DE3137220A1 - Vorrichtung zur messung des drehmomentes einer brennkraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zur messung des drehmomentes einer brennkraftmaschine

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DE3137220A1
DE3137220A1 DE19813137220 DE3137220A DE3137220A1 DE 3137220 A1 DE3137220 A1 DE 3137220A1 DE 19813137220 DE19813137220 DE 19813137220 DE 3137220 A DE3137220 A DE 3137220A DE 3137220 A1 DE3137220 A1 DE 3137220A1
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crankshaft
torque
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sensors
internal combustion
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DE19813137220
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Inventor
Bernhard Dipl.-Ing. 7015 Korntal Bonse
Ferdinand Dipl.-Ing. 7122 Besigheim Grob
Alfred Dipl.-Ing.Dr. 7250 Leonberg Müller
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L3/00Measuring torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency, in general
    • G01L3/02Rotary-transmission dynamometers
    • G01L3/04Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft
    • G01L3/10Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating
    • G01L3/109Rotary-transmission dynamometers wherein the torque-transmitting element comprises a torsionally-flexible shaft involving electric or magnetic means for indicating involving measuring phase difference of two signals or pulse trains

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

  • Vorrichtung zur Messung des Drehmoment es einer
  • Brennkraftmaschine Stand der Technik Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruches.
  • Es ist bekannt, für verschiedene Regelfunktionen in Kraftfahrzeugen, beispielsweise automatische Getriebesteuerungen oder Vorrichtungen zur Optimierung des Kraftstoffverbrauches, das Drehmoment der Brennkraftmaschine als Regelgröße heranzuziehen. Hierzu ist es bekannt, das Drehmoment einer Brennkraftmaschine aus der Torsion einer Welle abzuleiten, wie dies beispielsweise in der DE-OS 2727 556 6 beschrieben ist, in der die gewünschte Größe aus der Torsion eines Torsionselementes im Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges ermittelt wird.
  • Hierzu ist es jedoch erforderlich, das Dremoment an einer Welle genügend großer Länge zu messen, so daß üblicherweise die Abtriebswelle des Kraftfahrzeuges gewählt wird, wie dies auch aus derDE-OS 19 54 739 bekannt ist.
  • Diese Auswahl der Meßwelle versagt jedoch, insbesondere bei modernen Kleinwagen, die einen querliegenden Frontmotor und damit keine Antriebswelle genügend großer Länge aufweisen. Außerdem hat die Messung der Torsion der Abtriebswelle den Nachteil, daß das gemessene Moment infolge der Getriebeübersetzung erst noch auf die Motorseite umgerechnet werden muß. Infolge der Getriebeübersetzung ergibt sich weiterhin ein wesentlich größerer Bereich von auftretendem Drehmoment, so daß entweder Drehmomentmeßglieder mit größerem Meßbereich verwe-ndet werden müssen oder sich bei üblichen Drehmomentmeßgliedern eine verschlechterte Auflösung ergibt. Schließlich wird durch das Einfügen eines elastischen Torsionselementes in den Antriebsstrang dessen Steifigkeit herabgesetzt, so daß insbesondere beim Einkuppeln Drehschwingungen entstehen können, die die Fahreigenschaften des Kraftfahrzeuges verschlechtern.
  • Vorteile der Erfindung Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß sie bei allen Antriebsarten in Kraftfahrzeugen unabhängig von der Positionierung der Brennkraftmaschine eingesetzt werden kann.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrichtung möglich. So wird eine besonders gute Ausbeute am Meßsignal dadurch erzielt, daß das Drehmoment nur während eines bestimmten Zeitintervalles gemssen wird, der dem Auftreten des Drehmomentmaximums an wenigstens einem vorgegebenen Zylinder entspricht. Dabei wird vorzugsweise der am weitesten vom Abtriebsende der Kurbelwelle entfernte Zylinder gewählt, weil dann die tordierte Länge der Kurbelwelle am größten ist und sich demzufolge ein großer Verdrehwinkel der Welle ergibt.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine besonders einfache Erfassung des Verdrehwinkels der Kurbelwelle dadurch möglich, daß an den Enden der Welle Bezugsmarkengeber angebracht sind, die bei nicht verdrehter Welle zeitlich synchron an zugeordneten Sensoren vorbeilaufen.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können jedoch an den Enden der Welle auch Zahnscheibengeber eingesetzt werden, wobei der Verdrehwinkel durch Phasenvergleich der abgenommenen Signale ermittelt wird.
  • Eine besonders gute Wirkung wird dadurch erzielt, daß Sensoren gleicher Bauart verwendet werden, so daß sich Temperatur- und Drehzahleinflüsse eleminieren.
  • Weiterer Vorteile ergeben sich aus der Beschreibung und der beigefügten Zeichnung.
  • Zeichnung Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1a und lb eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, in Vorder- und Seitenansicht; Figur 2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemaß,, Vorrichtung.
  • Beschreibung der Ausführungsbeispiele In Figur 1 sind mit 1 bis 4 die Zylinder einer Brennkraftmaschine, im dargesetllten Fall einer 4-Zylinder-Maschine bezeichnet, die mit einer Kurbelwelle 10 zusammenwirken. An einem Ende der Kurbelwelle 10 befindet sich ein Anlasserzahnkranz 11, am anderen Ende eine Scheibe 12, wobei Anlasserzahnkranz und Scheibe 12 Bezugsmarkengeber 13 bzw. 14 tragen. Diesen stehen Sensoren 15, 16 raumfest gegenüber und sind an einen Start- bzw.
  • Stoppeingang eines Zählers 18 angeschlossen. Der Zähler 18 befindet sich zwischen einem Taktgenerator 17 und einer Auswertelektronik 19, in der das Drehmomentsignal für die weiteren, an sich bekannten Regelungszwecke aufbereitet wird. Schließlich ist an der Nockenwelle 20 noch eine weitere Scheibe 21 vorgesehen, die ebenfalls einen Bezugsmarkengeber 22 trägt, der mit einem raumfesten Sensor 23 zusammenwirkt. Der Sensor 23 steuert einen Schalter 24 zwischen dem Zähler 18 und der Auswertelektronik 19.
  • Die Wirkungsweise der in Figur 1 dargestellten Anordnung ist wie folgt: Bei Drehung der Kurbelwelle 10 bewegt sich der Bezugsmarkengeber 13 am Sensor 15 vorbei und der Bezugsmarkengeber 14 am Sensor 16. Bei jedem Vorbeibewegen eines Gebers an einem Sensor wird in diesem ein Impuls erzeugt, der zum Starten (erster Impuls) bzw. Stoppen (zweiter Impuls) des Zählers 18 dient. In dem so festgelegten Zeitinvertall werden die Ausgangsimpulse des Taktgenerators 17 gezählt und der so ermittelte Wert in der Auswertelektronik 19 verarbeitet. Das Zeitintervall ist dabei, wie leicht einzusehen ist, eine Funktion der Verdrehung der Welle und hängt linear vom Verdrehwinkel und damit vom auftretenden Torsionsmoment bzw. Drehmoment des Motors ab. Die Bezugsmarkengeber 13, 14 bzw. die zugeordneten Sensoren 15, 16 lassen sich nun räumlich so anordnen, daß bei nicht verdre-hter Welle die Impulse der Geber 13, 14 zeitlich zusammenfallen. Dann sind das Zeitintervall bzw. die im Zeitintervall gezählten Impulse - bezogen auf die Gesamt zeit einer Umdrehung - ein direktes Maß für das Drehmoment der Brennkraftmaschine.
  • Das Drehmoment der Brennkraftmaschine tritt in der Kurbelwelle 10 jedoch nicht kontinuierlich auf sondern im Takt des Spiels der Zylinder in gepulster Form. Die Verdrehung der Kurbelwelle 10 hängt dabei davon ab, wie weit der jeweils wirksame Zylinder vom Abtrieb, d.h.
  • dem Zahnkranz 11 entfernt ist. Bei gleicher Wirkung der einzelnen Zylinder ist demzufolge die Verdrehung der Kurbelwelle 10 dann am größten, wenn der am weitesten vom Abtrieb entfernte Zylinder-, in Figur 1 also Zylinder 1, wirksam ist. Erfindungsgemäß werden daher die Bezugsmarkengeber 13, 14 bzw. die zugeordneten Sensoren 15, 16 räumlich so angeordnet, daß bei nicht verdrehter Welle die Impulse der Sensoren 15, 16 dann zusammenfallen, wenn das Drehmoment infolge des Wirksamwerdens des Zylinders 1 seinen Maximalwert einnimmt. Dies ist bei einer Brennkraftmaschine der in Figur 1 schematisch dargestellten Art etwa bei 10-25 Kurbelwellenwinkel nach dem oberen Totpunkt der Fall.
  • Bei einem Viertaktmotor tritt das Drehmomentmaximum eines Zylinders nur bei jeder zweiten.Umdrehung der Kurbelwelle 10 auf. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist daher an der Nockenwelle 20, die mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle 10 umläuft, der Bezugsmarkengeber 22 mit dem Sensor 23 vorgesehen, um den Schalter 24 zu betätigen. Dieser Schalter 24 wird demzufolge nur bei jeder zweiten Umdrehung der Kurbelwelle 10 betätigt, so daß nur der å eweilige Maximalvert vorzugsweise des Zylinders 1, weitergeleitet wird.
  • Bei der in Figur 2 dargestellten weiteren Ausführungsform. einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist mit 10 wiederum die Kurbelwelle angedeutet. Im Gegensatz zur Vorrichtung gemäß Figur 1 ist jedoch an dem der Abtriebsseite abgewandten Ende der Kurbelwelle 10 eine Zahnscheibe 39 angeordnet, die mit einem feststehenden Bezugsmarkensensor 33 zusammenwirkt. Weiterhin wirken mit der Zahnscheibe 30 und dem Anlasserzahnkranz 11 Sensoren 31, 32 zusammen, die auf die vorbeilaufenden Zähne ansprechen. In diesem Falle wird alsö kein einmaliges Bezugsmarkensignal in den Sensoren 31, 32 erzeugt, sondern ein kontinuierliches, von den vorbeilaufenden Zähnen erzeugtes näherungsweise rechteckförmiges Signal.
  • Die Signale der Sensoren 31, 32 werden über einen Schalter 35, einem Phasendetektor 36 zugeführt. Bei nicht verdrehter Kurbelwelle 10 ergibt sich dabei eine bestimmte konstante Phasenlage der Signale, vorzugsweise die Phasenlage Null. Wird jedoch die Kurbelwelle 10 verdreht, verschiebt sich die Phase der Signale der Sensoren 31, 32, so daß diese Phasenverschiebung wiederum ein Maß für die Verdrehung der Welle 10 und damit das Drehmoment der Brennkraftmaschine ist. Um auch beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 eine Messung nur während eines Meßfensters, nämlich des-zeitlichen Auftretens des Drehmomentmaximums, vorzugsweise am Zylinder 1, vornehmen zu können, ist der Bezugsmarkensensor 33 vorgesehen. Der Sensor 33 wirkt über eine Auswertstufe 34 mit dem Schalter 35 zusammen und legt die Signale der Sensoren 31, 32 nur dann an den Phasendetektor 36, wenn von der Bezugsmarke an der Zahnscheibe 30 bzw. dem Sensor 33 erkannt wurde, daß der Zylinder 1 vorzugsweise in einer Position von 10-25° Kurbelwellenwinkel nachdem oberen Totpunkt ist.
  • Bei einer entsprech-enden Ausbildung der Schaltung 34 kann jeder zweite Impuls des Sensors 32 unterdrückt werden, so auch in diesem Falle eine Messung nur während jeder zweiten Umdrehung der Kurbelwelle 10 stattfindet.
  • Schließlich sind erfindungsgemäß die zusammenwirkenden Sensoren 15, 16, 23 bzw. 31, 32, 33 baugleich ausgeführt, so daß sich Temperatur- und Drehzahleinflüsse eliminieren.
  • Da das Drehmoment des Zylinders 1 als Maß für das Gesamtmoment des Motors herangezogen wird, kann zum Ausgleich von Alterungserscheinungen, die die einzelnen Zylinder in unterschiedlicher Weise betreffen, von Zeit zu Zeit eine Messung der Einzelmomente der einzelnen Zylinder vorgenommen werden - beispielsweise durch entsprechendes Verschieben des Meßfensters - so daß eine Justierung der Meßwerte des Zylinders 1 entsprechend seinem aktuellen Anteil.
  • am Gesamtmoment möglich ist.
  • Leerseite

Claims (10)

  1. Ansprüche 3 Vorrichtung zur Messung des Drehmomentes einer Brennkraftmaschine, bei der die Torsion einer Welle erfaßt wird, dadurch gekennzeichnet, daB das Drehmoment der Kurbelwelle (10) der Brennkraftmaschine gemessen wird.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drehmoment wahrend eines Zeitintervalles gemessen wird, das vom zeitlichen Auftreten des Drehmomentmaximums an wenigstens einem vorgegebenen Zylinder (1, 2, 3, 4) bestimmt ist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Zylinder (1) der am weitestens vom Abtriebsende der Kurbelwelle (10) entfernte ist.
  4. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden der Kurbelwelle (10) Bezugsmarken (13, 14) angebracht sind, deren zeitliches Ansprechen ein Maß für die Verdrehung der Kurbelwelle (10) ist und zum Auszählen eine Anzahl Impulse eines Taktgenerators (17) dient.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugsmarkengeber (13, 14) so auf dem Umfang der Scheiben (11, 12) angeordnet sind, daß sie im Leerlauf der Brennkraftmaschine den Sensoren (15, 16) dann gegenüberstehen, wenn der am weitesten vom Abtriebsende der Kurbelwelle (10) entfernte Zylinder (1) sein Drehmomentmaximum aufweist, vorzugsweise etwa 10-250 Kurbelwellenwinkel nach dem oberen Totpunkt.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden der Kurbelwelle (10) Zahngeber (11, 30) angebracht sind, deren Ausgangssignale einem Phasendetektor (36) zuführbar sind, dessen Eingang von einem Bezugsmarkengeber (33) getastet ist.
  7. 7. Vorrichtung nach einem. der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das -Drehmoment nur bei jeder zweiten Umdrehung der Kurbelwelle (10) gemessen wird.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erkennung jeder zweiten Umdrehung der Kurbelwelle (10) ein Nockenwellen-Sensor (22) vorgesehen ist.
  9. 9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal eines am abtriebsseitigen Ende der Kurbelwelle angebrachten Bezugsmarkensensors (16, 33) jedes zweites mal unterdrückt wird.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Sensoren (15, 16, 23, 31, 32, 33) zur Erfasung der Bezugsmarken (13, 14, 33 ) bzw. Zahngeber (11, 30) baugleich sind.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4038413A1 (de) * 1990-12-01 1992-06-04 Bosch Gmbh Robert Einrichtung zur bestimmung des von einem motor auf eine welle ausgeuebten drehmoments
EP0762101A1 (de) 1995-08-28 1997-03-12 Jenbacher Energiesysteme Ag Erkennen irregulärer Betriebszustände eines Verbrennungsmotors durch drehzahlabhängige Torsionsschwingungen der Kurbelwelle
DE102015225106A1 (de) * 2015-12-14 2017-06-14 Robert Bosch Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Überwachen einer Ausgangsgröße eines Flugmotors
US20230139667A1 (en) * 2021-10-29 2023-05-04 Caterpillar Inc. Inferred Engine Cylinder Pressure System and Method

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