DE19638338A1 - Encoder arrangement for quick cylinder recognition in an internal combustion engine - Google Patents
Encoder arrangement for quick cylinder recognition in an internal combustion engineInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Geberanordnung zur schnellen Zylindererkennung bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.The invention relates to an encoder arrangement for fast Cylinder detection in a multi-cylinder Internal combustion engine according to the type of the main claim.
Damit bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine ein zylinderspezifische Regelung erfolgen kann, ist es erforderlich, daß im Steuergerät der Brennkraftmaschine ständig die genaue Stellung der Kurbel- und der Nockenwelle bekannt ist, wodurch auch die Lage der einzelnen Zylinder bekannt ist. Dazu ist üblicherweise vorgesehen, einen Kurbelwellengeber und einen Nockenwellengeber einzusetzen, wobei diese Geber mit der Kurbel- und der Nockenwelle verbundene Geberscheiben mit einer charakteristischen Oberfläche abtasten und Ausgangssignale an das Steuergerät liefern, das die erforderlichen Auswertungen durchführt und Ansteuerimpulse auslöst. So with a multi-cylinder internal combustion engine cylinder-specific regulation can be done, it is required that in the control unit of the internal combustion engine the exact position of the crankshaft and camshaft is known, which also means the position of the individual cylinders is known. It is usually provided for this purpose To use crankshaft sensors and a camshaft sensor, these sensors with the crankshaft and the camshaft connected encoder disks with a characteristic Scan the surface and output signals to the control unit deliver that carries out the required evaluations and Trigger pulses triggered.
Damit nach dem Start möglichst schnell die erforderliche Information bezüglich der Stellung der Kurbel- und der Nockenwelle erhaltbar ist, wird in der Offenlegungsschrift DE-OS 42 43 177 vorgeschlagen, bei einer Einrichtung zur schnellen Zylindererkennung bei einer Brennkraftmaschine auf der Kurbelwelle eine Geberscheibe zu befestigen, die eine Vielzahl gleichartiger Winkelmarken aufweist und wenigstens eine Bezugsmarke, die durch zwei fehlende Winkelmarken gebildet wird. Auf der von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenen Nockenwelle ist eine zweite Geberscheibe befestigt, die an ihrer Oberfläche eine auf die Zylinderzahl der Brennkraftmaschine abgestimmte Anzahl von Winkelmarken aufweist. Diese Winkelmarken sind so ausgestaltet, daß sie voneinander unterscheidbar sind.So as soon as possible after the start Information regarding the position of the crank and the Camshaft can be obtained is in the published patent application DE-OS 42 43 177 proposed in a device for rapid cylinder detection in an internal combustion engine the crankshaft to attach a sender disc, the one Has a plurality of similar angle marks and at least a reference mark by two missing angle marks is formed. On the by the crankshaft Internal combustion engine driven camshaft is a second Encoder disk attached to the surface of one on the Number of cylinders of the internal combustion engine matched number of Has angle marks. These angle marks are like this designed that they are distinguishable from each other.
Die beiden Geberscheiben werden mit Hilfe geeigneter Aufnehmer abgetastet. Die Ausgangssignale dieser Aufnehmer werden im Steuergerät ausgewertet und bei der Erzeugung von Zünd- und Einspritzimpulsen berücksichtigt.The two encoder disks are more suitable with the help Sensor scanned. The output signals of these sensors are evaluated in the control unit and when generating Ignition and injection pulses taken into account.
Die erfindungsgemäße Geberanordnung zur schnellen Zylindererkennung bei einer Brennkraftmaschine hat gegenüber der bekannten Einrichtung den Vorteil, daß eine noch schnellere und noch zuverlässigere Zylindererkennung nach dem Start durchgeführt werden kann. Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Geberscheiben, bzw. der dazugehörigen Winkelmarken, sind als Aufnehmer verschiedenartige Systeme einsetzbar, beispielsweise Induktivsensoren, Hallsensoren, kapazitive Sensoren oder bei einer entsprechenden Abwandlung auch optische Sensoren. The encoder arrangement according to the invention for fast Has cylinder detection in an internal combustion engine the known device has the advantage that one more faster and more reliable cylinder detection can be carried out at the start. Because of the advantageous Design of the encoder disks or the associated ones Angle marks are different types of systems can be used, for example inductive sensors, Hall sensors, capacitive sensors or with a corresponding modification also optical sensors.
Erzielt wird dieser Vorteil, indem die mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Verbindung stehende Geberscheibe zwei Bezugsmarken aufweist, die einander gegenüberliegen oder indem eine Anzahl von Bezugsmarken verwendet werden, die der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine entspricht. Die mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbundene Geberscheibe weist eine sogenannte Segment-Winkelmarke pro Zylinderzahl Z auf, wobei die Abstände zwischen den Segment-Win kelmarken gleich sind. Z minus 1 Segment-Winkelmarken ist jeweils eine Synchronisations-Winkelmarke zugeordnet, wobei die Abstände zwischen den Segment-Winkelmarken und den zugehörigen Synchronisations-Winkelmarken unterschiedlich sind. Durch Abtastung der Winkelmarken mittels geeigneter Aufnehmer werden charakteristische Impulsfolgen erzeugt, die im Steuergerät ausgewertet werden.This advantage is achieved by using the crankshaft the encoder disk connected to the internal combustion engine has two reference marks that are opposite each other or by using a number of fiducials, which corresponds to the number of cylinders in the internal combustion engine. The connected to the camshaft of the internal combustion engine Encoder disc has a so-called segment angle mark pro Number of cylinders Z, the distances between the segment Win kel brands are the same. Z is minus 1 segment angle marks each assigned a synchronization angle mark, where the distances between the segment angle marks and the associated synchronization angle marks different are. By scanning the angle marks using a suitable Characteristic pulse trains are generated, the be evaluated in the control unit.
Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale erzielt. Dabei ist besonders vorteilhaft, daß Plausibilitätsuntersuchungen ablaufen können, die erkennen lassen, wenn das Aussgangssignal eines Aufnehmers fehlerhaft ist. Dazu werden Zeitabstände zwischen aufeinander folgenden Signalen gemessen und miteinander verglichen. Bei unplausiblen Vergleichsergebnissen wird auf einen Fehler geschlossen. Falls ein Signal als richtig erkannt wird, läßt sich ausgehend von diesem Signal ein Notlauf realisieren. Die bei Beschleunigungen oder Verzögerungen auftretenden Probleme bei der Plausibilitätsuntersuchung lassen sich in vorteilhafter Weise beheben, indem die Plausibilitätsuntersuchungen anhand von Quotienten eines vorhergehenden Zeitabstandes mit dem aktuellen Zeitabstand zwischen vorgebbaren Impulsen erfolgen.Further advantages of the invention are shown in the Characteristics specified achieved. It is particularly advantageous that plausibility studies can run, which show if that Output signal of a transducer is faulty. To do this Time intervals between successive signals measured and compared. With implausible Comparison results are concluded on an error. If a signal is recognized as correct, Implement an emergency run based on this signal. The at Accelerating or decelerating problems during the plausibility check fix advantageously by the Plausibility studies based on the quotient of a previous time interval with the current time interval between predeterminable pulses.
Durch Auswertung der nach erfolgter Synchronisation erwarteten Abfolge von durch Synchronisations-Winkelmarken verursachten Synchronimpulsen mit tatsächlich registrierten Synchronimpulsen läßt sich ein möglicherweise auftretender Fehler in dem der Nockenwellengeberscheibe zugeordneten Aufnehmer erkennen.By evaluating the after synchronization expected sequence of through synchronization angle marks caused sync pulses with actually registered Synchronizing pulses can be a possibly occurring Error in that assigned to the camshaft sender disc Recognize transducers.
Die erfindungsgemäße Geberanordnung zur schnellen Zylindererkennung bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine läßt sich in vorteilhafter Weise sowohl bei Diesel- als auch bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen einsetzen. Bei Dieselbrennkraftmaschinen mit EDC-Systemen läßt sich die Einspritzung anhand der von der beanspruchten Geberanordnung gelieferten Signale bereits sehr früh nach dem Start der Brennkraftmaschine und auch im weiteren Verlauf des Betriebes der Brennkraftmaschine regeln.The encoder arrangement according to the invention for fast Cylinder detection in a multi-cylinder Internal combustion engine can both advantageously for diesel and also spark-ignited internal combustion engines deploy. In diesel engines with EDC systems the injection can be based on that of the claimed Signals delivered after very early on the start of the internal combustion engine and also in the further Regulate the course of operation of the internal combustion engine.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Im einzelnen zeigtThe invention is illustrated in the drawing and is in the following description explained. In detail shows
Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Vierzylinderbrennkraftmaschine mit den beiden Geberscheiben und dem Steuergerät. Fig. 1 shows an embodiment of the invention for a four-cylinder internal combustion engine with the two encoder disks and the control unit.
In Fig. 2 ist der Zusammenhang zwischen der Oberfläche der Geberscheiben und den erzeugten Signalen dargestellt.In FIG. 2, the relationship between the surface of the transducer disks, and the signals generated is illustrated.
Fig. 3 zeigt aufbereitete Signalverläufe der Ausgangssignale der beiden Aufnehmer und Fig. 3 shows prepared waveforms of the output signals of the two sensors and
Fig. 4 zeigt die Aufeinanderfolge der Nockenwellen- Synchronisations- und Segment-Winkelmarkensignale. Fig. 4 shows the sequence of the camshaft synchronization and segment angle mark signals.
In Fig. 5 ist eine Gesamtdarstellung der Schnellstart-Ge berscheibenkonfiguration für eine Vierzylinderbrennkraftmaschine über dem Kurbelwellenwinkel aufgetragen, wobei sich der Bereich über mehr als ein Arbeitsspiel, also mehr als 720° KW erstreckt.In Fig. 5, an overall representation of the quick start Ge serscheen configuration for a four-cylinder internal combustion engine is plotted over the crankshaft angle, the area extending over more than one working cycle, that is to say more than 720 ° KW.
Die Fig. 6, 7 und 8 zeigen die entsprechenden Geberscheiben und Signalverläufe bei einer Brennkraftmaschine mit 3 Zylindern. FIGS. 6, 7 and 8 show the corresponding transducer disks, and waveforms in an internal combustion engine having 3 cylinders.
In Fig. 1 ist eine Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt, wobei von der Brennkraftmaschine lediglich die erfindungswesentlichen Teile angegeben sind. Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine mit der Kurbelwelle 10 starr verbundene Geberscheibe 11, die an ihrem Umfang eine Anzahl gleichartiger Winkelmarken 12 aufweist. Die Winkelmarken 12 erstrecken sich über eine Länge L1 und weisen voneinander einen Abstand L2 auf. Zwei Bezugsmarken 13, 14 werden durch je zwei fehlende Winkelmarken gebildet. Sie liegen einander auf der Geberscheibe gegenüber. Die Länge L1 der Winkelmarken ist im richtigen Verhältnis, z. B. zum Polkern des zugehörigen Aufnehmers zu wählen.In Fig. 1 an embodiment of the invention is shown schematically, wherein only the parts essential to the invention are specified by the internal combustion engine. In particular, FIG. 1 shows a rigid with the crankshaft 10 connected to encoder pulley 11 having a number of identical angle marks on its circumference 12 has. The angle marks 12 extend over a length L1 and are at a distance L2 from one another. Two reference marks 13 , 14 are formed by two missing angle marks. They face each other on the encoder disc. The length L1 of the angle marks is in the correct ratio, e.g. B. to choose the pole core of the associated transducer.
Eine zweite Geberscheibe 15 ist mit der Nockenwelle 16 der Brennkraftmaschine verbunden und weist an ihrem Umfang Segment-Winkelmarken 17 auf, mit einer Länge L3. Bei einer Vierzylinderbrennkraftmaschine sind dabei vier Segment-Win kelmarken vorhanden, die voneinander jeweils in gleichem Abstand angeordnet sind. Neben den Segment-Winkelmarken 17a, 17b, 17c, 17d sind weitere Synchronisations-Winkelmarken 18a, 18b, 18c vorhanden, wobei jeweils eine der Synchronisations-Winkelmarken einer Segment-Winkelmarke zugeordnet ist und die Abstände zwischen den Segment-Win kelmarken und den Synchronisations-Winkelmarken unterschiedlich lang sind. Einer der Segment-Winkelmarken, beim Ausführungsbeispiel der Segment-Winkelmarke 17d ist keine Synchronisations-Winkelmarke zugeordnet.A second encoder disk 15 is connected to the camshaft 16 of the internal combustion engine and has segment angle marks 17 on its circumference, with a length L3. In a four-cylinder internal combustion engine, there are four segment win marks, which are each arranged at the same distance from one another. In addition to the segment angle marks 17 a, 17 b, 17 c, 17 d, there are further synchronization angle marks 18 a, 18 b, 18 c, one of the synchronization angle marks being assigned to a segment angle mark and the distances between the segments - Angle marks and the synchronization angle marks are of different lengths. One of the segment angle marks, in the exemplary embodiment of the segment angle mark 17 d, is not assigned a synchronization angle mark.
Die Nockenwelle 16 der Brennkraftmaschine wird von der Kurbelwelle 10 in üblicher Weise angetrieben und dreht sich mit der halben Geschwindigkeit der Kurbelwelle 10. Die starre Verbindung zwischen Kurbelwelle 10 und Nockenwelle 16 wird durch die Linie 19 symbolisiert. Bei der Rotation der Wellen und damit der Geberscheiben laufen die Winkelmarken an den Aufnehmern 20 und 21 vorbei. In den Aufnehmern werden dabei Spannungen erzeugt, die die Oberfläche der Geberscheiben wiedergeben. Die Geberscheibe 11 und der Aufnehmer 20 werden auch als Kurbelwellengeber und die Geberscheibe 15 mit dem Aufnehmer 21 als Nockenwellengeber bezeichnet.The camshaft 16 of the internal combustion engine is driven in a conventional manner by the crankshaft 10 and rotates at half the speed of the crankshaft 10 . The rigid connection between crankshaft 10 and camshaft 16 is symbolized by line 19. When the shafts and thus the encoder disks rotate, the angle marks run past the sensors 20 and 21 . Tensions are generated in the transducers that reflect the surface of the encoder disks. The encoder disk 11 and the sensor 20 are also referred to as crankshaft sensors and the sensor disk 15 with the sensor 21 as a camshaft sensor.
Als Aufnehmer lassen sich Induktivsensoren, Hallsensoren, kapazitive Aufnehmer oder bei einer entsprechenden Anpassung auch optische Sensoren einsetzen, wobei diese optischen Sensoren dann aus einem Sender und einem Empfänger bestehen und sich Winkelmarken zwischen diesen beiden Elementen bewegen. Die Drehrichtung der Wellen, bzw. der Scheiben, ist jeweils durch einen Pfeil bezeichnet. Die Signale der Aufnehmer 20 und 21 sind mit S1 und S2 bezeichnet. Sie werden einem Steuergerät 22 zugeführt, in dem wenigstens eine Recheneinrichtung, beispielsweise ein Mikroprozessor einschließlich der zugehörigen Speicher vorhanden sind. Im Steuergerät werden die Signalverläufe ausgewertet.Inductive sensors, Hall sensors, capacitive sensors or, with a corresponding adaptation, also optical sensors can be used as sensors, these optical sensors then consisting of a transmitter and a receiver and angular marks moving between these two elements. The direction of rotation of the shafts or disks is indicated by an arrow. The signals from the pickups 20 and 21 are designated S1 and S2. They are fed to a control unit 22 in which at least one computing device, for example a microprocessor including the associated memory, is present. The signal curves are evaluated in the control unit.
Im Steuergerät, beispielsweise bei einer Dieselbrennkraftmaschine, einem EDC-Steuergerät, laufen für die Regelung der Brennkraftmaschine erforderliche Berechnungen anhand der von den Aufnehmern 20, 21 gelieferten Signale S1 und S2 ab. Dem Steuergerät werden dazu weitere Informationen zugeführt, die von entsprechenden Sensoren geliefert werden und über entsprechende Eingänge E1 zugeführt werden. Vom Anlaßschalter 23 gelangt die Information, daß ein Anlassen der Brennkraftmaschine erfolgen soll, über den Eingang E2 zum Steuergerät 22. Über Ausgänge A1 gibt das Steuergerät beispielsweise Einspritzimpulse an die Einspritzventile 24. Die Spannungsversorgung erfolgt über den Schalter 25 durch die Batterie 26.In the control unit, for example in the case of a diesel internal combustion engine, an EDC control unit, the calculations required for controlling the internal combustion engine are carried out on the basis of the signals S1 and S2 supplied by the sensors 20 , 21 . For this purpose, the control device is supplied with further information, which is supplied by corresponding sensors and is supplied via corresponding inputs E1. From the starter switch 23 , the information that the internal combustion engine is to be started is sent to the control unit 22 via the input E2. The control unit, for example, sends injection pulses to the injection valves 24 via outputs A1. The voltage is supplied via the switch 25 by the battery 26 .
Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel bei dem beispielhaft die Zylinder-OT-Lagen für eine Zündreihenfolge 1-3-4-2 angegeben sind, soll beispielsweise im Zusammenhang mit einem elektronisch geregelten Einzelpumpen-Diesel-Ein spritzsystem eingesetzt werden, bei dem die Zuordnung der Einspritzdüsen elektronisch erfolgt. Dazu ist zur Synchronisation eine Zylindererkennung notwendig. Im Startfall soll die Einspritzung zum übernächsten Zünd-OT (Oberer Totpunkt) erfolgen. Eine solch schnelle Einspritzung wird als Schnellstart bezeichnet. Um den Schnellstart verwirklichen zu können, wird bei einer Vierzylinderbrennkraftmaschine ein Zwei-Lücken-Geberscheibe 11 an der Kurbelwelle 10 montiert, mit beispielsweise 60 minus 2 mal 2 Winkelmarken mit der Nockenwelle 16 ist eine Geberscheibe 15 verbunden, die beispielsweise 4 mal 2 minus 1 Winkelmarken 17a bis d, 18a bis c, aufweist. Dabei wird jedem Zylinder der Brennkraftmaschine eine sogenannte Segment-Winkelmarke auf der der Nockenwelle 16 zugeordneten Geberscheibe 15 zugeordnet. Drei der vier Zylinder erhalten zusätzlich jeweils einen in einem für den Zylinder charakteristischen Abstand zur Segment-Winkelmarke angeordnete Synchronisations-Winkelmarke. Bei einem der Zylinder wird keine Synchronisations-Winkelmarke angeordnet, sondern nur eine Segment-Winkelmarke. Aus der definierten Anbaulage der Geberscheiben zueinander kann jeder Segment- bzw. Synchronisations-Winkelmarke eine bestimmte Kurbelwellen-Geberscheiben-Winkelmarke 12 zugeordnet werden. Hierdurch ist eine eindeutige Zylindererkennung und damit die Synchronisation der Kurbelwellen-Geberscheibe möglich.The embodiment shown in Fig. 1 in which the cylinder top positions for an ignition sequence 1-3-4-2 are given as an example, is to be used, for example, in connection with an electronically controlled single-pump diesel injection system in which the assignment the injectors are electronic. This requires cylinder detection for synchronization. When starting, the injection should take place at the next but one ignition top dead center (top dead center). Such a rapid injection is called a quick start. In order to be able to implement the quick start, a two-gap sensor disk 11 is mounted on the crankshaft 10 in a four-cylinder internal combustion engine, for example with 60 minus 2 times 2 angle marks. A sensor disk 15 is connected to the camshaft 16 , for example 4 times 2 minus 1 angle marks 17 a to d, 18 a to c. Each cylinder of the internal combustion engine is assigned a so-called segment angle mark on the encoder disk 15 assigned to the camshaft 16 . Three of the four cylinders each additionally receive a synchronization angle mark arranged at a characteristic distance from the segment angle mark. No synchronization angle mark is placed on one of the cylinders, only a segment angle mark. From the defined mounting position of the encoder disks relative to one another, a specific crankshaft encoder disk angular label 12 can be assigned to each segment or synchronization angle label. This enables clear cylinder recognition and thus synchronization of the crankshaft encoder disk.
Als Randbedingungen für die Ausgestaltung des Ausführungsbeispieles wurden folgende Zusammenhänge berücksichtigt:As a boundary condition for the design of the The following relationships were exemplary embodiments considered:
- 1. Nach Stillstand der Brennkraftmaschine üblicherweise eine Vorzugslage (VZL) ein. Diese Vorzugslage ist bauartbedingt etwa bei 90° +/- 15° KW (Kurbelwellenwinkel) vor OT.1. After the internal combustion engine has come to a standstill, usually one Preferred location (VZL). This preferred location is due to the design around 90 ° +/- 15 ° KW (crankshaft angle) before TDC.
- 2. Werden als Aufnehmer Induktivsensoren eingesetzt, werden erst ab ca. 50 Umdrehungen pro Minute auswertbare Signale erhalten. Bei der Beschleunigung des Anlassers verstreicht damit bis zum Erreichen der Minimaldrehzahl, ab der ein Induktivsensor ein verwertbares Ausgangssignal abgibt, ein gewisses Kurbelwellen-Winkelsegment, weshalb bei der Zylindererkennung ein Vorhalt eingeplant werden muß. Es wird allerdings vorausgesetzt, daß dieser Vorhalt kleiner als 60° KW ist.2. If inductive sensors are used as transducers Signals can only be evaluated from approx. 50 revolutions per minute receive. Passes by as the starter accelerates thus until the minimum speed is reached, from which a Inductive sensor emits a usable output signal certain crankshaft angle segment, which is why in the A lead must be scheduled for cylinder detection. It will however, provided that this lead is less than 60 ° KW is.
- 3. Die erste Periodendauer des Ausgangssignales des Aufnehmers, der die mit der Kurbelwelle verbundene Geberscheibe abtastet, kann erst erkannt werden, wenn mindesten zwei Impulse des Signales ausgewertet wurden.3. The first period of the output signal of the Transducer, which is connected to the crankshaft Scanning the encoder disc can only be recognized when at least two pulses of the signal were evaluated.
- 4. Bevor die erste Einspritzung stattfinden kann, wird die Winkeluhr, die beispielsweise ein 16-Bit-Zähler ist, der den momentanen Kurbelwellenwinkel liefert und den Ablauf der Einspritzung steuert, zunächst zum Kurbelwellenwinkel synchronisiert. Dazu muß mindestens eine Bezugsmarke 13 oder 14 der Kurbelwelle überschritten werden. Bei der ersten Winkelmarkenflanke nach Ablauf der Bezugsmarke beginnt die Winkeluhr mit dem Zählvorgang.4. Before the first injection can take place, the angle clock, which is, for example, a 16-bit counter that supplies the current crankshaft angle and controls the course of the injection, is first synchronized with the crankshaft angle. For this, at least one reference mark 13 or 14 of the crankshaft must be exceeded. At the first flank of the angle mark after the reference mark has expired, the angle clock starts counting.
- 5. Nach der Synchronisation der Winkeluhr kann die Auswertung der Signale des der Nockenwelle zugeordneten Aufnehmers zur Erkennung des richtigen Zylinders erfolgen.5. After the synchronization of the angle clock, the Evaluation of the signals associated with the camshaft Sensor to identify the correct cylinder.
- 6. Der früheste Förderbeginn im Startfall liegt bei 20° KW vor OT.6. The earliest start of funding is 20 ° KW before OT.
- 7. Der früheste Förderbeginn bei Drehzahlen, größer als 3500 Umdrehungen pro Minute liegt bei 20° KW vor OT.7. The earliest start of funding at speeds greater than 3500 Revolutions per minute is 20 ° KW before TDC.
- 8. Das späteste Einspritzende liegt bei 30° KW nach OT.8. The latest injection end is 30 ° KW after TDC.
- 9. Bei der Wahl der Lage der Bezugsmarken müssen Forderungen beachtet werden, die sich wegen der Laufruheregelung (LRR) und der Antiruckeldämpfung (ARD) ergeben. Bei der Laufruheregelung und der Antiruckeldämpfung handelt es sich um aus der EDC bekannte Vorgehensweisen.9. When choosing the location of the reference marks, demands must be met due to the smooth running regulation (LRR) and anti-juddering (ARD). In the Smooth running control and anti-jerk damping are concerned to procedures known from the EDC.
Unter Beachtung der Randbedingungen 1 bis 9 sowie der in Fig. 1 dargestellten Ausgestaltungen der Geberscheiben, einschließlich der beispielhaft angegebenen Winkelverteilungen, ergeben sich die in den Fig. 2 und 3 angebenen Signalverläufe, bzw. Zusammenhänge zwischen Signalen und Geberscheibenoberfläche. In Fig. 2 ist anhand des Beispiels des Nockenwellen-Segmentes von Zylinder 2 dargestellt, wie die Entstehung der Signale abläuft. Dabei ist in Fig. 2a die Oberfläche der Geberscheibe 15 im Bereich der Segmentmarke 17c, bzw. der Synchronisations-Win kelmarke 18c dargestellt. Der Abstand zwischen der Segment-Winkelmarke 17b und der Synchronisations-Winkelmarke 18b beträgt 18° NW (also auf die Nockenwelle bezogen). Die Drehrichtung wird durch einen Pfeil symbolisiert. In Fig. 2b ist der zugehörige Signalverlauf S2, den der Aufnehmer 21 liefert, dargestellt. Aus diesem Signalverlauf wird das in Fig. 2c dargestellte Rechtecksignal, das letztendlich zur Synchronisation verwendet wird, gebildet.Taking into account the boundary conditions 1 to 9 and the configurations of the encoder disks shown in FIG. 1, including the angular distributions given by way of example, the signal curves shown in FIGS . 2 and 3 or relationships between signals and the encoder disk surface result. In FIG. 2, the example of the camshaft segment of cylinder 2 shows how the signals are generated. Here, in Fig. 2a c show the surface of the donor wafer 15 in the region of the segment mark 17, and the synchronization Win kelmarke 18 shown c. The distance between the segment angle mark 17 b and the synchronization angle mark 18 b is 18 ° NW (that is, based on the camshaft). The direction of rotation is symbolized by an arrow. In Fig. 2b is the corresponding waveform S2, which the pickup 21 supplies represented. The square-wave signal shown in FIG. 2c, which is ultimately used for synchronization, is formed from this signal curve.
In Fig. 2d ist die Oberfläche der Geberscheibe 11 dargestellt, mit den Winkelmarken 12 und der Bezugsmarke 14. Im Aufnehmer 20 wird das Signal S1 erzeugt, daß in Fig. 2e angegeben ist. Aus diesem Signal S1 wird das rechteckförmige Signal, das in Fig. 2f angegeben ist, gebildet. Die Bildung von Rechtecksignalen aus sinusförmigen Signalen erfolgt in allgemein bekannter Weise. Sie kann beispielsweise in einer, dem Aufnehmer zugeordneten Auswerteschaltung oder aber im Steuergerät 22 erfolgen. In Fig. 2d the surface of the encoder disk 11 is shown, with the angular points 12 and the reference mark 14. In the sensor 20 , the signal S1 is generated that is indicated in Fig. 2e. The rectangular signal, which is shown in FIG. 2f, is formed from this signal S1. Square wave signals are formed from sinusoidal signals in a generally known manner. It can take place, for example, in an evaluation circuit assigned to the transducer or in control unit 22 .
In Fig. 3 sind die aufbereiteten Signale über dem Kurbelwellenwinkel aufgetragen, wobei der Kurbelwellenwinkel in Grad OT angegeben wird. In Fig. 3a ist das aus der Abtastung der Vielzahl der Winkelmarken auf der Kurbelwellengeberscheibe erhaltene sogenannte Inkrementsignal, das sich bei Verwendung einer Kurbelwellen-Ge berscheibe 11 nach Fig. 1 ergibt, dargestellt. Dieses Inkrementsignal liegt am Eingang der am Steuergerät integrierten Winkeluhr. In Fig. 3b ist das aufbereitete Nockenwellengebersignal, das am Eingang des Rechners des Steuergerätes 22 anliegt für die verschiedenen, den jeweiligen Zylindern zugeordneten Bereiche der Nockenwellen-Ge berscheibe dargestellt. In Fig. 3c wird gezeigt, in welchem Kurbelwellenwinkel-Toleranzbereich die Nockenwellen-Ge bersignale auftreten dürfen, damit sie noch eindeutig zugeordnet werden können.In Fig. 3, the processed signals are applied over the crank angle, the crank angle in degrees OT is given. In Fig. 3a, the so-called incremental signal obtained from the scanning of the plurality of angle marks on the crankshaft sensor disk, which results when using a crankshaft sensor disk 11 according to Fig. 1, is shown. This increment signal is at the input of the angle clock integrated in the control unit. In Fig. 3b, the processed camshaft sensor signal, which is present at the input of the computer of the control unit 22 for the different areas of the camshaft Ge assigned to the respective cylinders is shown. In Fig. 3c it is shown in which crankshaft angle tolerance range the camshaft Ge transmission signals may occur so that they can still be clearly assigned.
Wegen der Randbedingungen 1 und 4 liegt die Bezugsmarke zwischen der Vorzugslage der Brennkraftmaschine und dem übernächsten Zünd-OT. Durch geeigneten Einbau wird die Bezugsmarke direkt hinter dem spätestmöglichen Winkel, zu dem das Magnetventil geöffnet ist. Es steht damit damit ein ausreichend großer Kurbelwellenwinkelbereich zur Zylindererkennung zur Verfügung.Because of boundary conditions 1 and 4 , the reference mark lies between the preferred position of the internal combustion engine and the next but one ignition TDC. Through a suitable installation, the reference mark is located directly behind the latest possible angle at which the solenoid valve is open. There is therefore a sufficiently large crankshaft angle range for cylinder detection.
Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, muß die maximale Gesamttoleranz der Lage der Nockenwellenimpulse zu den Kurbelwellenimpulsen kleiner als +/- 9° KW sein. Diese Gesamttoleranz setzt sich zusammen aus den Fertigungstoleranzen der Winkelmarken und den Anbautoleranzen der beiden Geberscheiben, aus dem Verdrehwinkel zwischen Kurbelwelle 10 und Nockenwelle 16 und aus Ungenauigkeiten bei der Signalerfassung sowie aus der Verarbeitungszeit des Rechners.As can be seen from Fig. 3, the maximum total tolerance of the position of the camshaft pulses to the crankshaft pulses must be less than +/- 9 ° KW. This overall tolerance is made up of the manufacturing tolerances of the angle marks and the mounting tolerances of the two encoder disks, the angle of rotation between crankshaft 10 and camshaft 16 and inaccuracies in signal acquisition and the processing time of the computer.
Zur Erkennung der Funktionsfähigkeit der Geber oder der nachfolgenden Aufbereitungsschaltungen kann eine Plausibilisierung des Kurbelwellengebersignales bei intaktem Kurbelwellen- und Nockenwellengebersignal erfolgen. Diese Plausibilisierung erfolgt durch Auswertung des Nockenwellengebersignales. Dazu wird jeweils die Periodendauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Segmentsignalen ausgemessen. Bei Verwendung einer Schnellstart-Nockenwellengeberscheibe mit variablen Winkelmarkenabständen für die Zylindercodierung kann das im folgenden anhand der Fig. 4 erläuterte Verfahren zur sicheren Unterscheidung zwischen Segment-Winkelmarke und Synchronisations-Winkelmarken eingesetzt werden und zur Erkennung eines bestimmten Zylindersegmentes verwendet werden.The crankshaft sensor signal can be checked for plausibility if the crankshaft and camshaft sensor signals are intact in order to identify the functionality of the sensors or the subsequent conditioning circuits. This plausibility check is carried out by evaluating the camshaft sensor signal. For this purpose, the period between two successive segment signals is measured. When using a quick start camshaft encoder disk with variable angular mark spacings for the cylinder coding , the method explained below with reference to FIG. 4 can be used to reliably distinguish between segment angular mark and synchronization angular mark and can be used to recognize a specific cylinder segment.
In Fig. 4 ist die Sequenz der Nockenwellen-Gebersignale dargestellt. Eine bestimmte Segment-Winkelmarke oder Synchronisations-Winkelmarke kann erkannt werden durch laufende Bildung des Quotienten Qn der vorhergehenden Periodendauer Tn-1 mit der aktuellen Periodendauer Tn. Es wird also der Quotient:In FIG. 4, the sequence of the camshaft sensor signals is shown. A specific segment angle mark or synchronization angle mark can be recognized by continuously forming the quotient Qn of the preceding period Tn-1 with the current period Tn. The quotient thus becomes:
gebildet. Bei eventuell auftretenden Beschleunigungen oder Verzögerungen weicht der Periodendauerquotient beträchtlich von dem Wert bei stationärer Drehzahl ab und es kann vorkommen, daß verschiedenen Periodendauerquotienten den gleichen Wert annehmen und deshalb sind aufeinanderfolgende Nockenwellen-Winkelmarkenabstände so zu wählen, daß die zugehörigen Periodendauerquotienten möglichst weit auseinanderliegen. Außerdem sollte laufend überprüft werden, ob die Abfolge der Periodendauerquotienten mit der vorgegebenen Ablaufreihe übereinstimmt. Nur dann ist eine eindeutige Zuordnung eines bestimmten Quotienten zur zugehörigen Nockenwellen-Winkelmarke möglich. Aus dieser Forderung ergibt sich die in Fig. 4 optimale Anordnung der Synchronisations-Winkelmarken.educated. If accelerations or decelerations occur, the period duration quotient deviates considerably from the value at steady-state speed and it can happen that different period duration quotients take on the same value and therefore successive camshaft angle mark distances must be chosen so that the associated period duration quotients are as far apart as possible. In addition, you should continuously check whether the sequence of the period ratios corresponds to the specified sequence. Only then is it possible to clearly assign a certain quotient to the associated camshaft angle mark. This requirement results in the optimal arrangement of the synchronization angle marks in FIG. 4.
Die Schwankung der Periodendauerquotienten durch die tatsächlich auftretenden Beschleunigungen, bzw. Verzögerungen beim Start, also in einer Phase, bei der sich eine Beschleunigung wegen der niedrigen Momentandrehzahlen besonders stark auswirkt und während des normalen Betriebes lassen sich am Motorprüfstand überprüfen.The fluctuation of the period quotient by the accelerations actually occurring, or Delays in the start, i.e. in a phase in which an acceleration due to the low instantaneous speeds particularly strong effects and during normal operation can be checked on the engine test bench.
Eine weitere Plausibilitätsuntersuchung läßt sich wie folgt anhand der in Fig. 5 dargestellten Zusammenhänge erläutern. In Fig. 5 sind die bereits anhand der Fig. 2 dargestellten Geberscheiben-Ausgestaltungen, bzw. Signale über einen größeren Kurbelwellenwinkelbereich dargestellt. Das zugehörige System einer Schnellstart-Ge berscheibenkonfiguration für eine Vierzylinderbrennkraftmaschine ist durch Synchronisations-Win kelmarken auf der Nockenwellen-Geberscheibe in der Lage, schnell den aktuellen Zylinder zu erkennen. Dies wird durch Abfragen der Lage der zu prüfenden Synchronisations-Win kelmarke im Zylindersegment realisiert. Wird eine Lage aus mehreren möglichen identifiziert, dann ist diese Lage, festgelegt durch eine Ober- und eine Untergrenze, im Datensatz der im Rechner des Steuergerätes abgelegt ist, ein Zylinder zugeordnet. Wird ein Zylinder identifiziert, läuft anschließend ein Zylinderzähler. Dieser Zylinderzähler läuft bei einer Vierzylinderbrennkraftmaschine von null bis drei. Allgemein gilt, daß bei Z-Zylindern bis Z-1 gezählt wird. Durch Überprüfung der Korrektheit dieses Ablaufs lassen sich weitere Informationen bezüglich der Funktionsfähigkeit des Systemes gewinnen. Zur Feststellung, ob der Ablauf korrekt ist, wird in umgekehrter Reihenfolge die Lage der Synchronisations-Winkelmarken geprüft. Der ermittelte Zählerstand weist auf eine bestimmte Lage der Synchronisations-Winkelmarke hin, die im Datensatz abgelegt ist. Hat die auftretende Winkelmarke diese Soll-Lage, wird sie als plausibel eingestuft. Hat sie eine andere Lage als die durch den Zylinderzähler ermittelte und mit einer unteren und oberen Grenzlage im Datensatz definierte Lage, wird die betreffende Synchronisations-Winkelmarke als fehlerhaft eingestuft und gegebenenfalls ein Fehlfunktion des Systems erkannt und angezeigt.A further plausibility check can be explained as follows using the relationships shown in FIG. 5. FIG. 5 shows the encoder disk configurations or signals already shown with reference to FIG. 2, over a larger crankshaft angle range. The associated system of a quick start encoder disk configuration for a four-cylinder internal combustion engine is able to quickly recognize the current cylinder by means of synchronization angle marks on the camshaft encoder disk. This is realized by querying the position of the synchronization angle mark to be checked in the cylinder segment. If a position is identified from several possible positions, then this position, defined by an upper and a lower limit, is assigned to a cylinder in the data record which is stored in the computer of the control device. If a cylinder is identified, a cylinder counter then runs. This cylinder counter runs from zero to three in a four-cylinder internal combustion engine. In general, Z cylinders are counted up to Z-1. By checking the correctness of this process, further information regarding the functionality of the system can be obtained. To determine whether the process is correct, the position of the synchronization angle marks is checked in reverse order. The determined counter reading indicates a specific position of the synchronization angle mark, which is stored in the data record. If the angle mark that occurs has this target position, it is classified as plausible. If it has a different position than the position determined by the cylinder counter and defined with a lower and upper limit position in the data record, the relevant synchronization angle mark is classified as faulty and, if necessary, a malfunction of the system is recognized and displayed.
In den Fig. 6, 7 und 8 sind die Kurbelwellen-Ge berscheibe, die Nockenwellen-Geberscheibe sowie die zugehörigen Signalverläufe für eine 3-Zylinder Brennkraftmaschine angegeben. Die mit der Kurbelwelle verbundene Geberscheibe weist dabei eine Bezugsmarke für jeden Zylinder auf.In FIGS. 6, 7 and 8, the crankshaft Ge are berscheibe indicated the camshaft sensor disc, and the associated waveforms for a 3-cylinder internal combustion engine. The encoder disk connected to the crankshaft has a reference mark for each cylinder.
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