DE2927538A1

DE2927538A1 - Vorrichtung zum erzeugen eines einem bestimmten arbeitszustand entsprechenden referenzsignals an einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE2927538A1
Application number: DE19792927538
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz Koehler
Original assignee: Audi NSU Auto Union AG; Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 1979-07-07
Filing date: 1979-07-07
Publication date: 1981-01-15
Also published as: US4335599A; DE2927538C2

Description

Vorrichtung zum Erzeugen eines einem bestimmten Arbeitszustand entsprechenden Referenzsignals an einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erzeugen eines einem bestimmten Ärbeitszustand entsprechenden Referenzsignals an einer Brennkraftmaschine.

Die mechanischen Steuereinrichtungen an einer Brennkraftmaschine, beispielsweise für die Zündung, eine direkte Benzineinspritzung oder die Steuerung der Ventile, haben sich für einen optimierten Betrieb oft als zu ungenau und zu wenig variabel erwiesen. Beim Einsatz einer mechanisch unabhängigen, elektronischen Steuereinheit ist es erforderlich; dieser ein sehr genaues Referenzsignal zuzuführen, das einem bestimmten Arbeitszustand der Brennkraftmaschine entspricht und mit dessen Hilfe die Synchronisierung zwischen der Brenn-

kraftmaschine und der elektronischen Steuereinheit erfolgt. Dieses Referenzsignal· muß sehr genau sein, da sonst die Vorteile der genaueren Steuerung durch eine elektronische Steuereinheit wegen mangelnder Synchronisierung wieder verloren gehen. '

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Es ist nun bekannt, eine Markierung an der Kurbelwelle durch einen optischen oder elektrischen Geber abzutasten und damit Markierungsimpulse zu erzeugen. Bei einer Viertäkt-Brennkraftmaschine werden dabei jeweils zwei Markierungsimpulse pro benötigtem Referenzimpuls erzeugt, da einer Kurbelwellenstellung zwei Arbeitszustände der Brennkraftmaschine entsprechen. Der Abgriff des Referenzimpulses von der nur halb so schnell drehenden Nockenwelle ist-wegen der hohen geforderten Genauigkeit nicht möglich, da alle Übertragungsspiele zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle als Fehler bei der Ermittlung des Referenzimpulses eingehen. Daher ist insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit ungerader Zylinderzahl oder bei unsymmetrischen Brennkraftmaschinen jeder zweite Markierungsimpuls auszublenden. Dazu ist bekannt_;eine Scheibe mit fünf gleichen Ausschnitten (36°) mit der Nockenwelle zu verbinden. Die Scheibe läuft an einem Geber vorbei, der bei den vorbeilaufenden Scheibenausschnitten ein Η-Signal und sonst ein Null-Signal erzeugt. Die Scheibenausschnitte sind gegenüber der Kurbelwelle so justiert, daß ein Markierungsimpuls etwa in der Mitte eines H-Signäls und der nächste Markierungsimpuls in der Mitte eines Null-Signals erzeugt wird. Das Η-Signal und der Markierungsimpuls steuern ein UND-Glied, so daß am Ausgang des UND-Glieds pro Nockenwellenumdrehung nur ein eindeutig einem bestimmten Arbeitszustand der Brennkraftmaschine zugeordneter Referenzimpuls entsteht.

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Diese Einrichtung hat die Eigenart, daß von der Kurbelwelle, beispielsweise an Schrauben, Vertiefungen usw., aufgenommene Störimpulse als Referenzimpulse ausgegeben werden können und somit zu Fehlern in der Steuerung führen. Besonders bei den für die Kurbelwellenabtastung verwendeten induktiven Aufnehmern ist diese Gefahr groß. Induktive Aufnehmer geben bei geringer Drehzahl wegen der geringen induzierten Spannung nur Impulse mit geringer Höhe ab, wobei die Höhe kontinuierlich mit steigender Drehzahl wächst. Im gleichen Verhältnis, wie die Höhe des gewollten Nutzimpulses anwächst, steigt auch die Höhe der immer vorhandenen Störimpulse. Um Störimpulse auszusondern, wird dem induktiven Impulsgeber eine Triggereinheit mit relativ niederer Triggerschwelle nachgeschaltet. Diese Triggerschwelle muß so niedrig sein, daß bei niederen Drehzahlen auch der Nutzimpuls mit seiner dabei geringen Höhe erkannt wird. Bei höheren Drehzahlen können nun Storimpulse die Höhe der Triggerschwelle erreichen und Fehlsynchronisierungen bewirken. Um dies zu vermeiden, müßte die Triggerschwelle mit steigender Drehzahl erhöht werden. Dieses Verfahren ist relativ aufwendig und erfordert zusätzliche elektronische Bauteile.

Eine weitere, aufwendige Möglichkeit ist, das mit der Kurbelwelle verbundene Teil, in der Regel die Schwungscheibe, an dem der Impulsgeber den Markierungsimpuls abnimmt, so genau und gleichmäßig zu bearbeiten, daß nahezu keine Störimpulse zusätzlich zum Markierungsimpuls erzeugt werden.

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Aufgabe der Erfindung ist es, mit einfachen Mitteln und zuverlässig Störimpulse bei der Aufnahme eines Referenzimpulses, der einem bestimmten Arbeitszustand einer Brennkraftmaschine entspricht, zu unterdrücken.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, Dazu wird die Lage des ersten Winkelbereiches derart justiert, daß das Η-Signal in zu der Dauer einer Drehung der Kurbelwelle kurzem Abstand vor einem Markierungssignal beginnt. Das Η-Signal wird dadurch erst unmittelbar vor dem Auftreten des Markierungsimpulses erzeugt. Der kritische Bereich, in dem Störimpulse als falsche Referenzimpulse abgegeben werden können, liegt somit zwischen der Erzeugung des Η-Signals und des darauffolgenden Markierungsimpulses. Dieser Bereich kann jedoch sehr klein gehalten werden. Es ist somit ein derartig kleiner Bereich auf der Schwungscheibe zur Anbringung der Markierung zu bestimmen, in dem diese so homogen und gleichmäßig ist, d.h. keine Bohrungen, Schrauben, Unebenheiten usw., aufweist, daß in diesem Bereich keine Störimpulse erzeugt werden,die bei höheren Drehzahlen eine^rfeste Triggerschwelle überschreiten können. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, daß die Triggerschwelle mit steigender Drehzahl nicht erhöht werden muß oder aber die Schwungscheibe über einen weiten Bereich genügend homogen und genau bearbeitet sein muß.

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• f.

Die Schaltung muß nach dem als Referenzsignal weitergegebenen Markierungsimpuls bis zum Verschwinden des Η-Signals inaktiv sein, da sonst Störimpulse nach dem Markierungsimpuls als Referenzsignale abgegeben würden. Dies wird beispielsweise dadurch erreicht, daß die ansteigende Flanke des Η-Signals die Schaltung aktiviert und die abfallende Flanke des Markierungsimpulses die Schaltung deaktiviert oder daß ein einfaches Zeitglied die Schaltung nach Durchgang eines Referenzsignals für eine bestimmte Zeit deaktiviert.

Gemäß Anspruch 2 wird der Winkelbereich, in dem das H-Signal erzeugt wird, klein gehalten und so justiert, daß das H-Signal in kurzem Abstand vor einem Markierungssignal beginnt und kurz danach endet. Dadurch kann die vorgenannte Flankensteuerung des Η-Signals oder das Zeitglied entfallen. Auch kurz nach dem Markierungsimpuls entstehende Störsignale werden durch diese geometrische Anordnung ausgeblendet.

Anspruch 3 gibt eine besonders bewährte Ausführungsform an, in der der Impulsgeber ein Induktivgeber und der Signalgeber ein Hall-Geber ist.

Anhand eines Ausführungsbeispieles wird die Erfindung beispielhaft und mit weiteren Einzelheiten beschrieben.

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Pig. 1 zeigt die Anordnung eines Hall-Gebers in einem Zündverteiler,

Fig. 2 zeigt die Anordnung eines Impulsgebers und einer Markierung an der Schwungscheibe,

Fig. 3 zeigt das Blockschaltbild der Signalzusammenschaltung ,

Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit der Impulsgeberspannung von Drehzahl und Luftspalt,

Fig. 5 zeigt ein Signaldiagramm der Impulsgeberspannung bei kleinen und großen Drehzahlen

Fig. 6 zeigt ein Impulsdiagramm mit der Ausblendung von Störungen,

Fig. 7 zeigt die gesamte elektronische Schaltung.

In Fig. 1 ist ein Zündverteiler 2 mit seinem Verteilerfinger und der Antriebswelle 6 dargestellt. Mit der Antriebswelle \^rbunden ist eine Scheibe 8, deren zu einem Topf gebogener Randbereich 10 einen Schlitz 12 aufweist. Der Randbereich und der Schlitz 12 werden durch einen Bereich zwischen einem Magneten 14 und einem Hall-Geber 16 bewegt.

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Die Vorrichtung funktioniert so, daß jedes MaI^wenn der Schlitz 12 den Bereich zwischen dem Magneten 14 und dem Hall-Geber 16 durchläuft,sich das Magnetfeld am Hall-Geber verändert und der Hall-Geber 16 während der Durchlaufzeit des Schlitzes 12 H-Signal abgibt.

In Fig. 2 ist eine Schwungscheibe 18 mit einer Bohrung 20 und einer Verschraubung 22 dargestellt. An ihrer Außenseite ist in einem homogenen, glatten Bereich 24 ein Markierüngsstift 26 angebracht. Der Markierungsstift 26 bewegt sich an einem Induktivgeber 28 in dessen unmittelbarer Umgebung vorbei. Bei der Drehung der Schwungscheibe erzeugt der Induktivgeber 28 beim Vorbeilaufen des Markierungsstiftes 26 durch Induktion einen Markierungsimpuls. Wegen der Störung der Homogenität der Schwungscheibe durch die Bohrung 20 und die Verschraubung 22 wird im Induktivgeber dort ebenfalls ein Störimpuls mit gegenüber dem Markierungsimpuls geringerer Amplitude erzeugt.

In Fig. 3 ist das Blockschaltbild für die elektrische Verarbeitung des Η-Signals aus dem Hall-Geber und des Markierungsinipulses aus dem Induktivgeber =1argestellt. Der Hall-Geber 16 ist mit dem einen Eingang deines UND-Gliedes 30 verbunden. Das Signal des Induktivgebers 28 ist einer Impulsaufbereitung 31 zugeführt, die eine Trigger schwel Ie enthält und die die in der

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Amplitude unterschiedlichen Impulse auf gleiche Amplitudenhöhe bringt. Der Ausgang der Impulsaufbereitung ist mit dem anderen Eingang des UND-Gliedes 30 verbunden. Am Ausgang des UND-Gliedes erscheint das gewünschte Referenzsignal.

Fig. 4 stellt ein Diagramm dar, das die Abhängigkeit der Signalspannung am Induktivgeber von der Drehzahl der Schwungscheibe and dem Luftspalt zwischen dem Induktivgeber 28 und dem Markierungsstift 26 angibt. Die einzelnen Kurven geben Signalspannungen bei verschiedenen Luftspalten an, wobei kleinere Luftspalte höhere Signalspannungen bedingen. Aus dem Diagramm ist zu ersehen, daß bei einem vorgegebenen festen Luftspalt die Signalspannung bei Erhöhung der Drehzahl der Schwungscheibe zunimmt.

Fig. 5 zeigt im Diagramm 5a) das Spannungssignal U, des Induktivgebers bei kleinen Drehzahlen und die Lage der Triggerschwellen +U. und -U. . Beim Durchgang des Markierungsimpulses 32 durch die obere Triggerschwelle +U. wird von der Impulsauf bereitung 31 ein aufbereitetes Kurbelwellensignal KS mit ständig gleicher Amplitude erzeugt, das beim Durchgang des Induktivgebersignals U, durch die untere Triggerschwelle.·-U. wieder verschwindet. In Fig. 5b) ist dargestellt, wie bei steigender Drehzahl Störimpulse 34 in ihrer Amplitude vergrößert

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werden und die Triggerschwellen ⁺U.„ oder -U überschreiten und zu Kurbelwellensignalen KS führen, die keinem Markierungsimpuls zugeordnet sind.

Fig. 6 zeigt nun, wie durch die in Fig. 1 beschriebene Anordnung der Scheibe 8 mit Schlitz 12 die falschen Kurbelwellensxgnale KS ausgeblendet werden, über den Markierungsimpuls 32 und seinem dazugehörigen Kurbelwellensignal 36 ist im Diagramm 6a das vom Hallgeber erzeugte Nockenwellensignal NS als Fenster aufgetragen. Da die Nockenwelle nur halb so schnell dreht wie die Kurbelwelle,fällt nur jeder zweite Markierungsimpuls in ein derartiges Fenster, so daß beispielsweise der Markierungsimpuls 38 ausgeblendet wird. Weiter werden alle Störimpulse^ die außerhalb des Fensters liegen und die Triggerschwelle überschreiten wegen der UND-Bedi ngmng zwischen Nockenwellen— ' signal NS und Kurbelwellensignal KS ausgeblendet. Die strichlierten Teile des Nockenwellensignals NS in Diagramm 6a zeigen eine mögliche Wanderung des Fensters gegenüber dem Markierungsimpuls 32, die durch Spiele im Antrieb der Nockenwelle durch die Kurbelwelle hervorgerufen wird. Bei der Festlegung des Schlitzes 12 aus Fig. 1 und der Justierung müssen diese Spiele so berücksichtigt werden, daß der Markierungsimpuls auch im ungünstigsten Falle im Bereich des Fensters auftritt. Im rechten Teil der Diagramme 6a bis 6c ist der Fall dargestellt, bei dem Storimpulse beispielsweise

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nur die obere Triggerschwelle jedoch nicht die untere Triggerschwelle überschreiten.'Dies führt zu den im Diagramm 6c gezeichneten Stufenfunktionen für das Kurbelwellensignal KS und damit auch zu Stufensignalen nach dem UND-Glied 30, wie im Diagramm 6d rechts gezeichnet. Ein derartiges Stufensignal endet jedoch sicher bei dem immer erfolgenden Durchgang des Markierungsimpulses durch die untere Triggerschwelle/ in Fig. 6b beispielsweise am Punkt 40. Der beschriebenen Vorrichtung nachgeschaltete Steuereinrichtungen sind dann so auszulegen, daß sie die abfallende Flanke des im Diagramm 6d gezeichneten Signals NS · KS, das nach dem UND-Glied 30 auftritt, als Referenzsignal verwenden. So ergeben sich die im Diagramm 6e dargestellten, eindeutig dem jeweiligen Durchgang des Markierungsimpulses durch die untere Triggerschwelle zugeordneten Referenzpunkte 42 und 44, die jeweils einem bestimmten Arbeitszustand einer Brennkraftmaschine entsprechen.

In Fig. 7 ist eine einfache Schaltung zur Verarbeitung des Induktivgebers ignals Uj- zum Kurbelwellensignal KS und dessen UND-Verknüpfung mit dem Nockenwellensignal NS aufgebaut. Einem Spannungsteiler 46 ist eine Stabilisierungsschaltung 48 zur Erzeugung eines stabilisierten Mittenpotentials nachgeschaltet. Dieses Mittenpotential wird in die Impulsaufbereitungseinheit 31 am Punkt 50 eingespeist. Die Impulsaufbereitungs-

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einheit 31 besteht-aus den Anschlüssen für das Induktivgebersignal U, einem Vorwiderstand 52, zwei mit dem Anschluß ic

für das Mittenpotential 50 verbundenen und entgegengesetzt geschalteten Zehnerdioden 54, 56 und einem den Zehnerdioden 54, 56 parallel geschalteten .und positiv rückgekoppelten Operationsverstärker 58. Der: Ausgang des Operationsverstärkers

58 ist über einen Widerstand 60 mit der Basis eines Transistors 62 verbunden, dem ein weiterer Transistor 64 parallel geschaltet ist, dessen Basis über einen Widerstand 66 mit dem Hall-Geber 16 verbunden ist.
Die Schaltung hat folgende Funktion:

Das Induktivgebersignal IL hat bei jeder Ansteuerung des Induktivgebers 28 eine positive und negative Impulsspitze. Über die Einspeisung am Punkt 50 ist die Mitte dieser Impulsspitzen auf die Hälfte der Speisespannung für die ganze Schaltung hechgelegt. Durch die beiden entgegengesetzt gesbhalt.eten Zehnerdioden 54, 56 werden die Spannungsspitzen von U, zum Schutz des Operationsverstärkers 58. begrenzt. Im Operationsverstärker 58 werden die Triggerschwellen U, , gebildet und an seinem Ausgang das Kurbelwellensignal KS erzeugt. Je nach der Größe des anliegenden Signals U, kippt der Operationsverstärker 58 wegen seiner positiven Rückkopplung zwischen dem positiven und negativen Sättigungszustand, so daß die Recht-

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ecksignale des Kurbelwellensignals KS entstehen. Die Höhe der Triggerschwelle wird durch die Widerstände 51 und 53 bestimmt. Am Widerstand 60 liegt dann das Kurbelwellensignal KS gemäß Diagramm 6c an (in dieser speziellen Schaltung mit negativem Vorzeichen). Beim Auftreten des Signals KS sperrt der Transistor 62.des UND-Glieds 30. Wenn nun zusätzlich das Signal NS an der Basis des Transistors 64 anliegt, sperrt auch dieser Transistor 64, so daß die Speisespannung +V als Signal KS · NS gemäß Diagramm 6d vom UND-Glied 30 abgegeben wird.

Eine Schaltung, die die im Diagramm 6e gezeichneten Nadelimpulse aus den abfallenden Flanken des Signals NS · KS bildet könnte dem UND-Glied 30 unmittelbar nachgeschaltet sein, wird jedoch in der Regel in der Eingangsschaltung der mit der Referenzimpulsschaltung verbundenen Steuereinheit gebildet.

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Claims

Aktieng-vjilschaft

Ingolstadt, den 29.06.1979 2927538 IP 1607 4

Vorrichtung zum Erzeugen eines einem bestimmten Arbeitszustand entsprechenden Referenzsignals an einer Brennkraftmaschine

Ansprüche

Π Λ Vorrichtung zum Erzeugen eines einem bestimmten Arbeitszustand entsprechenden Referenzsignals an einer Brennkraftmaschine, mit einem Impulsgeber mit nachgeschalteter Triggerschwelle, äer bei einer bestimmten Stellung der Kurbelwelle ein Markierungssignal abgibt, einem Signalgeber, der während eines ersten Winkelbereiches einer zu der Kurbelwelle mit halber Drehzahl umlaufenden Welle ein Η-Signal und während eines zweiten Winkelbereiches ein Null—Signal erzeugt^ wobei die Lage des ersten Winkelbereiches und des zweiten Winkelbereiches so gewählt ist, daß die Markierungssignale abwechselnd während eines H-und eines Null-Signals auftreten, und einem UND-Glied, an dessen Ausgang das Referenzsignal erscheint, wenn die Eingänge gleichzeitig mit einem Markierungssignal und einem Η-Signal beaufschlagt sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage des ersten Winkelbereiches derart ist, daß das Η-Signal {Nockenwellensignal NS) in zu der Dauer einer Drehung der Kurbelwelle kurzem Abstand vor einem Markierungssignal (32) beginnt. ■

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2. Vorrichtung zum Erzeugen eines einem bestimmten Arbeitszustand entsprechenden Referenzsignals an einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des ersten Winkelbereiches derart ist, daß das Η-Signal (Nockenwellensignal NS) in kurzem Abstand, nach einem Markierungssignal (32) endet.
3. Vorrichtung zum Erzeugen eines einem bestimmten Arbeitszustand entsprechenden Referenzsignals an einer Brennkraftmaschine mit Zündverteiler nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Impulsgeber ein Induktivgeber (28) und der Signalgeber ein Hall-Geber (16) ist und der Hall-Geber (16) von einer mit der Nockenwelle verbundenen und umlaufenden, geschlitzten Scheibe (8, 10, 12) angesteuert wird, wobei die Breite des Scheibenschlitzes (T2) der Größe des ersten Winkelbereiches entspricht.

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