DE2951622C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Eine derartige Anordnung ist im Prinzip aus der US-PS 37 57 755 bekannt. Dort erfolgt eine echte Codierung der den einzelnen Zylindern bzw. Kurbelwellenstellungen zugeordneten Positionsmarkierungen, und zwar mit einer Vielzahl von Markierungsbahnen, von denen jede einen Sensor erfordert.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zu schaffen, die bei hoher Genauigkeit der zeitlichen Lage der in ihr erzeugten Signale mit erheblich geringerem Aufwand auskommt.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche, wobei die Anordnung gemäß Patentanspruch 2 bei ungerader Zylinderzahl mit Vorteil Einsatz findet, während die Anordnung nach Anspruch 3 von dieser Beschränkung frei ist und darüber hinaus keinen nachgeschalteten mechanischen Zünd- oder Einspritzverteiler erfordert.

Ein insbesondere aus der Erstreckung der Einzelmarkierung auf der Nockenwelle über 180° resultierender Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß sofort beim Start eine Information darüber vorliegt, welche der beiden jeweils einer Nockenwellenumdrehung zugeordneten Kurbelwellenumdrehungen vorliegt. Sofort beim Start der Maschine werden also beispielsweise verwendbare Zündsignale erzeugt, und es bedarf nicht einer vorherigen Drehung der Kurbelwelle, um eine eindeutige Zuordnung zwischen diesen Zündsignalen und den zugehörigen Zylindern herzustellen.

Im folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es stellt dar

Fig. 1 und 2 Ansichten eines Bereichs der Nockenwelle bzw. der mit der Kurbelwelle verbundenen Schwungscheibe der Maschine,

Fig. 3 eine Schaltung, die mit Vorteil bei einer eine ungerade Anzahl von Zylindern aufweisenden Maschine Einsatz finden kann,

Fig. 4 ein Impulsdiagramm für die Schaltung nach Fig. 3,

Fig. 5 die Schaltung für ein anderes Ausführungsbeispiel und

Fig. 6 ein Impulsdiagramm für die Schaltung nach Fig. 5.

Betrachtet man zunächst Fig. 1, so ist die Nockenwelle 1 mit einer Einzelmarkierung 2 versehen, die sich über 180° erstreckt und deren Anfang 3 die in Fig. 2 durch den Pfeil 3′ angedeutete zeitliche Lage bezüglich der noch zu erläuternden Markierungen auf der Kurbelwelle bzw. der mit ihr verbundenen Schwungscheibe besitzt.

Die Einzelmarkierung 2 wird - wie auch die Markierungen auf der Schwungscheibe - durch eine magnetische Unsymmetrie gebildet, also beispielsweise durch eine Ausnehmung in dem magnetisch wirksamen Material der Nockenwelle oder durch ein in die Nockenwelle eingelassenes Material größerer magnetischer Wirksamkeit. Ein üblicher, ebensowenig wie die weiteren Sensoren dargestellter Sensor, der feststehend an der Maschine angeordnet ist, erzeugt demgemäß elektrische Impulse, deren Länge von der Drehzahl der Maschine abhängig ist.

In Fig. 2 ist, wie bereits bei der Erläuterung der Fig. 1 bemerkt, als mit der Kurbelwelle drehfest verbundenes Teil die Schwungscheibe 4 der Maschine schematisch dargestellt, die sowohl mit durch gleichmäßig über den Umfang angeordneten Zähnen 5, die durch das Anlasserritzel der Maschine gebildet sind, gewonnenen Markierungen als auch mit Positionsmarkierungen versehen ist, die zu zwei Gruppen zusammengefaßt sind, die ihrerseits jeweils denjenigen Zylindern zugeordnet sind, die während ein und derselben Kurbelwellenumdrehung zünden oder mit Kraftstoff beaufschlagt werden sollen. Man erkennt demgemäß in Fig. 2 durch jeweils einen kurzen Strich gekennzeichnete Positionsmarkierungen 6 sowie Positionsmarkierungen 7, die durch zwei Striche gekennzeichnet sind. Dies soll andeuten, daß die Positionsmarkierungen 6 in ihrer Länge der Länge eines Zahns der Markierungen 5 entsprechen, während die Positionsmarkierungen 7 die doppelte Länge besitzen.

Man erkennt ferner, daß die beiden Gruppen von Markierungen entsprechend der beiden Zylindergruppen der Maschine unterschiedliche Anzahlen von Markierungen aufweisen, nämlich einmal drei Positionsmarkierungen 7 und einmal zwei Positionsmarkierungen 6. Wichtig ist, daß, wie bereits anhand Fig. 1 erläutert, der Anfang 3′ der Einzelmarkierung 3, die sich über einen halben Nockenwellenumfang erstreckt, zwischen den beiden unmittelbar aufeinanderfolgenden Positionsmarkierungen 7 derjenigen Gruppe liegt, die die größere Zylinderzahl beinhaltet.

Beim Arbeiten der Maschine werden durch die verschiedenen Markierungen Impulse erzeugt und der noch zu beschreibenden, in Fig. 3 dargestellten Auswerteschaltung zugeführt. Den zeitlichen Verlauf der Impulse geben die drei oberen Diagramme der Fig. 4 wieder. Mit a sind die Ausgangssignale des Sensors bezeichnet, der die Zähne 5 (siehe Fig. 2) abtastet. Man erkennt, daß es sich um eine lückenlose Folge gleich langer Impulse handelt, deren zeitliche Länge bekanntlich umgekehrt proportional der jeweiligen Drehzahl der Maschine ist. b zeigt den zeitlichen Verlauf des Ausgangssignals des Sensors, der die Einzelmarkierung 2 an der Nockenwelle (siehe Fig. 1) abtastet. c schließlich zeigt den zeitlichen Verlauf der Ausgangssignale des Sensors, der die Positionsmarkierungen 6 und 7 auf der Schwungscheibe (siehe Fig. 2) abtastet. Ein Vergleich der Kurven b und c zeigt, daß der Anfang b′ des mittels der Nockenwelle gewonnenen Impulses zeitlich zwischen zwei aus Positionsmarkierungen der Kurbelwelle gewonnenen Signalen liegt, die Zylindern derselben Zylindergruppe zugeordnet sind.

Betrachtet man nun die Schaltung nach Fig. 3, so erkennt man drei Eingänge 10, 11 und 12, von denen der Eingang 10 mit dem zur Erfassung der Einzelmarkierung 2 an der Nockenwelle 1 angeordneten ersten Sensor, der Eingang 11 mit dem zweiten Sensor, der die zahnartigen Markierungen 5 an der Kurbelwelle bzw. der Schwungscheibe 4 erfaßt, und schließlich der Eingang 12 mit dem dritten Sensor verbunden ist, der die Positionsmarkierungen 6 und 7 abtastet.

Der Aufbau der Schaltung nach Fig. 3 wird im folgenden zusammen mit ihrer Wirkungsweise erläutert:

Bei Einschalten der Batteriespannung wird Flipflop 14 über den Kondensator 15 gesetzt, so daß sein Ausgang Q₁₄ positives Potential erhält. Im folgenden wird auch die Bezeichnungsweise "H" (high) und "L" (low) dafür benutzt, daß an einem Schaltungspunkt positive Spannung bzw. keine Spannung vorliegt.

Über die invertierenden ODER-Gatter 16 und 17 gelangt dieses H-Signal an die Eingänge R₁₈ und R₁₉ der Flipflops 18 und 19, die beide zurückgesetzt werden, so daß der Ausgang Q₁₈ dann auf L und der Ausgang ₁₉ auf H geht.

Dadurch können die Ausgänge des UND-Gatters 20 und des invertierenden ODER- Gatters 21 nicht auf H umgeschaltet werden; auch die Ausgänge des ODER- Gatters 22 und des UND-Gatters 23 bleiben auf L. Am Ausgang 24 der Auswerteschaltung erscheint demgemäß unabhängig von den Signalen an den Eingängen 10, 11 und 12 kein Ausgangsimpuls.

Liegt am Eingang 12 L-Potential vor, befindet sich also unter dem zugehörigen Sensor keine der Positionsmarkierungen 6 und 7, liegt aber am Eingang 11 ein von einem der Zähne 5 stammendes Signal vor und führt auch der Eingang 10 positives Potential (das für eine ganze Kurbelwellenumdrehung erhalten bleibt), und drehen sich die Kurbelwelle und die Nockenwelle, so erhält nach kurzer Zeit Eingang 11 L-Potential, und das Gatter 25 gibt an seinem Ausgang einen positiven Impuls ab, dessen Länge von der Laufzeit des Gatters 26 abhängt. Diese beiden Gatter bilden ein Laufzeit-Monoflop 27, wobei alle drei Eingänge des Gatters 26 sowie der unterste Eingang des Gatters 25 in dem der Beschreibung zugrunde liegenden Zeitpunkt H-Potential führen, während der mittlere Eingang von Gatter 25 ebenso wie der Ausgang dieses Gatters auf L-Potential liegen. Erhalten alle Eingänge des Gatters 26 und der unterste Eingang des Gatters 25 L-Potential, sind also alle Eingänge des Gatters 25 auf L, so wird sein Ausgang H, und zwar so lange, bis auch der Ausgang des Gatters 26 H-Potential führt (Impulsverzögerung vom Eingang zum Ausgang) und der H-Impuls am Ausgang des Gatters 25 beendet wird.

Dieser Vorgang wiederholt sich immer dann, wenn der Eingang des Gatters 25 L-Potential erhält und der Eingang des Gatters 26 L-Potential führt.

Der erste H-Impuls am Ausgang des Laufzeit-Monoflops 27 setzt Flipflop 14 zurück. Alle weiteren Impulse am Ausgang des Laufzeit-Monoflops 27 setzen jeweils die Flipflops 18 und 19 in ihre Ausgangslage zurück.

Jeder Potentialübergang von L auf H am Eingang 11 wird über die Gatter 26 und 28 auf die clock-Eingänge CL₁₈ und CL₁₉ der Flipflops 18 und 19 übertragen, sofern Eingang 12 auf H-Potential liegt und über das ODER-Gatter 29 die beiden unteren Eingänge des invertierenden ODER-Gatters 28 auf L-Potential gehalten sind. Mit jedem positiven Impuls am Eingang CL₁₈ des Flipflops 18 wird der jeweilige Zustand an dessen Eingang D₁₈ auf seinen Ausgang Q₁₈ übertragen, d. h. Q₁₈ erhält H-Potential und damit auch der Eingang D₁₉ des Flipflops 19.

Wenn am Eingang 11 ein positiver Impuls erscheint, während an Eingang 12 durch Abtastung einer in Fig. 2 durch nur einen Strich gekennzeichneten Positionsmarkierung H-Potential liegt, wird an das ODER-Gatter 23 kein Impuls abgegeben, da das UND-Gatter 20 infolge L-Potentials an seinem rechten Eingang gesperrt ist. Erscheinen jedoch zwei positive Impulse infolge Überstreichens einer der in Fig. 2 durch zwei Striche angedeuteten Positionsmarkierungen, so wird beim zweiten Impuls am Eingang CL₁₉ des Flipflops 19 dessen Ausgang ₁₉ L und der Ausgang des invertierenden ODER-Gatters 21 H. Auch der Ausgang des Gatters 22 und der rechte Eingang des Gatters 23 führen H-Potential. Nachdem Eingang 12 L-Potential angenommen hat und während des nächsten positiven Impulses am Eingang 11, also beim Vorbeidrehen des nächsten Zahnes 5, wird der linke Eingang des Gatters 23 ebenfalls auf H-Potential gelegt, und für die Dauer dieses Impulses am Eingang 11 wird am Ausgang 24 ein H-Impuls abgegeben. Dadurch werden also die Positionsmarkierungen 7 erkannt, die Positionsmarkierungen 6 werden unwirksam gemacht.

Die nächste negative Impulsflanke am Eingang 11 bewirkt auf die oben beschriebene Weise die Abgabe von reset-Impulsen an die Flipflops 18 und 19, denn Eingang 12 ist nicht mehr auf H-Potential und Gatter 25 wird nicht mehr über diesen Eingang gesperrt. Wenn Eingang 10 H-Potential führt, werden jetzt die in Fig. 2 durch einen Strich angedeuteten Positionsmarkierungen 6 erkannt und wirksam gemacht, denn Gatter 21 ist gesperrt und Gatter 20 über das Potential an Eingang 3 vorbereitet.

Wenn an Eingang 12 H-Potential gelangt, erhält auch in der oben beschriebenen Weise der Ausgang Q₁₈ des Flipflops 18 H-Potential. Wenn jetzt der Eingang 12 wieder L-Potential erhält, also eine der mit 6 bezeichneten Positionsmarkierungen erfaßt wird, wird der nächste am Eingang 11 anstehende Impuls zum Ausgang 24 übertragen, da die Ausgänge der Gatter 20 und 22 ebenfalls H-Potential führen. Wenn am Eingang 11 zwei Impulse erscheinen, also zwei der Zähne 5 erfaßt werden, während der Eingang 12 H-Potential führt, wird der Ausgang ₁₉ des Flipflops 19 auf L-Potential gelegt und Gatter 20 sperrt. Demgemäß kann kein Impuls am Ausgang 24 erscheinen, wenn der Eingang 12 wieder auf L-Potential liegt und der nächste H-Impuls am Eingang 11 erscheint.

Der zeitliche Verlauf des Ausgangssignals am Ausgang 24 der Schaltung nach Fig. 3 ist in Fig. 4 bei d angedeutet.

An den Ausgang 24 ist ein nicht dargestellter mechanischer Zündverteiler angeschlossen.

Während die Schaltung nach Fig. 3 die Aufeinanderfolge von zwei derselben Zylindergruppe zugehörigen Positionsmarkierungen 7 an der Kurbelwelle voraussetzt, zwischen denen der Anfang der Markierung 2 der Nockenwelle 1 liegen muß, läßt sich die in Fig. 5 schematisch dargestellte Schaltung auch bei Brennkraftmaschinen mit einer geraden Anzahl von Zylindern einsetzen. Auch macht diese Schaltung einen mechanischen Zünd- oder Einspritzverteiler überflüssig.

Betrachtet man nun die Schaltung nach Fig. 5, so erkennt man als wesentliche Bestandteile das 5-bit-Schieberegister 30, dessen Eingang 31 an den dritten Sensor, der die Positionsmarkierungen abtastet, und dessen clock- Eingang 32 an den zweiten Sensor angeschlossen ist, der die zahnartigen Markierungen auf der Schwungscheibe abtastet, sowie in dem hier angenommenen Fall einer 5-Zylinder-Brennkraftmaschine fünf Decoder 33 bis 37 mit jeweils zu einem der Zylinder führenden Ausgängen 38 bis 42. Die weitere Eingangsklemme 62 der Anordnung ist angeschlossen an den ersten Sensor, der die 180°-Markierung an der Nockenwelle abtastet. Die Schaltung ist so getroffen, daß bei L-Potential am Eingang 62 die dem ersten, dritten und fünften Zylinder zugeordneten Ausgänge 38, 40 und 42 Signale führen können, während bei H-Potential am Eingang 62 die den geradzahligen Zylindern, also dem zweiten und vierten Zylinder, zugeordneten Ausgänge 39 und 41 ein Signal abgeben können.

Jeder der Decoder enthält ein invertierendes ODER-Gatter 43 bis 47 und ein UND-Gatter 48 bis 52; die Decoder 33, 34 und 35 enthalten ferner jeweils ein UND-Gatter 53, 54 bzw. 55. Ein invertierendes UND-Gatter 56 ist ferner dem Eingang 62 nachgeschaltet und dient dazu, über die Leitungen 57 und 58 die Decoder 33 bis 37 so anzusteuern, daß, wie bereits erwähnt, in Abhängigkeit von dem jeweils am Eingang 62 anstehenden Potential die ungeradzahligen bzw. die geradzahligen Zylinder mit Ausgangssignalen bedient werden können.

Die Schaltung arbeitet folgendermaßen:

Am Eingang 31 liege L-Potential an, am reset-Eingang 59 des Schieberegisters 30 H-Potential; dann sind alle Ausgänge des Schieberegisters 30 auf H-Potential und die invertierenden ODER-Gatter 43 bis 47 in allen Decodern gesperrt, d. h. ihre Ausgänge auf L-Potential, so daß auch die UND-Gatter 48 bis 52 an ihren Ausgängen kein H-Potential annehmen können.

Erhält nun Eingang 31 H-Potential, so werden alle am Eingang 32 auftretenden Impulse in das Schieberegister 30 eingeschoben, dessen reset-Eingang 63 jetzt L-Potential erhält. Entsprechend der Zahl der Impulse am Eingang 32, also entsprechend der Zahl der abgetasteten Zähne 5 in Fig. 2, werden, und zwar beginnend mit dem in Fig. 5 obersten Ausgang des Schieberegisters 30, seine Ausgänge auf L-Potential gelegt. Mit Hilfe der UND-Gatter 53, 54 und 55 und der jeweiligen unteren Eingänge der Gatter 43 bis 46 verriegelt der jeweils durch die vorliegende Impulszahl am Eingang 32 während der Zeit, in der sich Eingang 31 auf H-Potential befindet, erreichte "höchstwertige" Ausgang des Schieberegisters 30 die "niederwertigeren" Ausgänge desselben. Der "höchstwertige" Ausgang ist also der in Fig. 5 unterste Ausgang mit L- Potential.

Wenn nun der Eingang 31 wieder auf L-Potential gebracht wird, werden durch den Ausgang des invertierenden UND-Gatters 59 die Gatter 48 bis 52 vorbereitet, und der Ausgang des dem jeweils "höchstwertigen" Ausgang des Schieberegisters 30 zugeordneten Gatters wird auf H-Potential gelegt. Dies geschieht so lange, bis der Ausgang des Gatters 60 durch den Kondensator 61 zeitverzögert auf H-Potential gebracht wird und das Schieberegister 30 zurücksetzt. Abhängig von dem Potential des Eingangs 62 werden die den geradzahligen oder die den ungeradzahligen Zylindern bzw. Ausgängen des Schieberegisters 30 zugeordneten invertierenden ODER-Gatter 43 bis 47 freigegeben bzw. gesperrt.

Betrachtet man nun das Diagramm nach Fig. 6, so sind bei a wieder die aus den zahnartigen Markierungen 5 (siehe Fig. 2) gewonnenen Impulse dargestellt, während mit b 1 bis b 5 die den einzelnen Zylindern 1 bis 5 zugeordneten Positionsmarkierungs-Signale bezeichnet sind. Man erkennt, daß sich die den einzelnen Zylindern zugeordneten Signale b 1 bis b 5 längenmäßig um Vielfache der Dauer der Impulse a unterscheiden. Gemäß den Diagrammen c 1 bis c 5 werden diese Impulse in eine entsprechende Anzahl von Einzelimpulsen umgesetzt.

Claims (3)

1. Anordnung zur Gewinnung von Signalen für Zündung und/oder Kraftstoffeinspritzung für eine mehrzylindrige 4-Takt-Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle und einer mit halber Kurbelwellendrehzahl rotierenden Nockenwelle, die mit einer mittels eines ersten Sensors abgetasteten Einzelmarkierung versehen ist, während ein mit der Kurbelwellendrehzahl rotierendes Teil sowohl mittels eines zweiten Sensors abgetastete Markierungen nach Art von gleichmäßig über seinen Umfang verteilten Zähnen als auch den einzelnen Zylindern zugeordnete, mittels eines dritten Sensors abgetastete Positionsmarkierungen trägt, die sich zumindest für die beiden Gruppen von während jeweils einer Kurbelwellenumdrehung mit Signalen für Zündung und/oder Kraftstoffeinspritzung zu versorgenden Zylindern unterscheiden, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Einzelmarkierung (2) über einen halben Nockenwellenumfang erstreckt und ihr Anfang (3) zeitlich zwischen der Erfassung von zwei Positionsmarkierungen (6) für Zylinder derselben Zylindergruppe durch den dritten Sensor liegt, und daß von den Ausgangssignalen des ersten Sensors eine auch mit dem zweiten und dritten Sensor verbundene Auswerteschaltung für die Auswertung nur der jeweils einer Zylindergruppe zugeordneten Ausgangssignale (6; 7) des dritten Sensors aktiviert wird.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Brennkraftmaschine mit ungerader Zylinderzahl die Positionsmarkierungen (6, 7) für die jeweils einer Zylindergruppe zugehörigen Zylinder gleich sind, ferner der Anfang (3) der Einzelmarkierung zwischen der Erfassung der beiden unmittelbar aufeinanderfolgenden Positionsmarkierungen (6) der größeren Zylindergruppe liegt und der Auswerteschaltung ein Zünd- oder Einspritzverteiler nachgeschaltet ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsmarkierungen für die einzelnen Zylinder sich längenmäßig um Vielfaches der Länge der Markierungen unterscheiden und jedem Zylinder ein einen individuellen Ausgang besitzender Decoder (33-37) zugeordnet ist, daß erste Steuereingänge der den geradzahligen und der den ungeradzahligen Zylindern zugeordneten Decoder (34, 36; 33, 35, 37) jeweils zusammengeschaltet sind zur abwechselnden Zuführung von im ersten Sensor gewonnenen Aktivierungssignalen, und daß zweite Steuereingänge aller Decoder (33-37) angeschlossen sind an ein Schieberegister (30), dem die Ausgangssignale des zweiten und dritten Sensors zugeführt werden.