-
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