DE19513597A1 - Zylindererkennungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zylindererkennungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, die aus einer Serie von Signalen eines rotatorischen Signalgenerators Zylinder erkennt.

Bei der Steuerung des Zündzeitpunkts oder der Kraftstoff­ einspritzung einer Brennkraftmaschine ist es erforderlich, Zylinder zu erkennen, und daher werden mit der Rotation einer Brennkraftmaschine synchrone Signale genutzt. Der Signalgenerator detektiert normalerweise die Rotation einer Nockenwelle oder einer Kurbelwelle. Die Fig. 4 und 5 zeigen ein Beispiel eines solchen rotatorischen Signalgenerators, der bei einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine verwendet wird.

In den Fig. 4 und 5 bezeichnet 1 eine Welle, die synchron mit der Brennkraftmaschine dreht, 2 ist eine drehbare Schei­ be, die an der Welle 1 befestigt ist und die in ihrem Außen­ umfang vier Fenster 3 hat, die jeweiligen Zylindern entspre­ chen, wobei ein Fenster 3, das einem bestimmten Zylinder entspricht, an ihrem Innenumfang vorgesehen ist. 4 sind lichtemittierende Dioden, die entsprechend den Fenstern 3 an der Außenumfangsseite der drehbaren Scheibe 2 und dem Fen­ ster 3 an ihrer Innenumfangsseite angeordnet sind, 5 be­ zeichnet Photodioden, die Ausgangsstrahlen von den jeweili­ gen lichtemittierenden Dioden 4 empfangen, 6 bezeichnet einen Verstärkerkreis, der mit jeder Photodiode 5 verbunden ist und ein Ausgangssignal der Photodiode 5 verstärkt, und 7 bezeichnet einen Endstufentransistor mit einem offenen Kol­ lektor, der mit dem Verstärkerkreis 6 verbunden ist. Fig. 5 zeigt zwar beispielhaft nur die Schaltung mit einem Paar von lichtemittierender Diode 4 und Photodiode 5, aber selbstver­ ständlich ist eine weitere gleichartige Schaltung vorge­ sehen.

Nachstehend wird der Betrieb auf der Basis von Signalwellen­ formen gemäß den Fig. 6(a) und 6(b) erläutert. Mit der Rotation der Brennkraftmaschine wird von dem Transistor 7 ein Kurbelwinkel-Referenzsignal (SGT) gemäß Fig. 6(b) ab­ gegeben, das der lichtemittierenden Diode 4 und der Photo­ diode 5 an der Außenumfangsseite entspricht, und ein Zylin­ dererkennungssignal (SGC) gemäß Fig. 6(a) wird von dem Endstufentransistor 7 abgegeben, das der lichtemittierenden Diode 4 und der Photodiode 5 an der Innenumfangsseite entspricht.

Bei dieser Ausbildung ist das Kurbelwinkel-Referenzsignal SGT ein Signal, das sich zu einem vorbestimmten Kurbelwinkel jedes Zylinders umkehrt und das als ein Referenzsignal des Kurbelwinkels in bezug auf jeden Zylinder genutzt wird. Ferner gibt das Zylindererkennungssignal SGC ein Signal synchron mit der Erzeugung des Kurbelwinkel-Referenzsignals SGT ab, das dem Zylinder ¢1 entspricht und das zur Erkennung des Zylinders ¢1 genutzt wird. Durch Detektieren des Zeit­ punkts des speziellen Zylinders (des Zylinders ¢1 in Fig. 6(a)) durch das Zylindererkennungssignal SGC ist es also möglich, nacheinander sämtliche Zylinder zu erkennen.

Wie Fig. 7 zeigt, werden die Ausgangssignale des rotatori­ schen Signalgenerators 8 über eine Schnittstellenschaltung 9 in einen Mikrocomputer 10 eingegeben und für Berechnungen genutzt, um den Zündzeitpunkt, die Kraftstoffeinspritzung und dergleichen entsprechend den jeweiligen Zylindern zu steuern.

Bei der herkömmlichen Zylindererkennungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine ist es erforderlich, zwei Serien von Si­ gnalen in dem rotatorischen Signalgenerator zu erzeugen, um das Kurbelwinkel-Referenzsignal SGT und das Zylindererken­ nungssignal SGC zu erhalten, und daher ist die Konstruktion kompliziert und resultiert in hohen Kosten.

Verfahren zum Erkennen von Zylindern aus einer Serie von Signalen sind in den nichtgeprüften JP-Patentveröffent­ lichungen Nr. 12138/1991 und Nr. 12139/1991 angegeben. Bei beiden gibt es jedoch Probleme der Gefahr einer Falscherken­ nung von Zylindern, wenn Herstellungsfehler hinsichtlich der Lagesignale vorliegen und eine Änderung der Rotation der Brennkraftmaschine auftritt.

Aufgabe der Erfindung ist die Lösung dieser Probleme und die Bereitstellung einer Zylindererkennungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine, wobei ein Signal, das sowohl die Funk­ tion eines Kurbelwinkel-Referenzsignals als auch eines Zylindererkennungssignals hat, aus einer Serie von Signalen erhalten wird, so daß die Vorrichtung einen bestimmten Zylinder fehlerfrei erkennt.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Zylinder­ erkennungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine bereit­ gestellt, die gekennzeichnet ist durch: einen rotatorischen Signalgenerator, um synchron mit der Rotation der Brenn­ kraftmaschine erste Lagesignale, die jeweils eine erste Vielzahl von ersten und zweiten Referenzlagen bezeichnen, die jedem der Zylinder entsprechen, und ein zweites Lage­ signal zu erzeugen, das eine zweite Vielzahl von ersten und zweiten Referenzlagen bezeichnet, die vor einer bestimmten der von den ersten Lagesignalen bezeichneten ersten Refe­ renzlagen liegen, die durch die ersten Lagesignale bezeich­ net sind, und einem bestimmten der Zylinder entsprechen; eine Meßeinrichtung zum Messen von ersten Zeitspannen zwi­ schen aneinandergrenzenden der ersten Referenzlagen und von zweiten Zeitspannen zwischen den ersten und zweiten Refe­ renzlagen sowohl der ersten als auch der zweiten Lagesigna­ le, die von dem rotatorischen Signalgenerator abgegeben wer­ den; eine Recheneinrichtung zum Berechnen von Verhältnissen, die jeweils als die zweite Zeitspanne im Vergleich mit der ersten Zeitspanne definiert sind, auf der Basis eines Ergeb­ nisses der Meßeinrichtung, und zum Normalisieren von Ände­ rungen der Verhältnisse in zwei aufeinanderfolgenden der ersten Zeitspannen auf der Basis eines bestimmten der Ver­ hältnisse in einer vorbestimmten der ersten Zeitspannen; und eine Erkennungseinrichtung zum Erkennen der Zylinder, die jeweils einem der ersten Lagesignale entsprechen, auf der Basis eines Ergebnisses der Recheneinrichtung.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Zylinder­ erkennungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine gemäß dem ersten Aspekt bereitgestellt, wobei die Recheneinrichtung die Änderungen der Verhältnisse in zwei aufeinanderfolgenden von der vorhergehenden und der momentanen ersten Zeitspanne normalisiert auf der Basis des Verhältnisses in der vorher­ gehenden oder der momentanen ersten Zeitspanne, und die Erkennungseinrichtung die Zylinder, die jeweils den ersten Lagesignalen entsprechen, erkennt auf der Basis des Ergeb­ nisses eines Vergleichs zwischen einem von der Rechenein­ richtung berechneten normalisierten Wert und einem vorbe­ stimmten Wert.

Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung führt die Einrichtung die Berechnung auf der Basis der Verhältnisse der Zeitspan­ nen aus. Daher bleiben die Verhältnisse auch dann unver­ ändert, wenn sich die Drehzahlbedingungen ändern. Außerdem ist die Erzeugung eines Fehlers aufgrund einer Drehzahlände­ rung äußerst selten, weil die Vorrichtung eine entsprechende Änderung in zwei aufeinanderfolgenden Zeitspannen berechnet. Ferner kann die Erzeugung einer Falscherkennung vermieden werden, weil die Normalisierung auf der Basis eines zeitli­ chen Verhältnisses in einer vorbestimmten Zeitspanne durch­ geführt wird.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung bleiben die Verhält­ nisse auch dann unverändert, wenn sich die Drehzahlbedin­ gungen ändern, weil die Berechnung auf der Basis der Ver­ hältnisse von Zeitspannen durchgeführt wird. Ferner ist die Erzeugung eines Fehlers aufgrund der Drehzahländerung äußerst selten, weil die Vorrichtung eine Differenz zwischen dem vorhergehenden und dem momentanen zeitlichen Verhältnis berechnet. Es ist außerdem möglich, die Erzeugung einer Falscherkennung infolge einer hohen oder niedrigen Drehzahl, der Erzeugung einer Drehzahländerung oder dergleichen zu vermeiden, weil die Normalisierung mit dem vorhergehenden zeitlichen Verhältnis oder dem momentanen zeitlichen Ver­ hältnis durchgeführt wird.

Die Erfindung wird nachstehend auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile anhand der Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in:

Fig. 1 den Aufbau eines rotatorischen Signalgenerators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 2 ein Diagramm einer Signalwellenform, die von dem rotatorischen Signalgenerator von Fig. 1 erhal­ ten wird;

Fig. 3 ein Flußdiagramm, das den Betrieb einer Ausfüh­ rungsform der Erfindung zeigt;

Fig. 4 einen herkömmlichen rotatorischen Signal­ generator;

Fig. 5 ein Diagramm, das einen Schaltungsaufbau des rotatorischen Signalgenerators von Fig. 4 zeigt;

Fig. 6(a) und 6(b) Diagramme von Signalwellenformen, die von dem rotatorischen Signalgenerator von Fig. 4 erzeugt werden; und

Fig. 7 ein Blockdiagramm, das dem Aufbau einer Zylin­ dererkennungsvorrichtung zeigt.

Beispiel 1

Fig. 1 zeigt den Aufbau eines rotatorischen Signalgenerators der Zylindererkennungsvorrichtung für eine Brennkraftma­ schine. In Fig. 1 sind Fenster 3a (entsprechend einem ersten Lagesignal), die Referenzlagen von jeweiligen Zylindern zeigen, zusammen mit einem Fenster 3b (entsprechend einem zweiten Lagesignal) vorgesehen, um ein spezielles Signal zu identifizieren und eine Serie von Signalen zu liefern. Im übrigen ist die Vorrichtung gleichartig mit der herkömm­ lichen Vorrichtung von Fig. 4.

Fig. 2 zeigt eine Signalwellenform, die von dem rotatori­ schen Signalgenerator von Fig. 1 erhalten wird, wobei eine erste Referenzlage eines ersten Lagesignals, das entspre­ chend jedem Zylinder erzeugt wird, ein Anstieg (75° vor OT) der Signalwellenform ist und beispielsweise als Referenz für die Berechnung bei der Steuerung des Zündzeitpunkts genutzt wird. Eine zweite Referenzlage des ersten Lagesignals ist ein Abfall (5° vor OT) der Signalwellenform, der beispiels­ weise in einem Signal eines unveränderlichen Zündzeitpunkts beim Starten der Brennkraftmaschine genutzt wird.

Eine erste Referenzlage eines zweiten Lagesignals, die vor dem ersten Lagesignal entsprechend einem bestimmten Zylinder (Zylinder ¢1) erzeugt wird, ist ein Anstieg (150° vor OT) der Signalwellenform. Eine zweite Referenzlage des zweiten Lagesignals ist ein Abfall (115° vor OT) der Signalwel­ lenform.

Als nächstes folgt eine Erläuterung des Ablaufs einer Zylindererkennungs-Routine in dem Mikrocomputer 10 unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm von Fig. 3.

In Schritt S1, der der Meßeinrichtung entspricht, wird eine Zeitspanne T zwischen den ersten Referenzlagen (Anstieg des Signals) und einer Zeitspanne ab der ersten Referenzlage (Anstieg des Signals) bis zu der zweiten Referenzlage (Ab­ fall des Signals) auf der Basis des in Fig. 2 gezeigten Signals gemessen, das von dem rotatorischen Signalgenerator 8 durch die Schnittstellenschaltung 9 übertragen worden ist.

In den Schritten S2 und S3, die der Recheneinrichtung ent­ sprechen, werden zuerst in Schritt S2 die Verhältnisse t/T zu verschiedenen Intervallen A1, A2, A3, B und C, die jeweils definiert sind als die Zeitspanne T zwischen den ersten Referenzlagen gegenüber der Zeitspanne t ab der ersten Referenzlage bis zu der zweiten Referenzlage, be­ rechnet. In einem Zustand änderungsfreier Rotation (konstan­ ter Drehzahl) der Brennkraftmaschine ist der Wert des Ver­ hältnisses t/T 70/180 = 0,389 für die Intervalle A1, A2 und A3, 70/105 = 0,667 für das Intervall B und 35/75 = 0,467 für das Intervall C. Dann wird in Schritt S3 einen Rechenwert α berechnet durch Division der Differenz zwischen dem Momen­ tanwert und dem vorhergehenden Wert dieses Verhältnisses durch den vorhergehenden Wert. In dem Zustand einer ände­ rungsfreien Rotation (konstanter Drehzahl) der Brennkraft­ maschine ist der Rechenwert α -0,167 für das Intervall A1, 0,000 für die Intervalle A2 und A3, +0,715 für das Intervall B und -0,300 für das Intervall C.

In den Schritten S4, S5 und S6, die der Erkennungseinrich­ tung entsprechen, wird zuerst in Schritt S4 der Rechenwert α von Schritt S3 mit einem vorbestimmten Wert β (beispiels­ weise +0,200) verglichen und festgestellt, daß das sukzes­ sive Lagesignal (das Lagesignal des Intervalls C) das zweite Lagesignal entsprechend dem speziellen Zylinder ist, wenn α ≧ β (in dem Intervall B: +0,715 ≧ +0,200), und dann geht der Ablauf zu Schritt S5. In Schritt S5 wird ein Wert eines Registers R zur Erkennung von Zylindern gelöscht.

Wenn ferner α < β (im Intervall A1: -0,167, in den Inter­ vallen A2 und A3: 0,000, im Intervall C: -0,300 < +0,200) in Schritt S4, stellt der Ablauf fest, daß das sukzessive Lage­ signal (die Intervalle A1, A2, A3 und B) die ersten Lagesi­ gnale bezeichnet, die den jeweiligen Zylindern entsprechen, und geht zu Schritt S6. In Schritt S6 wird der Wert des Registers R zur Erkennung der Zylinder erhöht.

Auf diese Weise löscht die Operation den Wert des Registers R zur Erkennung von Zylindern nach Maßgabe des zweiten Lage­ signals, das dem bestimmten Zylinder entspricht, und inkre­ mentiert es nach Maßgabe der ersten Lagesignale, die den jeweiligen Zylindern entsprechen. Daher kann die Vorrichtung durch den Wert des Registers R zur Zylindererkennung fest­ stellen, welchem Zylinder in der Reihenfolge ausgehend von dem bestimmten Zylinder das erste Lagesignal entspricht.

Es folgt nun eine Erläuterung der Vorteile, die die Berechnung gemäß Schritt S3 betreffen.

Obwohl sich die Werte der Zeitspannen t und T zwischen einem Fall hoher Drehzahl und einem Fall niedriger Drehzahl der Brennkraftmaschine ändern, kann bei der Berechnung in Schritt S3 ein Konstantwert gebildet werden, ohne daß eine Beeinflussung durch die hohe oder niedrige Drehzahl erfolgt, da das zeitliche Verhältnis von t/T genutzt wird.

Ferner kann es Fälle geben, bei denen sich der Wert des zeitlichen Verhältnisses t/T ändert, wenn sich die Drehzahl der Brennkraftmaschine durch rasche Beschleunigung oder rasche Verzögerung sehr schnell ändert. Die Berechnung in Schritt S3 wird aber durch die Drehzahländerung infolge der raschen Beschleunigung oder der raschen Verzögerung nicht beeinflußt, weil die Differenz zwischen dem Momentanwert und dem vorhergehenden Wert der zeitlichen Verhältnisse t/T genutzt wird und daher die in dem Momentanwert bewirkte Änderung durch die in dem vorhergehenden Wert bewirkte Änderung aufgehoben werden kann.

Da ferner die Vorrichtung beim Detektieren des zweiten Lagesignals die Differenz zwischen dem Momentanwert und dem vorhergehenden Wert der zeitlichen Verhältnisse t/T durch den vorhergehenden Wert des zeitlichen Verhältnisses t/T dividiert, und zwar insbesondere bei der Berechnung des Werts in dem Intervall B, wird der Nenner der Rechenformel klein und ihr Zähler wird groß, wodurch die Erkennung des Intervalls B erleichtert wird, und der Rauschabstand kann mit einem großen Wert vorgegeben werden.

Beispiel 2

In Schritt S3 der obigen Ausführungsform wird die Differenz zwischen dem Momentanwert und dem vorhergehenden Wert des zeitlichen Verhältnisse t/T durch den vorhergehenden Wert des zeitlichen Verhältnisses t/T dividiert. Ein gleicharti­ ger Effekt kann aber erreicht werden, indem eine Division durch den Momentanwert erfolgt. Außerdem kann anstelle der einfachen Divisionsoperation eine andere Rechenoperation durchgeführt werden. Insgesamt kann jede Normalisierungs­ operation auf der Basis des zeitlichen Verhältnisses eines vorbestimmten Zeitintervalls durchgeführt werden.

Bei der obigen Ausführungsform wird ferner die Differenz zwischen dem Momentanwert und dem vorhergehenden Wert der zeitlichen Verhältnisse t/T genutzt. Das kann aber durch ein Verhältnis des Momentanwerts im Vergleich mit dem vorherge­ henden Wert ersetzt werden. Jede Änderung von zeitlichen Verhältnissen in zwei aufeinanderfolgenden Intervallen kann somit genutzt werden.

Außerdem sind die Winkel der ersten und der zweiten Refe­ renzlagen des ersten und des zweiten Lagesignals nicht auf das obige Beispiel beschränkt, und der berechnete Wert α und der vorbestimmte Wert β sind nicht auf das obige Beispiel beschränkt.

Da, wie oben angegeben, die Operation gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung die Berechnung auf der Basis des zeit­ lichen Verhältnisses durchführt, bleibt das Verhältnis auch dann unverändert, wenn sich die Drehzahlbedingungen ändern. Da die Berechnung in bezug auf die Änderung in zwei aufein­ anderfolgenden Intervallen durchgeführt wird, ist die Erzeu­ gung eines Fehlers infolge der Drehzahländerung äußerst selten. Da außerdem die Normalisierung auf der Basis des zeitlichen Verhältnisses eines vorbestimmten Intervalls durchgeführt wird, kann die Erzeugung einer Falscherkennung vermieden werden, und die Zylindererkennung kann aus einer Serie von Rotationssignalen mit guter Präzision durchgeführt werden.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung führt die Operation die Berechnung auf der Basis des zeitlichen Verhältnisses durch, und daher bleibt das Verhältnis auch dann unverän­ dert, wenn sich die Drehzahlbedingungen ändern. Da ferner die Differenz zwischen dem Momentanwert und dem vorherge­ henden Wert der zeitlichen Verhältnisse berechnet wird, ist eine Fehlererzeugung infolge der Rotationsänderung äußerst selten. Da ferner die Normalisierung mit dem vorhergehenden zeitlichen Verhältnis oder dem momentanen zeitlichen Ver­ hältnis durchgeführt wird, kann die Erzeugung einer Falsch­ erkennung infolge einer hohen oder niedrigen Drehzahl oder infolge der Erzeugung einer Rotationsabweichung oder der­ gleichen vermieden werden, und die Zylindererkennung kann aus einer Serie von Rotationssignalen mit guter Präzision durchgeführt werden.

Claims (2)

1. Zylindererkennungsvorrichtung für eine Brennkraft­ maschine, gekennzeichnet durch
einen rotatorischen Signalgenerator (2), um synchron mit der Rotation der Brennkraftmaschine erste Lagesignale, die jeweils eine erste Vielzahl von ersten und zweiten Referenz­ lagen bezeichnen, die jedem der Zylinder entsprechen, und ein zweites Lagesignal zu erzeugen, das eine zweite Vielzahl von ersten und zweiten Referenzlagen bezeichnet, die vor einer bestimmten der von den ersten Lagesignalen bezeichne­ ten ersten Referenzlagen liegen, die durch die ersten Lage­ signale bezeichnet sind, und einem bestimmten der Zylinder entsprechen;
eine Meßeinrichtung (S1) zum Messen von ersten Zeitspan­ nen zwischen aneinandergrenzenden der ersten Referenzlagen und von zweiten Zeitspannen zwischen den ersten und zweiten Referenzlagen sowohl der ersten als auch der zweiten Lagesi­ gnale, die von dem rotatorischen Signalgenerator abgegeben werden;
eine Recheneinrichtung (S2, S3) zum Berechnen von Ver­ hältnissen, die jeweils als die zweite Zeitspanne im Ver­ gleich mit der ersten Zeitspanne definiert sind, auf der Basis eines Ergebnisses der Meßeinrichtung, und zum Normali­ sieren von Änderungen der Verhältnisse in zwei aufeinander­ folgenden der ersten Zeitspannen auf der Basis eines be­ stimmten der Verhältnisse in einer vorbestimmten der ersten Zeitspannen; und
eine Erkennungseinrichtung (S4, S5, S6) zum Erkennen der Zylinder, die jeweils einem der ersten Lagesignale entspre­ chen, auf der Basis eines Ergebnisses der Recheneinrichtung.

2. Zylindererkennungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung (S2, S3) die Änderungen der Ver­ hältnisse in zwei aufeinanderfolgenden von der vorherge­ henden und der momentanen ersten Zeitspanne normalisiert auf der Basis des Verhältnisses in der vorhergehenden oder der momentanen ersten Zeitspanne, und daß die Erkennungseinrich­ tung (S4, S5, S6) die Zylinder, die jeweils den ersten Lage­ signalen entsprechen, auf der Basis des Ergebnisses eines Vergleichs zwischen einem von der Recheneinrichtung berech­ neten normalisierten Wert und einem vorbestimmten Wert erkennt.