DE19639541A1

DE19639541A1 - Einrichtung zur Zylindererkennung bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19639541A1
Application number: DE19639541A
Authority: DE
Inventors: Helmut Denz; Klaus Walter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-06-14
Filing date: 1996-09-26
Publication date: 1997-12-18
Also published as: KR100489453B1; KR980002735A; DE59711744D1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Zylindererkennung bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es sind bereits Verfahren beziehungsweise Einrichtungen zur Zylindererkennung bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen bekannt, bei denen auf einem mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine fest verbundenen Geberrad Markierungen aufgebracht sind, die in ihrer Anzahl der Anzahl der Zylinder entsprechen. Eine dieser Markierungen ist dabei gegenüber den übrigen unterschiedlich ausgestaltet. Sie dient dabei zur Erzeugung einer Bezugsmarke, mit deren Hilfe die Winkellage der Brennkraftmaschine bestimmbar ist. Diese Bezugsmarke wird üblicherweise der oberen Totpunktstellung eines vorgebbaren Zylinders zugeordnet.

Die erwähnte Geberscheibe wird mit Hilfe eines Aufnehmers, beispielsweise eines Hallsensors, abgetastet. Das Ausgangssignal des Aufnehmers wird in einer Aufbereitungsschaltung zu einem rechteckförmigen Signal verarbeitet. Die Auswerteschaltung ermittelt zwischen vorgebbaren Flanken des Rechtecksignales zeitliche Abstände und erkennt durch Auswertung der ermittelten Zeitabstände die Bezugsmarke. Eine Einrichtung zur Zylindererkennung, die nach dem erwähnten Prinzip arbeitet, ist beispielsweise aus der DE-OS 41 31 004 bekannt.

Damit der Einfluß der Drehzahldynamik beim Beschleunigen oder Abbremsen auf die Zylindererkennung verringert wird, wird in der DE-PS 40 30 433 ein Verfahren zur Zylindererkennung für eine Mehrzylinder-Brennkraftmaschine vorgeschlagen, das ähnlich wie das bereits erwähnte Verfahren abläuft, jedoch im Unterschied zu diesem zur Zylindererkennung eine Verhältnisbildung vorsieht. Diese Verhältnisbildung erfolgt ausgehend von dem in der Auswerteschaltung erzeugten Rechtecksignal derart, daß jeweils die Zeitdauer zwischen einer Vorder- und einer Rückflanke zur Zeitdauer zwischen zwei Rückflanken in Bezug gesetzt wird und diese Verhältnisbildung für jeden Rechteckimpuls durchgeführt wird. Durch Vergleich der ermittelten Verhältniswerte mit einem vorgebbaren Bezugswert kann eine Bezugsmarke erkannt werden, wenn dieser Verhältniswert sich vom erwähnten Bezugswert in vorgebbarer Weise unterscheidet. Ist ein Zylinder erkannt, kann in üblicher Weise auch die Lage der übrigen Zylinder erkannt werden, da die Stellung der übrigen Zylinder, bezogen auf einen wählbaren Zylinder, stets bekannt ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Zylindererkennung bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat gegenüber der bekannten Lösung den Vorteil, daß auch starke Drehzahlschwankungen im dynamischen Betrieb, also bei starkem Beschleunigen oder starkem Abbremsen, keine negativen Auswirkungen auf die Zylindererkennung haben. Erzielt wird dieser Vorteil, indem zur Zylindererkennung die Ausgangssignale eines Gebers, insbesonders eines Nockenwellengebers, der eine mit der Nockenwelle in Verbindung stehende Geberscheibe mit einer charakteristischen Oberfläche abtastet, ausgewertet werden, wobei eine zweifache Verhältnisbildung bestimmter Bereiche des rechteckförmigen Signales durchgeführt wird und das Verhältnis des zeitlichen Abstandes zwischen ungleichartigen Flanken des Rechtecksignales zum Zeitabstand zwischen gleichartigen Flanken des selben Bereichs des Rechtecksignales gebildet wird und dieses Verhältnis mit Hilfe des vorhergehenden auf dieselbe Weise gebildeten Verhältnis normiert wird. Aus der so erhaltenen Größe X wird letztendlich die Zylindererkennung durchgeführt. Weitere Vorteile der Erfindung werden mit Hilfe der in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt. Durch geeignete Wahl der Länge der Winkelmarken läßt sich ein Rechtecksignal erzeugen, dessen Periode einem sogenannten Segment entspricht. Der Zeitabstand zwischen ungleichen Flanken des Rechtecksignales entspricht dann einem Teilsegment.

Besonders vorteilhaft ist, daß die Zylindererkennung im Steuergerät der Brennkraftmaschine beziehungsweise dem Mikroprozessor dieses Steuergerätes ablaufen kann. Nach erfolgter Zylindererkennung kann das Steuergerät sofort entsprechende Ansteuerungen auslösen, beispielsweise für die sequentielle Kraftstoffeinspritzung, die Zündung, Klopfregelung oder ähnliches.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Teilsegmente auf das im jeweiligen Arbeitstakt der Brennkraftmaschine liegende Gesamtsegment bezogen werden, wodurch auch bei fehlerhaft arbeitenden Zylindern eine Zylindererkennung sicher und schnell möglich ist. Dazu wird in besonders vorteilhafter Weise als Nockenwellengeberscheibe eine sogenannte Schnellstart-Geberscheibe mit unterscheidbaren Winkelmarken eingesetzt. Es ist dann auch ein Notlauf bei defekten Kurbelwellengebern möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist für einen 4-Zylindermotor in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Eine erste Geberscheibe des Ausführungsbeispieles ist in Fig. 1 dargestellt, es ist aus der DE-OS 41 31 004 teilweise bekannt, jedoch erfolgt die Signalauswertung nach einem anderen Prinzip. In Fig. 2a, b sind zugehörige Signalverläufe aufgetragen, Fig. 3a, b und Fig. 4 zeigen Signalverläufe für eine Schnellstart-Geberscheibe.

Beschreibung

In Fig. 1 sind die erfindungswesentlichen Bestandteile einer Brennkraftmaschine dargestellt. Dabei bezeichnet 10 eine Geberscheibe, die mit der Nockenwelle 11 verbunden ist und synchron mit dieser rotiert. Auf der Geberscheibe 10 sind Winkelmarken 12, 13, 14, 15 angeordnet, wobei die Winkelmarken 12, 13 und 14 identisch sind, während sich die Winkelmarke 15 in charakteristischer Weise unterscheidet, beispielsweise so, daß der Winkel, den diese Winkelmarke einschließt, kleiner ist. Diese Winkelmarke wird auch als Bezugsmarke oder Bezugssegment bezeichnet.

Der Abstand zwischen einer Flanke einer Winkelmarke und der gleichen Flanke der nächsten Winkelmarke wird üblicherweise als Segment S bezeichnet. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem es sich um eine 4-Zylinder-Brennkraftmaschine handelt, beträgt der Winkel beziehungsweise die Länge des Segments S 90°. Mit der in Fig. 1 gewählten Ausgestaltung der Geberscheibe sind alle Abstände zwischen den Flanken R der Winkelmarken äquidistant (90°). Die in Fig. 1 dargestellte Geberscheibe ist beispielhaft, sie kann im Prinzip auch mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine verbunden sein. Da sich diese doppelt so schnell dreht wie die Nockenwelle, müßte in diesem Falle die Zahl der Winkelmarken gleich der halben Zylinderzahl sein.

Die Geberscheibe 10 einschließlich ihrer Winkelmarken, wird mit Hilfe eines Aufnehmers 16 abgetastet. Der Aufnehmer 16 ist beispielsweise ein Hallsensor, er liefert ein Ausgangssignal S1, das nach einer Aufbereitung zu einem Rechtecksignal die Oberflächenstruktur der Geberscheibe 10 widerspiegelt, wobei das Signal S1 high ist, wenn die Winkelmarken am Aufnehmer 16 vorbei laufen und während der übrigen Zeiten low ist. In Fig. 2a, b sind zwei verschiedene Signalverläufe für S1 dargestellt, die jeweils für 4-Zylinder-Motoren erhalten werden, wobei die Bezugswinkelmarke 15 und damit entsprechend das Bezugswinkelsegment einmal kürzer als die übrigen Winkelmarken ist und einmal länger. Ansonsten sind in Fig. 2 noch die OT-Lagen der einzelnen Zylinder eingetragen.

Das Ausgangssignal S1 des Aufnehmers 16 wird in einem Mikroprozessor 17 ausgewertet. Dieser Mikroprozessor kann beispielsweise das Steuergerät der Brennkraftmaschine sein. Am Mikroprozessor 17 liegen weitere Eingangsgrößen an, die mit 18 bezeichnet sind und beispielsweise die Drehzahl n, den Saugrohrdruck p, ein Lastsignal L oder eine Temperatur, beispielsweise die Motortemperatur T, usw. Der Mikroprozessor 17 enthält neben weiteren nicht dargestellten Eingangs- und Verarbeitungseinheiten eine Verarbeitungsstufe 19 und vier Speicherzellen SZ1, SZ2, SZ3, SZ4. Wenn diese Anzahl von Speicherzellen der Anzahl der Winkelmarken beziehungsweise Zylinder der Brennkraftmaschine entspricht, kann in jede Speicherzelle eine Zeit eingeschrieben werden.

Der Mikroprozessor ermittelt Zeitabstände zwischen einzelnen Flanken des Signales S1, beispielsweise Zeitabstände ti zwischen ungleichartigen Signalflanken und Zeitabstände Ti zwischen gleichartigen Signalflanken. Aus diesen Zeitabständen ermittelt der Mikroprozessor nach dem noch zu beschreibenden Verfahren die Bezugsmarke 15, die einem vorgebbaren Zylinder zugeordnet ist. Aus der Erkennung der Bezugsmarke läßt sich somit die Zylindererkennung durchführen und nach erfolgter Zylindererkennung sind bekanntermaßen auch die Lagen der übrigen Zylinder ermittelbar, da alle Zylinder in einer festen Beziehung zueinander stehen.

Nach erfolgter Zylindererkennung kann der Mikroprozessor 17 beziehungsweise das Steuergerät der Brennkraftmaschine Ansteuerimpulse für die Zündung und Einspritzung auslösen, wobei in üblicher Weise die Berechnungen in Abhängigkeit der übrigen zugeführten Größen sowie gegebenenfalls unter Berücksichtigung von Kennfeldern durchgeführt werden. Nach der erfolgten Zylindererkennung beziehungsweise Synchronisation kann somit beispielsweise die sequentielle Kraftstoffeinspritzung, spezielle Zündungsregelungen oder eine Klopfregelung aktiviert werden.

Die erfindungsgemäße Erkennung der Bezugsmarke 15 und die damit verbundene Zylindererkennung wird vom Mikroprozessor 17 wie folgt durchgeführt: Die Zeitspannen ti werden jeweils gemessen und in einem Speicher des Mikroprozessors 17 abgelegt. Weiterhin werden die Zeitspannen Ti, die auch als Segmentzeiten bezeichnet werden, erfaßt und ebenfalls jeweils in einen Speicher des Mikroprozessors eingeschrieben. Die Zeiten ti und Ti sind einander so zugeordnet, daß sie zum größten Teil im gleichen Verbrennungstakt liegen. Damit bei der Bezugsmarken- beziehungsweise Zylindererkennung der Dynamikeinfluß durch Drehzahländerungen vermindert wird, werden die Zeitspannen ti auf die Zeitspannen Ti bezogen; es wird also das Verhältnis ti/Ti gebildet. Dieses Verhältnis wird mittels des letzten Verhältnisses t(i-1)/T(i-1) normiert. Es wird also letztendlich folgender Wert gebildet:

Xi = (ti/Ti)/(t(i-1)/T(i-1)

Abhängig von diesem Wert Xi wird ein weiterer Wert A bestimmt, der in die den Zylindern beliebig zugeordneten Speicherzellen SZi addiert wird. Nachdem in den Speicherzellen SZi ein bestimmter Verlauf erkennbar ist, wird die Bezugsmarke erkannt beziehungsweise es wird der Bezugszylinder identifiziert.

Die Festlegung des Wertes A in Abhängigkeit vom Wert Xi erfolgt so, daß A jeweils den Wert -1, 0 oder +1 annehmen kann, je nachdem, wie groß der Wert von Xi ist.

Wird die in Fig. 2a dargestellte Signalfolge betrachtet, ist zu erkennen, daß in dem Fall, in dem die Drehzahl der Nockenwelle konstant ist, gilt: t2 < t1, t3, t4. Die Zeit t2, die der Bezugsmarke zugeordnet ist, ist also stets größer als die übrigen Zeiten. Die Zeiten t1, t3, t4 sind dabei im Rahmen der Fertigungstoleranzen der Geberscheibe identisch. Für die Zeitabstände Ti gilt: T1 = T2 = T3 = T4. Unter Berücksichtigung dieser Zusammenhänge läßt sich für den Zusammenhang zwischen dem Wert A und der Größe Xi festlegen, daß gilt: A = -1, wenn Xi < 1 ist.

A = 0, wenn Xi = 1 und
A = 1, wenn Xi < 1

Mit dem in Fig. 2b dargestellten Beispiel, bei dem die Zeit t2 der Bezugsmarke kleiner ist als die übrigen Zeiten t1, t3, t4, ist der Zusammenhang zwischen A und Xi gerade umgekehrt.

Der Wert A wird in die den Zylindern zugeordneten Speicherzellen SZi addiert, wobei üblicherweise die Speicherzellen bei Start oder Reset auf Null gesetzt werden. Die Einschreibung in die Speicherzellen erfolgt so, daß jeweils der nächste Wert in die nächste Speicherzelle eingeschrieben wird; deren Inhalt verändert sich von Zi zu Zi +A, wobei A, wie bereits erwähnt, die Werte -1, 0 oder +1 annehmen kann.

Wenn wie in Fig. 2a dargestellt ist, zunächst die Zeitspanne t1 ermittelt wird, wird in die zugehörige Speicherzelle SZ1 für A der Wert Null hinzuaddiert, da das Verhältnis Xi = (t1/T1)/(t4/T4) 1 ist. Die Verhältnisbildung im Bereich von t2 ergibt dagegen einen Wert, der größer oder kleiner als Null ist, je nachdem, ob die Zeit vor die Bezugsmarke oder die Zeit nach der Bezugsmarke mit der entsprechenden Gesamtzeit in bezug gesetzt wird.

Da die Bezugsmarke bei fehlerlosem Arbeiten stets an derselben Stelle erscheint, wird in eine Speicherzelle stets der Wert -1 geschrieben, während in die darauffolgende stets der Wert +1 eingetragen wird. In die übrigen Speicherzellen wird jeweils der Wert Null eingetragen. Der Vergleich des Inhalts der Speicherzellen mit einem vorgebbaren Schwellwert oder der Vergleich der Speicherzellen untereinander ergibt somit zuverlässig eine Aussage, ob die der Speicherzelle zugeordnete Zeit beziehungsweise entsprechend die zugeordnete Winkelmarke die Bezugsmarke ist oder nicht.

In einer vereinfachten Ausgestaltung der Erfindung kann der Wert Xi auch sofort mit einem oder mehreren geeigneten Schwellwerten verglichen werden und aufgrund von Schwellwerterkennungen kann die Bezugsmarke und damit der betreffende Zylinder erkannt werden.

Eine weitere Möglichkeit zur Bezugsmarken- und damit Zylindererkennung besteht darin, mehrere aufeinanderfolgende Verhältnisse Xi miteinander zu vergleichen und die Bezugsmarke beispielsweise dann zu erkennen, wenn gilt:
X1<X2<X3, wobei die Werte von X1 und X3 zusätzlich mit einem wählbaren Faktor gewichtet werden können, der auf die vorhandenen Winkelmarkenlängen abgestimmt werden sollte.

Mit einer anders geformten Geberscheibe, z. B. einer sogenannten Schnellstartgeberscheibe läßt sich auch ein Auswerteverfahren darstellen, bei dem zwei abweichende, untereinander gleiche Segmentlängen auftreten, wobei diese abweichenden Segmentlängen gegenüber den Längen der Bezugssegmente verkürzt oder verlängert sind und z. B. eine Segmentlänge gegenüber einem Bezugssegment verkürzt und gegenüber dem anderen Bezugssegment verlängert ist. Die beiden Bezugssegmente folgen dann entweder direkt aufeinander oder um 180° versetzt. Eine solche Geberscheibe führt dann zu einem Signalverlauf wie er in Fig. 4 für eine 4-Zylinder-Brennkraftmaschine dargestellt ist.

Mit einer Geberschreibe, die zu einem Signalverlauf führt, wie er in Fig. 3a oder 3b dargestellt ist, mit Zeiten t1, t2, T1, T2 kann bereits die Bildung eines Verhältnisses zur Zylindererkennung ausreichend sein, da gilt:

für einen Signalverlauf gemäß Fig. 3a oder

im Signalbereich gemäß Fig. 3b.

Wird bei einer Brennkraftmaschine mit Kurbelwellengeber und einem Nockenwellengeber wie vorstehend beschrieben, ein Defekt des Kurbelwellengebers erkannt, kann ein Notlauf stattfinden, bei dem die Informationen, die eigentlich vom Kurbelwellengeber geliefert werden sollten, aus den Informationen eines Nockenwellengebers gewonnen werden.

Claims

1. Einrichtung zur Zylinderkennung bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, mit einer mit einer Welle der Brennkraftmaschine synchron rotierenden Geberscheibe, die eine mit der Zylinderzahl korrelierte Anzahl von Winkelmarken aufweist, von denen wenigstens eine sich von den anderen unterscheidet und eine Bezugsmarke bildet, die eine Lage eines vorgebbaren Zylinders kennzeichnet, und mit einem feststehenden Aufnehmer, der die Geberscheibe abtastet und ein den Winkelmarken entsprechendes Ausgangssignal liefert, das Auswertemitteln zugeführt wird, die aus dem Signal Zeitabstände ti zwischen Vorder- und Rückflanken und Ti zwischen gleichartigen Flanken ermittelt, dadurch gekennzeichnet, daß das aktuelle Verhältnis ti/Ti zum vorhergehenden Verhältnis t(i-1)/T(i-1) gebildet wird, zur Ermittlung einer Größe Xi, aus deren Wert die Bezugsmarke erkennbar ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertemittel einen Mikroprozessor umfassen, insbesondere den Mikroprozessor des Steuergerätes der Brennkraftmaschine.

3. Einrichtung zur Zylindererkennung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe Xi mit vorhergehenden und/oder nachfolgenden Größen Xi-1, Xi+1 verglichen wird und aus den Differenzen dieser Größen die Bezugsmarke erkannt wird.

4. Einrichtung zur Zylindererkennung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Größe Xi eine weitere Größe A gebildet wird, die den Wert -1, 0 oder +1 annehmen kann, daß die Auswertemittel eine Speicherzelle pro Zylinder aufweisen und der Wert der Größe A in die jeweils zugeordnete Speicherzelle eingeschrieben wird.

5. Einrichtung zur Zylindererkennung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt der Speicherzellen laufend aktualisiert wird, bis der Inhalt einer Speicherzelle einen Schwellwert überschreitet, daß diese Schwellwertüberschreitung erkannt wird und die dem betreffenden Speicher zugeordnete Winkelmarke als Bezugsmarke erkannt wird beziehungsweise der dem betreffenden Speicher oder der betreffenden Winkelmarke zugeordnete Zylinder als Bezugszylinder erkannt wird.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Inhalt der Speicherzellen bei Start oder Reset auf Null gesetzt wird.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsmarkenerkennung und damit die Zylindererkennung erfolgt, wenn in den Speicherzellen eine bestimmte Folge von Schwellwerten über- beziehungsweise unterschritten wird.

8. Einrichtung zur Zylindererkennung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Geberscheibe zwei von den übrigen Winkelmarken abweichende Winkelmarken aufweist, wobei dann zwei abweichende Segmentlängen auftreten und eine Segmentlänge gegenüber dem Bezugssegment verkürzt und das andere Bezugssegment verlängert ist und die beiden Bezugssegmente direkt aufeinander folgen oder um einen Winkel von 180° versetzt sind.

9. Einrichtung zur Zylindererkennung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Geberscheibe eingesetzt wird, die mindestens zwei von den übrigen Winkelmarken abweichende, untereinander jedoch gleiche Winkelmarken aufweist, wobei die dadurch gebildeten abweichenden Segmentlängen gegenüber den Bezugssegmenten verkürzt oder verlängert sind und die Bezugssegmente direkt aufeinander folgen.

10. Einrichtung zur Zylindererkennung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Geberscheibe so ausgestaltet wird, daß sich wenigstens ein Segment von den Bezugssegmenten so deutlich unterscheidet, daß bereits die Bildung eines Verhältnisses zur Zylindererkennung ausreicht.

11. Einrichtung zur Zylindererkennung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät weitere Daten bezüglich des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine erhält und aus diesen Daten sowie abgespeicherten Kennfeldern nach erfolgter Zylindererkennung und damit erfolgter Synchronisation Steuersignale für die Zündung und/oder Einspritzung sowie gegebenenfalls weitere Steuersignale abgibt.

12. Verfahren zur Zylindererkennung bei einer Brennkraftmaschine mit einem Kurbelwellengeber, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Ausfall des Kurbelwellengebers ein Notbetrieb durchführbar ist, bei dem die von einer der Einrichtungen zur Zylindererkennung nach einem der vorhergehenden Ansprüche gelieferten Informationen zur Durchführung des Notbetriebes berücksichtigt werden.