However, this measure can give rise to problems, inter alia, in the detection of sensor failures. Furthermore, it is problematic that a respective control unit must be configured according to the connected sensor types (and measuring wheels), i.e. the implemented software and hardware of the control unit must in particular enable the correct processing of the sensor signals, i.e. in particular the signal output form of the sensor be matched. This is - e.g. in the context of parameterization of a respective control device - disadvantageously complex. Another problem here is the high amount of cabling and the complexity of the cable harness in such solutions.
Ausgehend hiervon liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, eine Vorrichtung sowie einen Verbrennungsmotor mit einer solchen Vorrichtung anzugeben, mit welchen vorstehende Nachteile überwunden werden können.Proceeding from this, the present invention is based on the object of specifying a device and an internal combustion engine with such a device, with which the above disadvantages can be overcome.
Diese Aufgabe wird mit einem Informationsverteilsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.This object is achieved with an information distribution system having the features of
Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausführungsformen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.Advantageous developments and embodiments of the invention are specified in the further claims.
Vorgeschlagen wird erfindungsgemäß ein Bussystem bzw. Informationsverteilsystem für einen Verbrennungsmotor bzw. eine Brennkraftmaschine, insbesondere einen (Groß-)Dieselmotor oder auch einen Gasmotor. Ein mit dem Informationsverteilsystem versehener Verbrennungsmotor kann zum Beispiel für ein Kraftfahrzeug wie etwa ein Schiff, eine Lok oder ein Nutzfahrzeug, oder auch für eine stationäre Einrichtung vorgesehen sein, z.B. für ein Blockheizkraftwerk, ein (Not-)Stromaggregat oder auch für Industrieanwendungen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung kann ein mit Dieselkraftstoff betriebener Verbrennungsmotor z.B. auch für die Verwendung mit Schweröl, oder Bioöl vorgesehen sein, ein Gasmotor zum Beispiel für den Betrieb mit gasförmigem Kraftstoff in Form von z.B. Erdgas, Biogas, Sondergas, Deponiegas oder z.B. auch Wasserstoff.According to the invention, a bus system or information distribution system for a Internal combustion engine or an internal combustion engine, in particular a (large) diesel engine or a gas engine. An internal combustion engine provided with the information distribution system can be provided, for example, for a motor vehicle such as a ship, a locomotive or a commercial vehicle, or also for a stationary device, eg for a combined heat and power plant, an (emergency) power unit or for industrial applications. Within the scope of the present invention, an internal combustion engine operated with diesel fuel can also be provided, for example, for use with heavy oil or bio-oil, and a gas engine, for example, for operation with gaseous fuel in the form of, for example, natural gas, biogas, special gas, landfill gas or, for example, hydrogen.
Das Informationsverteilsystem umfasst wenigstens eine Drehzahlsensiervorrichtung zur Erfassung einer Motordrehzahl (des Verbrennungsmotors), insbesondere einer Nockenwellen- oder Kurbelwellen-Drehzahl, wobei die Drehzahlsensiervorrichtung an eine übergeordnete Kontrolleinheit des Informationsverteilsystems signalgebend angebunden ist. Als übergeordnete Kontrolleinheit dient im Rahmen der Erfindung ein zentrales Motorsteuergerät, insbesondere ein Basissteuergerät bzw. eine ECU (Electronic Control Unit), insbesondere eines Verbrennungsmotors, welche(s) insoweit die Sensorsignale der Drehzahlsensiervorrichtung erhält bzw. übermittelt bekommt.The information distribution system comprises at least one speed sensor device for detecting an engine speed (of the internal combustion engine), in particular a camshaft or crankshaft speed, the speed sensor device being connected to a higher-level control unit of the information distribution system in a signaling manner. Within the framework of the invention, a central engine control unit, in particular a basic control unit or an ECU (Electronic Control Unit), in particular of an internal combustion engine, serves as the superordinate control unit, which receives or transmits the sensor signals of the speed sensor device.
Die Drehzahlsensiervorrichtung weist zur Bereitstellung des Sensorsignals insbesondere einen Drehzahlsensor auf, z.B. in Form eines Induktionsgebers oder eines Inkrementalgebers. Ein Drehzahlsignal kann im Rahmen der Sensorsignalgebung hierbei zum Beispiel und bevorzugt mittels der Geberelemente eines Geberrads der Drehzahlsensiervorrichtung erzeugt werden, z.B. mit Geberelementen in Form von Zähnen und Lücken eines Zahnrads oder den Stegen und Löchern eines Lochrads, wobei das Geberrad auf der Nocken- oder Kurbelwelle sitzt. Hierbei wirken die Geberelemente am Sensor signalerzeugend, zum Beispiel durch induktionsbasiertes Erzeugen einer Wechselspannung infolge der Vorbeibewegung am Sensor, d.h. ein Drehzahlsignal als Sensorsignal liefernd.In order to provide the sensor signal, the speed sensor device has, in particular, a speed sensor, e.g. in the form of an induction transmitter or an incremental transmitter. A speed signal can be generated as part of the sensor signaling, for example and preferably by means of the sensor elements of a sensor wheel of the speed sensor device, e.g. with sensor elements in the form of teeth and gaps of a gear wheel or the webs and holes of a perforated wheel, with the sensor wheel on the camshaft or crankshaft sits. In this case, the transmitter elements on the sensor act to generate a signal, for example by induction-based generation of an AC voltage as a result of the movement past the sensor, i.e. supplying a speed signal as a sensor signal.
Alternativ oder zusätzlich ist mit der Erfindung vorgesehen, dass die Drehzahlsensiervorrichtung im Rahmen ihrer Sensorsignalgebung Bezugsmarken- bzw. Positionssignale an die übergeordnete Kontrolleinheit liefern kann bzw. liefert, zum Beispiel erzeugt durch einen am Geberrad ausgesparten Zahn bzw. Steg. Mittels der Bezugsmarkensignale kann auf einfache Weise eine bestimmte Drehstellung bzw. ein Drehwinkel des Motors erkannt werden, welche bzw. welcher mit der Drehstellung der Welle und - bei Verwendung eines Geberrads - mit der Drehstellung des Geberrads korrespondiert.Alternatively or additionally, the invention provides that the rotational speed sensor device can or does deliver reference mark or position signals to the superordinate control unit as part of its sensor signal transmission, for example generated by a tooth or web cut out on the sensor wheel. Using the reference mark signals, a specific rotational position or a rotational angle of the motor can easily be detected, which corresponds to the rotational position of the shaft and—when using a sensor wheel—to the rotational position of the sensor wheel.
Bevorzugt sind allgemein Ausgestaltungen des Informationsverteilsystems, bei welchen die wenigstens eine Drehzahlsensiervorrichtung im Rahmen ihrer Sensorsignalgebung sowohl Positions- als auch Drehzahlsignale an die übergeordnete Kontrolleinheit liefert. Angemerkt sei in diesem Zusammenhang noch, dass selbstverständlich auch andere Ausgestaltungen einer jeweiligen Drehzahl-Sensiervorrichtung denkbar sind, welche nicht von einem Geberrad Gebrauch machen.Configurations of the information distribution system are generally preferred in which the at least one rotational speed sensor device supplies both position and rotational speed signals to the superordinate control unit as part of its sensor signaling. It should also be noted in this connection that, of course, other configurations of a respective rotational speed sensor device are also conceivable which do not make use of a sensor wheel.
Bei dem erfindungsgemäßen Informationsverteilsystem weist die übergeordnete Kontrolleinheit weiterhin eine Busschnittstelle bzw. ein Businterface auf, über welche bzw. welches wenigstens ein Steuergerät eines Motors an die übergeordnete Kontrolleinheit anbindbar ist. Hierbei ist die übergeordnete Kontrolleinheit eingerichtet, das Sensorsignal der wenigstens einen, angebundenen Drehzahlsensiervorrichtung zu verarbeiten und darauf basierend ein Winkel- und/oder Drehzahlinformationssignal über die Busschnittstelle auszugeben, bevorzugt ein Signal, welches sowohl Winkel- als auch Drehzahlinformation enthält. Das ausgegebene Signal wird hierbei bevorzugt kontinuierlich ausgegeben, d.h. fortlaufend.In the information distribution system according to the invention, the higher-level control unit also has a bus interface or a bus interface, via which at least one control unit of an engine can be connected to the higher-level control unit. The higher-level control unit is set up to process the sensor signal of the at least one connected speed sensor device and based on this to output an angle and/or speed information signal via the bus interface, preferably a signal containing both angle and speed information. In this case, the output signal is preferably output continuously, i.e. continuously.
Mittels der Erfindung ist insoweit ein Informationsverteilsystem mit einem Winkel- und/oder Drehzahlbus an dem Verbrennungsmotor bereitstellbar, welches in der Lage ist, seitens der Drehzahlsensiervorrichtung an die übergeordnete Kontrolleinheit gelieferte Winkel- und/oder Drehzahlinformation über den Bus an weitere Steuergeräte des Verbrennungsmotors zu verteilen. Somit wird eine kostengünstige und sichere Möglichkeit geschaffen, eine Vielzahl zentraler als auch dezentraler Steuergeräte unproblematisch mit Winkel- und/oder Drehzahlinformation versorgen zu können, d.h. durch Anbindung an die übergeordnete Kontrolleinheit via die Busschnittstelle.The invention can be used to provide an information distribution system with an angle and/or speed bus on the internal combustion engine, which is able to distribute angle and/or speed information supplied by the speed sensor device to the higher-level control unit via the bus to other control units of the internal combustion engine . This creates a cost-effective and safe way of being able to supply angle and/or speed information to a large number of centralized and decentralized control units without any problems, i.e. by connecting to the higher-level control unit via the bus interface.
Vorteilhaft wird hierbei auch der Verkabelungsaufwand minimiert, daneben gelingt es, sämtliche angebundene Steuergeräte mit einem einheitlichen, insbesondere einzigen, über die Busschnittstelle ausgegebenen Winkel- und/oder Drehzahlinformationssignal versorgen zu können. Eine Abstimmung auf unterschiedliche Drehzahlsensiervorrichtungen (z.B. im Hinblick auf den verwendeten Sensortyp, die Ausgestaltung des Geberrads (Anzahl Zähne, Löcher), welche je nach Ausgestaltung des Verbrennungsmotors oder Art der Anwendung verwendet werden können, braucht nun nurmehr für die übergeordnete Kontrolleinheit zu erfolgen, während angebundene Steuergeräte stets mit derselben Signalform über die Busschnittstelle versorgt werden können, demzufolge auch für dieselbe bereits vor Verwendung intialisiert werden können. Mit der Erfindung entfallen somit vorteilhaft auch die Fehlerquellen aus einer etwaigen Falschparametrierung der angebundenen Steuergeräte, so dass wiederum die Betriebssicherheit erhöht werden kann.Advantageously, the amount of cabling is also minimized here, and it is also possible to be able to supply all connected control units with a uniform, in particular single, angle and/or speed information signal output via the bus interface. A tuning to different speed sensor devices (e.g. with regard to the type of sensor used, the design of the sensor wheel (number of teeth, holes), which can be used depending on the design of the combustion engine or type of application, now only needs to be done for the higher-level control unit, while Connected control units can always be supplied with the same signal form via the bus interface, which means that they can also be initialized before use the sources of error from any incorrect parameterization of the connected control units, so that in turn operational reliability can be increased.
Im Rahmen der Erfindung wird es insbesondere aufgrund der Verwendung derselben Signalform möglich, wesentlich einfachere sowie effizientere Softwareprogramme auf den Mikroprozessoren der angebundenen Steuergeräte zu implementieren, wodurch sich auch die Berechnungszeiten in der Software des jeweiligen Mikroprozessors reduzieren. Die komplexe Synchronisationslogik und die Sensorausfallerkennung der Drehzahlsensoren muss nur einmal implementiert werden. Auch das Testen der Software - insbesondere in den Steuergeräten die über die Busschnittstelle angebunden sind - wird erheblich vereinfacht, insoweit als nur eine Signalform zu verarbeiten ist. Einher geht hiermit auch eine wesentliche Verringerung des Speicherbedarfs im jeweiligen Mikroprozessor, wobei durch die Reduzierung des benötigten Speichers sowie durch die Optimierung der Berechnungsabläufe nunmehr kleinere und dadurch kostengünstigere Mikroprozessoren beim Schaltungsdesign verwendet werden können. Auf externe RAM-Speicher, die erheblichen Raum auf der Platine benötigen und hierdurch die Steuergerätekosten hochhalten, kann somit vorteilhaft verzichtet werden. Die durch den Bus vereinfachte Software in allen Teilkomponenten bzw. angebundenen Steuergeräten bedeutet eine geringere Software-/Systemkomplexität und somit auch eine einfachere Wartbarkeit.In the context of the invention, it is possible, in particular due to the use of the same signal form, to implement significantly simpler and more efficient software programs on the microprocessors of the connected control units, which also reduces the calculation times in the software of the respective microprocessor. The complex synchronization logic and the sensor failure detection of the speed sensors only have to be implemented once. The testing of the software - especially in the control units that are connected via the bus interface - is considerably simplified insofar as only one signal form has to be processed. This is also accompanied by a significant reduction in the memory requirements in the respective microprocessor, with the reduction in the memory required and the optimization of the calculation processes now making it possible to use smaller and therefore more cost-effective microprocessors in the circuit design. External RAM memories, which require considerable space on the circuit board and thus keep the control unit costs high, can thus advantageously be dispensed with. The software simplified by the bus in all subcomponents or connected control units means less software/system complexity and thus easier maintainability.
Die Busschnittstelle ist im Rahmen der Erfindung bevorzugt bidirektional ausgeführt, könnte alternativ jedoch auch unidirektional vorgesehen werden. Die Busschnittstelle ist bevorzugt eine digitale Schnittstelle, und weiterhin eine solche Schnittstelle, über welche die auf dem Sensorsignal der Drehzahlsensiervorrichtung basierenden Winkel- und/oder Drehzahlinformationssignale in Echtzeit bzw. ohne zeitlichen Verzug (geringe Latenz) an an der Busschnittstelle angeschlossene Teilnehmer übertragen werden können.The bus interface is preferably bidirectional within the scope of the invention, but could alternatively also be provided unidirectionally. The bus interface is preferably a digital interface, and also such an interface via which the angle and/or speed information signals based on the sensor signal of the speed sensor device can be transmitted in real time or without a time delay (low latency) to participants connected to the bus interface.
Im Rahmen der Erfindung ist vorgesehen, dass bei dem Informationsverteilsystem wenigstens ein Steuergerät eines Verbrennungsmotors oder eine Mehrzahl von Steuergeräten desselben Verbrennungsmotors über die Busschnittstelle an die übergeordnete Kontrolleinheit angebunden ist. Bevorzugt sind zum Beispiel eine Anzahl von Steuergeräten in Form von Zylinderdruckmodulen über die Busschnittstelle an die übergeordnete Kontrolleinheit angebunden (z.B. solche Zylinderdruckmodule, wie diese in der weiteren Anmeldung der Anmelderin unter dem Aktenzeichen
Mit dem Informationsverteilsystem kann weiterhin vorgesehen sein, dass zwei oder mehr Drehzahlsensiervorrichtungen signalgebend an die übergeordnete Kontrolleinheit angebunden sind. Eine der Drehzahlsensiervorrichtungen kann zum Beispiel mit der Nockenwelle zusammenwirken, während die weitere Drehzahlsensiervorrichtung vorzugsweise mit der Kurbelwelle zusammenwirkt. Lösungen, bei welchen beispielsweise nur ein Nockenwellensensor vorgesehen ist, können sich demgegenüber zum Beispiel für einen stationär betriebenen Gasmotor anbieten.With the information distribution system it can also be provided that two or more rotational speed sensor devices are connected to the superordinate control unit in a signaling manner. One of the speed sensor devices can, for example, interact with the camshaft, while the other speed sensor device preferably interacts with the crankshaft. In contrast, solutions in which, for example, only one camshaft sensor is provided can be offered, for example, for a gas engine operated in a stationary manner.
Insbesondere bei Ausgestaltungen, bei welchen eine Mehrzahl von Drehzahlsensiervorrichtungen an die übergeordnete Kontrolleinheit angebunden ist, ist vorgesehen, dass die übergeordnete Kontrolleinheit hierbei eingerichtet ist, die Sensorsignale der Mehrzahl von angebundenen Drehzahlsensiervorrichtungen zu verarbeiten und darauf basierend ein Winkel- und/oder Drehzahlinformationssignal über die Busschnittstelle auszugeben, insbesondere ein einziges (insbesondere fortlaufendes) Signal. Eine komplexe Synchronisationslogik, welche hierbei die Mehrzahl von Sensorsignalen zu berücksichtigen hat, braucht bei solchen Ausgestaltungen vorteilhaft nur in der übergeordneten Kontrolleinheit vorgesehen werden (nicht mehr jedoch in einem jeden Steuergerät wie im Stand der Technik). Ersichtlich kann im Rahmen der vorliegenden Erfindung auch die Sensorausfallerkennung vorteilhaft einfach ausschließlich durch die übergeordnete Kontrolleinheit geleistet werden, zum Beispiel im Rahmen eines Statusmonitorings. Insoweit weist die übergeordnete Kontrolleinheit im Rahmen der Erfindung bevorzugt auch eine diesbezügliche Sicherheitsfunktionalität auf.In particular in configurations in which a plurality of speed sensor devices are connected to the higher-level control unit, it is provided that the higher-level control unit is set up here to process the sensor signals of the plurality of connected speed sensor devices and, based thereon, to transmit an angle and/or speed information signal via the bus interface output, in particular a single (in particular continuous) signal. In such configurations, a complex synchronization logic, which has to take into account the plurality of sensor signals, advantageously only needs to be provided in the superordinate control unit (however, no longer in each control device as in the prior art). As can be seen, within the scope of the present invention, sensor failure detection can also advantageously be carried out simply and exclusively by the superordinate control unit, for example as part of status monitoring. In this respect, the higher-level control unit preferably also has a related safety functionality within the scope of the invention.
Bei dem Informationsverteilsystem kann die Kontrolleinrichtung eingerichtet sein, ein Winkel- und/oder Drehzahlinformationssignal über die Busschnittstelle auszugeben, welches ein Pulssignal aufweist, insbesondere in Form eines fortlaufenden Dauerpulssignals. Weiterhin kann die Kontrolleinrichtung eingerichtet sein, ein Winkel- und/oder Drehzahlinformationssignal über die Busschnittstelle auszugeben, welches ein Synchronisationssignal aufweist (welches z.B. zum Aufsynchronisieren durch die angebundenen Steuergeräte, insbesondere zum Auslesen der Winkelinformation bereitgestellt ist). Bevorzugt wird ein Winkel- und Drehzahlinformationssignal ausgegeben, welches insbesondere bevorzugt als Dauerpulssignal bereitgestellt ist und neben Drehzahlsignalanteilen auch Winkel(stellungs)signale bzw. -anteile aufweist.In the information distribution system, the control device can be set up to output an angle and/or rotational speed information signal via the bus interface, which signal has a pulse signal, in particular in the form of a continuous pulse signal. Furthermore, the control device can be set up to output an angle and/or rotational speed information signal via the bus interface, which signal has a synchronization signal (which is provided, for example, for synchronization by the connected control devices, in particular for reading out the angle information). An angle and speed information signal is preferably output, which is particularly preferably provided as a continuous pulse signal is provided and, in addition to speed signal components, also has angle (position) signals or components.
Im Rahmen der Erfindung wird auch ein Verbrennungsmotor mit einem wie vorstehend erörterten Informationsverteilsystem vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergehen insbesondere dahin, dass bei dem Verbrennungsmotor lediglich die übergeordnete Kontrolleinheit eine Synchronisationslogik zur Verarbeitung des Sensorsignals der wenigstens einen angebundenen Drehzahlsensiervorrichtung und/oder zur Ausgabe des Winkel- und/oder Drehzahlinformationssignals aufweist, weiterhin dahin, dass bei dem Verbrennungsmotor lediglich die übergeordnete Kontrolleinheit eine Sensorausfallerkennungsfunktion aufweist, d.h. in Bezug auf die wenigstens eine Drehzahlsensiervorrichtung.An internal combustion engine with an information distribution system as discussed above is also proposed within the scope of the invention. Advantageous refinements result in particular in that in the internal combustion engine only the higher-level control unit has a synchronization logic for processing the sensor signal of the at least one connected speed sensor device and/or for outputting the angle and/or speed information signal, furthermore in that in the internal combustion engine only the higher-level control unit has a sensor failure detection function, i.e. in relation to the at least one speed sensing device.
Um unnötige Redundanzen insbesondere zu vermeiden, wird vorgeschlagen, dass bei dem Verbrennungsmotor lediglich die übergeordnete Kontrolleinheit Sensorsignale seitens der wenigstens einen, insbesondere sämtlicher (Motordrehzahl-)Drehzahlsensiervorrichtungen erhält, welche übergeordnete Kontrolleinheit basierend auf der verarbeiteten Drehzahlinformation das Winkel- und/oder Drehzahlinformationssignal an wenigstens ein über die Busschnittstelle angebundenes Steuergerät ausgibt.In order to avoid unnecessary redundancies in particular, it is proposed that in the internal combustion engine only the higher-level control unit receives sensor signals from the at least one, in particular all (engine speed) speed sensor devices, which higher-level control unit transmits the angle and/or speed information signal to at least outputs a control unit connected via the bus interface.
Die über die Busschnittstelle angebundenen Steuergeräte wiederum sind insbesondere sämtlich mit einer Signalverarbeitungsfähigkeit ausgestattet, welche die Verarbeitung der über die Busschnittstelle erhaltenen Winkel- und/oder Drehzahlinformation aus dem Winkel- und/oder Drehzahlinformationssignal ermöglicht, insbesondere vorteilhaft einheitlich bzw. mit der gleichen Hard- und/oder Software, so dass deren Parametrierung standardisiert werden kann.The control units connected via the bus interface are, in turn, all equipped with a signal processing capability that enables the angle and/or speed information received via the bus interface to be processed from the angle and/or speed information signal, particularly advantageously uniformly or with the same hardware and /or software, so that their parameterization can be standardized.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnungen, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in verschiedener Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.Further features and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments of the invention, with reference to the figures of the drawings, which show details essential to the invention, and from the claims. The individual features can each be realized individually or together in various combinations in a variant of the invention.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 exemplarisch und schematisch ein Informationsverteilsystem in Verbindung mit einem Verbrennungsmotor gemäß einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung. -
2 exemplarisch und schematisch mögliche Signalformen mit einem Informationsverteilsystem gemäß der Erfindung.
-
1 exemplarily and schematically an information distribution system in connection with an internal combustion engine according to a possible embodiment of the present invention. -
2 exemplary and schematic possible signal forms with an information distribution system according to the invention.
In der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen entsprechen gleichen Bezugszeichen Elemente gleicher oder vergleichbarer Funktion.In the following description and the drawings, the same reference symbols correspond to elements with the same or comparable function.
Der Verbrennungsmotor 3 umfasst ferner eine Nockenwelle 15 sowie eine Kurbelwelle 17, deren Drehzahl, insoweit auch die Motordrehzahl, je über eine Drehzahlsensiervorrichtung 19, 21 des Informationsverteilsystems 1 erfasst wird, d.h. über eine erste 19 und eine zweite 21 Drehzahlsensiervorrichtung. Alternativ kann zum Beispiel vorgesehen sein, dass lediglich die Nockenwelle 15 oder nur die Kurbelwelle 17 mit einer Drehzahlsensiervorrichtung 19 bzw. 21 zusammenwirkt, z.B. auch oder gerade im Fehlerfall, wenn es zu einem Sensorausfall an der anderen Welle kommt.The
Zur Drehzahlerfassung der jeweiligen Welle 15 bzw. 17 und zur Bereitstellung eines entsprechenden Sensorsignals 23 (s.
Die jeweilige Drehzahlsensiervorrichtung 19, 21 liefert mit dem Sensorsignal 23 weiterhin eine Information 33, welche die Drehstellung bzw. Winkelstellung des Geberrads 25 bzw. 27 signalisiert. Diese Bezugsmarke 33 wird mittels eines ausgesparten Geberelements am Geberrad 25 bzw. 27 erzeugt, dessen Position auf eine vorbestimmte Kurbelwellen- bzw. Zylinderposition abgestimmt ist, zum Beispiel und bevorzugt auf den oberen Totpunkt (OT) des ersten Zylinders 5. An der Stelle der Bezugsmarke 33 lückt das Sensorssignal 23 hierbei jeweils, wodurch eine Erkennung der Winkelstellung möglich wird. Ein solches Sensorsignal 23, wie dieses als kontinuierliches Signal bereitgestellt werden kann, zeigt exemplarisch
Die jeweilige, zur Erfassung der Motordrehzahl bereitgestellte Drehzahlsensiervorrichtung 19, 21 ist signalgebend, das heißt das Sensorsignal 23 liefernd, an eine übergeordnete Kontrolleinheit 35 des Informationsverteilsystems 1 angebunden, wobei die übergeordnete Kontrolleinheit 35 durch ein Basissteuergerät bzw. ein zentrales Motorsteuergerät gebildet ist, insbesondere eine ECU. Die übergeordnete Kontrolleinheit 35 erfasst hierbei auch den Status der jeweiligen Drehzahlsensiervorrichtung 19, 21, zum Beispiel im Rahmen eines Monitorrings des Drehzahlsignals / der Drehzahlsignale zum Zwecke der Fehlererkennung (Sensorausfallerkennung). An die übergeordnete Kontrolleinheit 35 sind - neben einer Anzahl weiterer betriebswichtiger Systemkomponenten des Verbrennungsmotors 3 (nicht dargestellt) - zum Beispiel auch die Injektoren 11 der Brennkraftmaschine 3 über je eine Steuerleitung 37 angebunden, das heißt für deren Einspritzssteuerung.The respective
Wie insbesondere auch
An den hierbei mittels der Busschnittstelle 39 gebildeten Winkel- und Drehzahlbus 51 ist zum Beispiel ein erstes Steuergerät 41 in Form einer EMU (Engine Monitoring Unit) angebunden, mittels welcher motorbetriebsabhängig Sensoren 47 oder auch Aktoren 49 überwacht und/oder angesteuert werden, welche eine Winkel- und/oder Drehzahlinformation benötigen.A
Weiterhin sind über den Winkel- und Drehzahlbus 51 eine Anzahl von dezentralen, zylinderindividuellen Steuergeräten 43 an die übergeordnete Kontrolleinheit 35 angebunden, i.e. via die Busschnittstelle 39, welche je als Zylinderdruckmodul bereitgestellt sind (mit einem jeweiligen Zylinderdruckmodul wirkt hierbei der Zylinderdrucksensor 13 des entsprechenden Zylinders 5 ein Brennraumdruckniveau erfassend zusammen). Mittels der über den Winkel- und Drehzahlbus 51 in insbesondere Echtzeit an die Zylinderdruckmodule 43 übermittelten Winkel- und Drehzahlinformation werden diese befähigt, zeit- und winkelabhängig einen Brennraumdruck zu erfassen und zu analysieren.Furthermore, a number of decentralized, cylinder-
Das Sensorsignal 23 wird von der Drehzahlsensiervorrichtung 21 - basierend auf der generierten frequenzbehafteten Wechselspannung aus der Drehzahlmessung - als vorverarbeitetes Digitalsignal bereitgestellt und der übergeordneten Kontrolleinheit 35 zugeführt (alternativ z.B. durch die übergeordnete Kontrolleinheit 35 aus einem analogen Wechselspannungssignal des Sensors 31 aufbereitet). Zwei vollen Umdrehungen des Geberrads 27, d.h. korrespondierend mit einem Motorarbeitsspiel zwischen 0°KW und 720°KW, entsprechen vorliegend z.B. 240 Pulse (bei einem Geberrad 27 mit 120 Zähnen), wobei ein fehlender Puls je die Drehstellung des Geberrads 27 entsprechend dessen Position auf eine vorbestimmte Kurbelwellen- bzw. Zylinderposition markiert, d.h. die Bezugs- bzw. Positionsmarke 33 im Sensorsignal 23 bildet. Bei der gezeigten Signalform des Sensorsignals 23 entspricht eine Sensorsignal-Periodendauer z.B. 3°KW.The
Die übergeordnete Kontrolleinheit 35 verarbeitet das Sensorsignal 23 digital weiter, insbesondere mittels einer geeigneten Signalprozessorvorrichtung, welche z.B. einen Timer 53 umfasst. Im Rahmen der Verarbeitung wird das Sensorsignal 23 zeitlich feiner aufgelöst, wobei einem Motorarbeitsspiel nunmehr z.B. 3600 Pulse zuordenbar sind, d.h. die Auflösung entsprechend einer Periodendauer des Bussignals 45, d.h. des über die Busschnittstelle bereitgestellten Winkel- und Drehzahl-informationssignals 45, beträgt nunmehr z.B. 0,2°KW. Im Rahmen der Signalverarbeitung durch die übergeordnete Kontrolleinheit 35 wird weiterhin ein Winkelsignal 55 als Signalanteil des Winkel- und Drehzahlinformationssignals 45 ausgegeben, welches entsprechend dessen Position auf eine vorbestimmte Kurbelwellen- bzw. Zylinderposition (gewöhnlich OT A1) markiert. Das Winkelsignal 55 kann z.B. ein höheres - von einer Signalverarbeitungslogik erkennbares - Spannungsniveau als die sonstigen Pulse 57 aufweisen, alternativ z.B. auch durch eine Signallücke analog zu dem Sensorsignal 23 geformt sein, oder davon verschieden ausgegeben werden.The
Aus dem Winkel- und Drehzahlinformationssignal 45 können die über die Busschnittstelle 39 angebundenen Steuergeräte 41, 43 mittels ihrerseits vorhandener Signalverarbeitungslogik (nicht dargestellt) nunmehr die erforderliche, brennkraftmaschinenbetriebsabhängige Winkel- und Drehzahlinformation auslesen. Z.B. kann zur Winkelermittlung ein Zähler mit Erkennen eines Winkelsignals 55 im Winkel- und Drehzahlinformationssignal 45 in Gang gesetzt werden, welcher die Pulse 57 zählt und den Zählerstand - fortlaufend - mit einem Drehwinkel korreliert. Insoweit dient das Winkelsignal 55 hierbei auch als Synchronisationssignal.From the angle and
Zur Drehzahlermittlung anhand des Winkel- und Drehzahlsignals 45 können die Pulse 57 des Signals am angebundenen Steuergerät 41 bzw. 43 über eine Dauer gezählt und mit einer Zeitdauer der Zählung korreliert werden.To determine the rotational speed using the angle and
Angemerkt sei, dass die gezeigten Signalverläufe 23, 45 nach
Ferner sei darauf hingewiesen, dass es im Rahmen der Erfindung vorgesehen ist, bei Ausfall (Erkennung durch Monitoring der Sensorsignale) eines der Drehzahlsensoren 29 bzw. 31 den Winkelbus 51 automatisch auf den jeweiligen anderen noch funktionsfähigen Sensor umzuschalten, d.h. durch die signalverarbeitende übergeordnete Kontrolleinheit bzw. ECU 35. Die Ausfallerkennung und Synchronisierung der Busteilnehmer (Steuergeräte) kann in der Software implementiert werden, jedoch in vorteilhaft nur sehr geringem Umfang.It should also be pointed out that the invention provides for the
Abschließend sei notiert, dass es mit der Erfindung vorgesehen und vorteilhaft möglich ist, über die Busschnittstelle 39 - via geeignete Signalverarbeitung in der übergeordneten Kontrolleinheit 35 - unabhängig von den mit den Sensiervorrichtungen verwendeten Geberrädern 25 bzw. 27 stets ein Winkel- und/oder Drehzahlsignal 45 mit gleicher Auflösung bzw. Pulsanzahl je Arbeitsspiel auszugeben (z.B. mit 0,2°KW bzw. 3600 Pulsen), wobei in vorteilhafter Weise verschiedene Einstellungen der Auflösung oder Pulsanzahl durch entsprechende Konfigurierung der übergeordneten Kontrolleinheit 35 möglich sind.Finally, it should be noted that the invention provides and advantageously makes it possible to always transmit an angle and/or
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Informationsverteilsysteminformation distribution system
- 33
- Verbrennungsmotorcombustion engine
- 55
- Zylindercylinder
- 77
- KolbenPistons
- 99
- Brennraumcombustion chamber
- 1111
- Injektorinjector
- 1313
- Zylinderdrucksensorcylinder pressure sensor
- 1515
- Nockenwellecamshaft
- 1717
- Kurbelwellecrankshaft
- 1919
- erste Drehzahlsensiervorrichtungfirst speed sensing device
- 2121
- zweite Drehzahlsensiervorrichtungsecond speed sensing device
- 2323
- Sensorsignalsensor signal
- 25, 2725, 27
- Geberradencoder wheel
- 29,3129:31
- Sensorsensor
- 3333
- Bezugsmarkereference mark
- 3535
- Kontrolleinheitcontrol unit
- 3737
- Steuerleitungcontrol line
- 3939
- Busschnittstellebus interface
- 4141
- Steuergerät (EMU)control unit (EMU)
- 4343
- Steuergerätcontrol unit
- 4545
- Winkel- und/oder DrehzahlinformationssignalAngle and/or speed information signal
- 4747
- Sensorsensor
- 4949
- Aktoractuator
- 5151
- Winkel- und/oder DrehzahlbusAngle and/or speed bus
- 5353
- Timertimer
- 5555
- Winkelsignalangle signal
- 5757
- PulsPulse
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-
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