DE3630272A1

DE3630272A1 - Vorrichtung zum steuern einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3630272A1
Application number: DE19863630272
Authority: DE
Inventors: Richard Dipl Ing Schleupen
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1986-09-05
Filing date: 1986-09-05
Publication date: 1988-03-17
Also published as: EP0280696B1; US4848298A; DE3773901D1; EP0280696A1; JPH01500682A; WO1988001691A1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei Vorrichtungen zum Steuern einer Brennkraftma schine eines Kraftfahrzeugs, insbesondere der Zündung und der gleichen, ist es bekannt, Sensorsysteme zur Erfassung der Winkel stellung einer Welle der Brennkraftmaschine, insbesondere der Kur belwelle oder der Nockenwelle, einzusetzen.

Solche Systeme sind z. B. als Segmentsysteme ausgebildet, bei denen Geberscheiben mit der Welle umlaufen, die an ihrem Umfang mit einer zur Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine proportionalen Anzahl von Segmenten, d. h. langgestreckten markierten Bereichen, versehen sind. Bei der Erfassung der Winkelstellung der Kurbelwelle beträgt die Anzahl der Segmente dabei die Hälfte der Zylinderzahl. Bei Er fassung der Winkelstellung der Nockenwelle ist die Anzahl der Seg mente gleich der Zylinderzahl, da die Kurbelwelle bekanntlich mit der doppelten Drehzahl der Nockenwelle umläuft. Dabei ist jedes Seg ment einem (bei Erfassung der Kurbelwelle zwei) Zylinder(n) der Brennkraftmaschine zugeordnet, und jeder Zündungsvorgang wird in Ab hängigkeit vom Vorbeilaufen des zugehörigen Segmentes gesteuert. In einem ortsfesten Aufnahmeelement wird die Vorderflanke des Segmentes erkannt, und durch geeignete Zeitsteuerung über die gesamte Segment länge werden die Steuervorgänge für die Brennkraftmaschine ausge löst. Segmentsysteme mit gleich großen Segmenten haben demgegenüber den Nachteil, daß keine für eine verteilerlose oder Zweikreis- (z. B. Achtzylindermotor) Hochspannungsverteilung ausreichende Zuordnung möglich ist.

Ferner sind Segmentsysteme bekannt, bei denen einzelne Segmente durch eine Anzahl von Zähnen und Zahnlücken unterteilt sind, und die von den Zähnen bzw. Zahnlücken im Aufnahmeelement erzeugten Signale einer Steuerschaltung zugeführt werden. Dabei wird die Winkelstel lung der Welle durch Auszählen der vorbeilaufenden Zähne bzw. Zahn lücken ermittelt. Dieses Verfahren ist aufwendig und erfordert eine zusätzliche Zähleinrichtung.

Bildet man ferner nur eine einzige Zahnlücke in einem Segment aus, so besteht die Gefahr, daß die zusätzliche Rückflanke eine zusätz liche Zündung auslöst.

Bei allen hier aufgeführten Vorrichtungen sind bei Start der Brenn kraftmaschine mindestens eine Umdrehung notwendig, um eine genaue Zuordnung der Markierung zu erkennen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine Zuordnung der Zündimpulse für eine verteilerlose oder Zweikreis-Hochspannungs verteilung mit einem einzigen Geber unter Beibehaltung der beiden elektrischen Marken am Segmentanfang und Segmentende möglich ist. Aufgrund der sich ergebenden elektrischen Signale (Marken) kann man eindeutig die Zylindergruppen bei einer verteilerlosen Hochspan nungsverteilung zuordnen. Es sind dabei keine Änderungen des Profils der Segmente notwendig, so daß insbesondere bei hohen Motorabtriebs momenten keine Risse durch Verspannungen auftreten können.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrich tung möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine Prinzipdarstellung einer Geberscheibe,

Fig. 2 eine Einzelheit,

Fig. 3 eine Abwandlung der Einzelheit nach Fig. 2,

Fig. 4 ein Impulsdiagramm und

Fig. 5 eine schaltungsgemäße Dar stellung.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

In Fig. 1 bezeichnet 10 eine Geberscheibe, die mit der Kurbelwelle oder der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine umläuft. Die Geber scheibe 10 weist an ihrem Umfang Segmente 11, 12 sowie dazwischen liegende Lücken 13, 14 auf. Sind wie in Fig. 1 dargestellt zwei Segmente bzw. zwei Lücken vorhanden und ist die Geberscheibe an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine befestigt, so eignet sie sich für Vorrichtungen zum Steuern von Vierzylindermotoren. Die Segmente 11, 12 sind gleich lang ausgebildet und liegen sich diametral gegenüber.

In Fig. 2 ist das Segment 11 näher dargestellt. Es weist an seiner Oberfläche eine sichelartige Perforation 15 auf, die mit steigendem Winkel der Kurbelwelle in seiner Breite zunimmt. Die Perforation 15 kann aus Löchern 16 mit gleichem Durchmesser bestehen, die über die Perforation 15 gleichmäßig verteilt sind. Wie in Fig. 3 darge stellt, kann die Perforation 15 auch aus einer Reihe von Löchern 17 bestehen, deren Durchmesser entsprechend der zunehmenden Breite der Perforation 15 zunimmt. Auch kann die Perforation 15 als ein gleich schenkliges Dreieck ausgebildet sein.

In der Nähe des Umfangs der Geberscheibe 10 befindet sich ein raum festes Aufnahmeelement 20, das seinerseits mit einer Steuerschaltung 21 in Wirkverbindung steht. Die Art der Wechselwirkung von Geber scheibe 10 und Aufnahmeelement 20 kann dabei sehr verschiedenartig sein. Bei Ausnutzung von magnetischen Wechselwirkungen kann die Ge berscheibe 10 aus ferromagnetischem Blech gestanzt sein, und als Aufnahmeelement 20 wird ein Induktivgeber verwendet, der im Ruhezu stand bereits einen magnetischen Fluß aufweist. Beim Ausführungsbei spiel nach Fig. 2 sollte der Durchmesser des Polkerns des Aufnahme elements 20 größer sein als der Durchmesser der Löcher 16.

Wenn die Geberscheibe 10, wie in Fig. 1 angezeigt, im Uhrzeigersinn umläuft, wird vom Aufnahmeelement 20 zunächst - beispielsweise im Segment 11 - die Vorderflanke des Segments 11 erfaßt. Der Zündvor gang kann dann beispielsweise am Ende des Segments 11 bei einer der Rückflanken des Segments 11 entsprechenden Winkelstellung ausgelöst werden.

Zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung ist in Fig. 4 der zeitliche Verlauf der von den Segmen ten 11, 12 bzw. von den Lücken 13, 14 und von der Perforation 15 er zeugten Signale dargestellt. Fig. 4a zeigt eine Übertragung der Drehbewegung der Kurbelwelle (Δ KW) auf die Umdrehung der Geber scheibe 10 in Abhängigkeit vom Drehwinkel (α) der Geberscheibe. In Fig. 4b ist der im Aufnahmeelement 20 erzeugte magnetische Fluß (ΔΦ) in Abhängigkeit vom Drehwinkel (α) der Geberscheibe 10 auf gezeigt. Bewegt sich die Geberscheibe 10 im Uhrzeigersinn, so wird an der Vorderflanke des Segments 11, d. h. bei der Winkelstellung α ₁, im Aufnahmeelement 20 eine magnetische Flußänderung erzeugt.

Der magnetische Fluß verläuft in gleicher Höhe, während sich das Segment 11 bis zum Beginn der Perforation 15 am Aufnahmeelement 20 vorbeibewegt, folglich wird keine Spannung induziert. Erreicht das Aufnahmeelement 20 die Perforation 15 des Segments 11, d. h. befindet sich die Geberscheibe 10 in Winkelstellung α ₂, so fällt der ma gnetische Fluß aufgrund der zunehmenden Breite der Perforation 15 ab. Erreicht das Aufnahmeelement 20 die Winkelstellung α ₃, so en det dort die Perforation 15 und der magnetische Fluß steigt wieder auf die gleiche Höhe, wie zwischen der Winkelstellung α ₁ und a ₂ an. Befindet sich das Aufnahmeelement 20 in Winkelstellung α ₄, der Rückflanke des Segments 11, so fällt der magnetische Fluß völlig ab. Durch die Perforation 15 wird sowohl eine zusätzliche Än derung des magnetischen Flusses als auch, falls die Winkelstellun gen α ₃ und α ₄ nahe beieinander liegen, scheinbar die Änderung des magnetischen Flusses vergrößert. Während sich nun die Lücke 13 am Aufnahmeelement 20 vorbeibewegt, wird kein wesentlicher magne tischer Fluß erzeugt. Analog zum Segment 11 wird nun auch vom Seg ment 12 an dessen Vorderflanke als auch an der Rückflanke, d. h. bei der Winkelstellung α ₅ und α ₆ eine magnetische Flußänderung erzeugt.

Fig. 4c zeigt nun die im Aufnahmeelement 20 erzeugten Impulse. Je weils an der Vorderflanke der Segmente 11, 12, d. h. bei der Winkel stellung α ₁ bzw. α ₅, wird ein positiver Impuls erzeugt. Er reicht das Aufnahmeelement 20 die Rückflanke der Segmente 11, 12, d. h. befindet sich die Geberscheibe 10 in der Winkelstellung α ₄ bzw. α ₆, so wird ein negativer Impuls hervorgerufen. Aufgrund der Perforation 15 im Segment 11 und des sich dadurch ändernden magne tischen Flusses ist in diesem Bereich, d. h. zwischen der Winkelstel lung α ₂ und α ₃ ein geringes in etwa gleich hohes Impulsniveau vorhanden. Am Ende der Perforation 15, d. h. bei Winkelstellung α ₃ entsteht wieder ein positiver Impuls. Dieser zusätzliche Impuls, hervorgerufen durch das Ende der Perforation 15, kann nun als Mar kierung verwendet werden. Gleichzeitig wird auch durch den Übergang von einem positiven auf einen negativen Impuls die Rückflanke des Segmentes 11 deutlich erkennbar und von übrigen Impulsen unter scheidbar.

Die an den Flanken der Segmente 11 bzw. 12 und der Perforation 15 im Aufnahmeelement 20 erzeugten Spannungen werden über die zwei Schmitt-Trigger unterschiedlicher Schaltschwelle den beiden Ein gangsklemmen E 1 und E 2 der in Fig. 5 im Prinzipschaltbild darge stellten Auswerteschaltung zugeführt. An die Eingangsklemme E 1, an der die Spannung U ₊ anliegt, ist ein Inverter 27 angeschlossen. An die Eingangsklemme E 2 an der die Spannung U _- anliegt, ist hingegen eine nichtinvertierende Treiberstufe 28 angeschlossen. Der Ausgang des Inverters 27 ist mit dem invertierenden Reset-Eingang eines Flip-Flops 29 verbunden. An dessen invertierenden Set-Eingang ist der Ausgang der Treiberstufe 28 angeschlossen. Vom Ausgang Q des Flip-Flops 29 führt eine Leitung zum Clear-Enable-Eingang eines Zäh lers 30. Der invertierende Clear-Eingang des Zählers 30 ist mit dem Ausgang der Treiberstufe 28 verbunden. Ferner liegt am Zähleingang des Zählers 30 die vor dem Inverter 27 abgegriffene Spannung U ₊ an. Von den beiden Ausgängen des Zählers 30 führen Leitungen zu den beiden Zylindergruppen eines Vierzylindermotors. Diese Schaltung dient zur Gewinnung eines Synchronimpulses, um bereits beim Start der Brennkraftmaschine eine genaue Zuordnung der Stellung des Geber rades zur jeweiligen Drehung der Welle zu ermöglichen. Dieses Prin zip der Auswertung ist selbstverständlich für alle Motoren mit gera der Zylinderanzahl anwendbar. Bei asymmetrischen Motoren ist darauf zu achten, daß die Asymmetrie innerhalb einer Kurbelwellenumdrehung auftritt.

Claims

1. Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahr zeugs mit einem Sensorsystem, bei dem eine mit einer Welle der Brennkraftmaschine umlaufende Geberscheibe (10) mit einem raumfesten Aufnahmeelement (20) in Wirkverbindung steht, die an ihrem Umfang mit einer zur Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine proportio nalen Anzahl von das Aufnahmeelement (20) beeinflussenden Segmenten (11, 12), die eine steil abfallende Vorder- und Rückflanke haben, versehen ist und das Aufnahmeelement (20) mit einer Steuerschaltung (21) für die Zündung oder dergleichen des Kraftfahrzeugs verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Segmente (11, 12) eine Perforation (15) aufweist, deren Breite mit steigendem Winkel der Welle zunimmt und die ein der Steuerschaltung (21) als Markierung dienendes Signal zuführt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Per foration (15) aus mehreren Löchern (16) besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Löcher (16) gleich ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Löcher (17) mit steigendem Winkel der Welle zunimmt und die Löcher (17) der jeweiligen Breite der Perforation (15) ent sprechen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn zeichnet, daß das Aufnahmeelement (20) ein Induktivgeber ist, dessen Polkern größer ist als der Durchmesser der Löcher (16, 17).

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß die Perforation (15) sichelförmig ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Geberscheibe (10) Teil einer Zündung mit vertei lerloser oder Zweikreis-Hochspannungsverteilung ist.