DE3611262A1 - Verfahren zur erkennung des arbeitstaktes eines zylinders einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Erkennung des Arbeitstaktes eines Zylinders einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruches.

Bei gewissen Arten von Steuerungen bei Brennkraftmaschinen, insbesondere der Zündung oder Einspritzung, ist eine Erkennung des Arbeitstaktes eines bestimmten Zylinders erforderlich. Üblicherweise ist hierfür ein Geber vorgesehen, der auf eine an der Nockenwelle der Brennkraftmaschine angebrachte Marke anspricht. Da aber hauptsächlich aufgrund des mechanischen Spiels die Winkelgenauigkeit dieses Gebers nicht ausreicht, wird dieses Gebersignal mit einem Signal eines Drehzahlgebers verknüpft, der auf Marken einer sich mit der Kurbelwelle drehenden Geberscheibe anspricht.

Aus der US-PS 35 92 178 ist ein elektronisches Zündsystem bekannt, dei dem zur Zündwinkelregelung und Zylindererkennung eine sich synchron mit dem Verteilerfinger des Zündverteilers drehende Geberscheibe verwendet wird. Ein Geber ist für eine kontinuierliche Drehwinkelinformation vorgesehen, ein weiterer Geber ist für eine Zylindererkennung vorgesehen.

Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erkennung des Arbeitstaktes eines Zylinders einer Brennkraftmaschine zu finden, das die hohe Genauigkeit der Winkelauflösung eines Gebersystems besitzt und dessen Geberrad sich direkt an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine befindet.

Die gestellte Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den besonderen Vorteil, daß es mit einem einzigen Geber auskommt. Das macht sich vorteilhaft auf der Kostenseite bemerkbar. Ein weiterer besonderer Vorteil besteht darin, daß die Betriebssicherheit des Systems erhöht wird, da durch die verringerte Anzahl von Systemkomponenten die Anzahl der möglichen Ausfälle verringert wird.

Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben. Sie beruhen auf der Verwendung von physikalischen Größen der Brennkraftmaschine, die durch die laufenden Arbeitsprozesse der Brennkraftmaschine eine Veränderung erfahren. Die Signale von möglicherweise bereits für andere Zwecke an der Brennkraftmaschine angebrachten Gebern können bei der erfindungsgemäßen Lösung mitverwandt werden. Durch die damit mögliche Doppelausnutzung von Systemkomponenten ist eine weitere besonders vorteilhafte Kostenreduzierung für das Gesamtsystem möglich.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise;

Fig. 2 zeigt ein Schaltdiagramm des Ausführungsbeispieles.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In der ersten Zeile der Fig. 1 ist eine Zündreihenfolge Z einer laufenden Fünfzylinder-Brennkraftmaschine während zwei Kurbelwellenumdrehungen über dem ablaufenden Kurbelwellenwinkel dargestellt. Weiterhin ist die Zündreihenfolge 1-2-4-5-3 der einzelnen Zylinder angegeben. Es ist daraus ersichtlich, daß von einem Arbeitstakt eines Zylinders bis zum nächsten jeweils ein Abstand von zwei Kurbelwellenumdrehungen notwendig ist. Die Darstellung in der Fig. 1 entspricht ziemlich genau dem Verhalten der Brennkraftmaschine während eines ruhigen Leerlaufbetriebes.

In einer zweiten Zeile der Fig. 1ist ein Signal SK dargestellt, das von einem Geber herrührt, der auf eine an einer sich mit der Kurbelwelle synchron drehenden Geberscheibe angebrachten Marke anspricht. Das Signal SK entspricht also einer Pulsfolge, die durch eine Folge von Einzelimpulsen gebildet wird, welche bei jeder vollen Umdrehung der Geberscheibe ausgelöst werden.

In der dritten Zeile der Fig. 1ist ein SignalSM dargestellt, das proportional zur augenblicklichen Drehzahl der Kurbelwelle ist. Das Signal SM setzt sich zusammen aus einem GleichanteilSN, dem eine von den Verbrennungsvorgängen in der Brennkraftmaschine herrührende Schwingung überlagert ist. Während jedes Arbeitstaktes eines Zylinders wird nämlich die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine beschleunigt, während sich die anderen Zylinder im Verdichtungs-, Ausstoß- oder Ansaugtakt befinden und dabei Leistung verbrauchen. Durch den in der Zündreihenfolge aufeinanderfolgenden Wechsel der einzelnen Zylinder, die über die Kurbelwelle in einer festen Phasenbeziehung zueinander stehen, kommt dabei die Welligkeit des Signals SM zustande.

In der vierten Zeile der Fig. 1 ist ein SignalSD eingezeichnet, das durch einen digitalen Vergleich des Signals SM mit seinem eigenen Gleichanteil SN entstanden ist. D. h., das Signal SD wechselt jedesmal dann seinen Zustand, wenn das modulierte Signal SM jeweils größer oder kleiner als sein eigener Mittelwert SN wird.

Wie nun leicht ersichtlich ist, läßt sich aus einer gemeinsamen Betrachtung der Signale SK und SD in einfacher Weise die Erkennung des Arbeitstaktes des Zylinders Nr. 1 erkennen. Durch eine einfache logische Verknüpfung der Signale SK und SD ergibt sich also ein ErkennungssignalSE, wie es in der fünften und letzen Zeile der Fig. 1 aufgetragen ist. Da die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine in einer festen Phasenbeziehung zueinander stehen, lassen sich durch einfache Winkeladdition gleichfalls die Arbeitstakte jedes beliebigen Zylinders erkennen, was zur Vereinfachung der Darstellung aber hier nicht weiter gezeigt ist.

In Fig. 2 ist eine Geberscheibe 1 dargestellt. die einer in Wirklichkeit sich mit der Kurbelwelle drehenden Geberscheibe an der Brennkraftmaschine entspricht. Die Geberscheibe 1 weist eine Bezugsmarke 11 und weitere Winkelmarken 12 auf. Die Bezugsmarke 11 besteht einfach aus einer Winkelmarke 12, die zur Bezugserkennung geteilt wurde. Gegenüber den Marken der Geberscheibe 1 ist ein Geber 2 angebracht, dessen Ausgangssignal auf einen Wandler-Verstärker 3 geführt wird. Der Wandler-Verstärker 3 verarbeitet die im Geber 2 induzierten Spannungssignale zu Signalen SM und SK, wie sie in Fig. 1 dargestellt sind. Dabei erscheint das Signal SM an einem Ausgang 31 und das Signal SK an einem Ausgang 32 des Wandlerverstärkers 3. Das Signal SM wird einerseits auf ein Tiefpaßfilter 4 und andererseits auf den invertierten Eingang eines Vergleichers 5 geführt. Zur Verringerung der Störempfindlichkeit weist der Vergleicher 5 eine geringe Hysterese auf, stellt also einen Schmitt-Trigger dar. Das Tiefpaßfilter 4 bildet an seinem Ausgang den Gleichanteil SN des Signals SM entsprechend den Darstellungen in der Fig. 1. Das Signal SK aus dem Wandlerverstärker 3 und das Ausgangssignal des Vergleichers 5, das dem Signal SD der Fig. 1 entspricht, werden auf eine logische Verknüpfungsstufe 6 geführt, die so geschaltet ist, daß an ihrem Ausgang ein Signal entsprechend dem Erkennungssignal SE der Fig. 1 entsteht. Die Verknüpfungsstufe 6 stellt also eine UND-Stufe mit einem invertierten Eingang dar. An zwei Signalklemmen 7, 8 können für eine aus Gründen der Vereinfachung nicht näher dargestellte Weiterverarbeitung die Signale SE bzw. SN abgegriffen werden.

In glatt äquivalenter Weise kann die in Fig. 2 gezeigte Schaltung auch in der Software eines Microrechners realisiert werden. Diese Lösung bietet sich nicht zuletzt auch deswegen an, weil die Ausgangssignale des Gebers 2 bereits in einer für digitale Verarbeitung gut geeigneten Form vorliegen.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel werden zur erfindungsgemäßen Zylindererkennung die Signale eines Inkrementsystems verwendet. Bei anderen bekannten Segmentsystemen bieten sich zur erfindungsgemäßen Zylindererkennung andere Signale an, die ebenfalls wie die Rotation der Kurbelwelle durch die Verbrennungsvorgänge in der Brennkraftmaschine moduliert werden. Hierbei sind insbesondere Drucksignale im Ansaugtrakt, im Verbrennungsraum oder in einer abgasführenden Leitung geeignet. Es bieten sich aber auch Batteriespannung, Temperatur und mechanische Schwingungen des Motors als geeignete physikalische Größen an.

Claims (7)

1. Verfahren zur Erkennung des Arbeitstaktes eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Viertaktkolbenmotors mit ungerader Zylinderzahl, wobei ein erstes Signal (SK) gebildet wird, das einem festen Kurbelwellenwinkel zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Signal (SD) gebildet wird, das der Grundfrequenz der Verbrennungsvorgänge in der Brennkraftmaschine zugeordnet ist und daß ein Erkennungsignal (SE) durch eine logische Verknüpfung des ersten und zweiten Signals gebildet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal durch eine Drehzahlvariation oder Beschleunigung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal durch ein Drucksignal der Brennkraftmaschine gebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal durch die Batteriespannung gebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal durch ein Temperatursignal der Brennkraftmaschine gebildet wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Signal digitale Signale sind, daß das erste Signal dann einen bestimmten logischen Zustand einnimmt, wenn sich in einem Zylinder der Brennkraftmaschine durch die Kolbenbewegung der Arbeitsraum vergrößert und das zweite Signal dann einen bestimmten logischen Zustand einnimmt, wenn in der Brennkraftmaschine ein Verbrennungsvorgang stattfindet.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Verknüpfung eine UND-Verknüpfung ist.