DE3721010C2

DE3721010C2 -

Info

Publication number: DE3721010C2
Application number: DE3721010A
Authority: DE
Inventors: Akira Wako Saitama Jp Tanaka
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1986-06-25
Filing date: 1987-06-25
Publication date: 1989-08-10
Also published as: JPH0470570B2; DE3721010A1; GB2192428A; GB8714946D0; GB2192428B; JPS635231A; US4739649A

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Detektieren des Maximalzylinderdrucks und der zugehörigen Winkellage der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.

Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind aus der DE-OS 29 16 583 und der US-PS 41 31 097 bekannt. Ähnlich wie bei der offengelegten japanischen Patentanmeldung No. 58(1983)-197470 sind aus den vorstehenden genannten Druckschriften Vorrichtungen bekannt, bei denen die dem Maximalzylinderdruck zugeordnete Winkellage der Kurbel welle mit Hilfe eines Winkelsensors für die Winkellage der Kurbelwelle bestimmt wird, der den Kurbelwinkel einmal pro jeweiliger Drehwinkeleinheit, beispielsweise einmal pro jeweiligem Rotationsgrad, detektiert. Hierbei wird die dem Maximalzylinderdruck zugeordnete Winkellage der Kurbelwelle direkt in Form eines Winkelwertes ermittelt, ohne zuvor die Lage der Kurbelwelle in Form eines Zeit wertes zu erfassen. In einer solchen direkten Bestimmung der dem Maximalzylinderdruck zugeordneten Winkellage der Kurbelwelle muß ein Sensor vorgesehen werden, der die Winkellage der Kurbelwelle beispielsweise einmal pro jeweiligem Drehwinkel genau detektieren kann. Es ist aber äußerst schwierig und vor allem sehr teuer, einen solchen Sensor herzustellen, der eine derartige direkte Messung mit hoher Genauigkeit ermöglicht.

Anhand den Fig. 5 bis 8 der Zeichnung werden solche Bestimmungsweisen erläutert, bei denen die dem Maximal zylinderdruck zugehörige Winkellage der Kurbelwelle zuerst in Form eines Zeitwertes oder eines Zeitintervalls gemessen und der so gemessene Zeitwert anschließend mit einem Umwandlungsfaktor zur Umwandlung in eine Winkelgröße multipliziert wird.

Als Zeit-Winkel-Umwandlungsfaktor dient üblicherweise Upm×360°/60 s wobei sich jedoch die Brenn kraftmaschinendrehzahl Upm während der Beschleunigung oder anderer Übergangszustände des Brennkraftmaschinenbe triebs ändert. Daher ist es notwendig, den Einfluß einer sol chen Änderung durch die momentane Detektion der Brennkraft maschinendrehzahl zu eliminieren. In Fig. 5, die als Beispiel auf Vier-Zylinder-Brennkraftmaschinen Bezug nimmt, werden zusätzlich zu der Ermittlung eines Zylinderidentifikations signals einmal pro jeweils 720 Rotationsgraden der Kurbel welle und eines TDC (oberer Totpunkt)-Signals einmal pro jeweils 180 Rotationsgraden Kurbelwinkeleinheiten R 0-R 5 einmal pro 30 Rotationsgraden der Kurbelwelle detektiert. Der Umwandlungsfaktor wird aus den Zeitintervallen ME 1-ME 6 der Abschnitte S 1-S 6 zwischen den Kurbelwinkeleinheiten R 0-R 6 und insbesondere aus dem Zeitintervall ME 1 des Abschnitts S 1 ermittelt, der den Abschnitt mit dem Maximal druck Pmax darstellt. Wie sich aus Fig. 6 bezüglich einer Hin- und Herbewegung eines Kolbens jedoch ergibt, ist die Brennkraftmaschinendrehzahl selbst bei einem stationären Brennkraftmaschinenbetrieb nicht konstant, sondern ändert sich mit der Kolbenstellung, dem Arbeitshubdruck u. dgl. Wenn man daher die Brennkraftmaschinendrehzahl Ne 0 bis Ne 5 bei Winkeln R 0 bis R 5 ermittelt, ergibt sich die Änderungsrate aNE

So ergibt sich, daß sich die Winkelgeschwindigkeit ändert, wie dies in Fig. 7 gezeigt ist. Bei der Ermittlung des Zeit-Winkel-Umwandlungsfaktors ist daher selbst dann, wenn die Ermittlung unter Verwendung des Zeitintervalls ME 1 des Abschnitts S 1 erfolgt, bei der der Maximaldruckwert auf tritt, der ermittelte Winkelschritt fehlerbehaftet, da das Zeitintervall ME 1 nichts anderes als den Mittelwert der Drehzahl (Upm) im Abschnitt S 1 darstellt. In anderen Worten ausgedrückt und wie sich dies aus Fig. 8 ersehen läßt, ist der Wert von R pmax ermittelt aus ME 1 14° ATDC (nach oberem Totpunkt), d. h. größer als der tatsächliche Wert, wenn der tatsächliche Kurbelwind 13° ATCD (nach dem oberen Totpunkt) ist. Dieser Fehler führt zu einem Fehler bei einer beispielsweise hiervon abhängigen Steuerung des Zündzeitpunkts o. dgl., wodurch seinerseits die Brennkraft maschinenbetriebseffizienz gesenkt wird.

Die Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Detektieren des Maximalzylinderdrucks und der zuge hörigen Winkellage der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine der gattungsgemäßen Art bereitzustellen, welche eine Bestimmung der den Maximalzylinderdruck zugehörigen Winkel lage der Kurbelwelle mit hoher Genauigkeit auf konstruktiv vereinfachte Weise ermöglicht.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung zum Detektieren des Maximalzylinderdrucks und der zugehöri gen Winkellage der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 in Verbindung mit den Merkmalen seines Kennzeichens gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden mit Hilfe einer Zeitmeßeinrichtung mehrere Zeitintervalle erfaßt, aus deren Zuordnung eine Drehzahländerung bei der Brennkraftmaschine während des Betriebs ermittelt werden kann, welche dann bei der Umwandlung des Zeitintervalls zu der dem Maximal zylinderdruck zugeordneten Winkellage berücksichtigt wird, so daß hierdurch eine Kompensation für Drehzahländerungen bei der Detektierung des Maximalzylinderdrucks und der zuge hörigen Winkellage der Kurbelwelle vorgenommen wird, die zu genauen Bestimmungsergebnissen führt, ohne daß teure und aufwendige, sehr genau arbeitende Winkelsensoren für die Erfassung der Winkellage der Kurbelwelle verwendet werden müssen.

Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung an hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichung erläutert. Darin zeigt

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Detek tieren des Maximalzylinderdruckwinkels bei einer Brennkraftmaschine nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Zeitablaufdiagramm zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung der Ar beitsweise der Vorrichtung nach Fig. 1,

Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung des Ermittlungs vorganges gemäß dem Flußdiagramm nach Fig. 3,

Fig. 5 ein Diagramm zur Verdeutlichung einer üblichen Methode zum Detektieren des Maximaldruckwinkels,

Fig. 6 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Änderung der Brennkraftmaschinendrehzahl (Upm) innerhalb der Kurbelwinkeleinheiten nach Fig. 5,

Fig. 7 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Änderung der Brennkraftmaschinenwinkelgeschwindigkeit innerhalb der Kurbelwinkeleinheiten nach Fig. 5, und

Fig. 8 ein Diagramm zur Verdeutlichung der Abweichungen, die zwischen der durch die übliche Methode er mittelten Kurbelwellenposition und der tatsäch lichen Kurbelwellenposition auftreten.

Fig. 1 ist ein Blockdiagramm einer Detektiereinrichtung, die als eine Zündzeitpunktsteuereinrichtung ausgelegt ist, und Fig. 2 ist ein Diagramm, das die Wellenformen der Ausgänge die ser Vorrichtung zeigt.

In Fig. 1 sind mit der Bezugsziffer 10 piezoelektrische Druck sensoren zum Detektieren des Druckes in den Zylindern bei ei ner Brennkraftmaschine 12 bezeichnet. Die Sensoren 10 sind der art angeordnet, daß sie in die Brennkammern (nicht gezeigt) der Zylinder weisen. Das dargestellte Beispiel bezieht sich auf einer Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine und pro Zylinder ist ein piezoelektrischer Sensor 10 vorgesehen. Die Ausgänge der Druck sensoren 10 werden in Spannungen durch Ladungs-Spannungswandler/ Verstärker (nicht gezeigt) umgewandelt und dann einer Steuerein heit 14 zugeleitet, in der sie an zugeordnete Tiefpaßfilter 16 angelegt werden. Die den Tiefpaßfiltern 16 folgende Stufe ist ein Multiplexer 18, der durch Befehle von einem Mikroprozessor gesteuert wird, der nachstehend noch näher erläutert wird, so daß die Ausgänge von den Filtern 16 der folgenden Stufe in der Zünd folge der Zylinder zugeleitet werden.

Die folgende Stufe ist ein Maximaldruckpositionssignalgenerator 20, der von einer Differenzierschaltung 22, einem Vergleicher 24 und einem Impulsrückflankendetektor 26 gebildet wird. Die Diffe renzierschaltung 22 wird von einem Widerstand 22 a, einem Kon densator 22 b, einem Widerstand 22 c, einem Kondensator 22 d und einem Operationsverstärker 22 e gebildet. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, dient die Differenzierschaltung 22 dazu, die Phase der Wellenform der Sensorausgänge um 90° zu verschieben. Bestehend aus einem Widerstand 24 a und einem Operationsverstärker 24 b vergleicht der Komparator 24 den Ausgang von der Differenzier schaltung 22 mit einer Normspannung und wie in Fig. 2 gezeigt ist, wird der Ausgang auf den Niedrigpegel L verschoben, wenn der Wellenformausgang von der Differenzierschaltung 22 zu dem Zeitpunkt durch Null geht, bei dem der Ausgang des Sensors den Spitzenwert erreicht. Der Ausgang des Komparators 24 liegt an dem Impulsrückflankendetektor 26 an. Der Impulsrückflankende tektor 26 weist einen Widerstand 26 a, einen Kondensator 26 b, einen Widerstand 26 c, einen Inverter 26 d und ein NOR-Ver knüpfungsglied 26 e auf. Der Impulsrückflankendetektor 26 detek tiert die Zeit, zu der der Impulsausgang von dem Komparator 24 fällt und nach Fig. 2 erzeugt er einen Steuerimpuls mit einer vorbestimmten Breite, der leicht mit Hilfe eines Mikroprozes sors verarbeitbar ist.

Der Ausgang des Impulsrückflankendetektors 26 wird einem Mikro prozessor 28 zugeführt, der die anschließende Stufe des Ge nerators 20 bildet. Der Mikroprozessor 28 weist eine Eingabe/ Ausgabe-Anschlußeinheit 28 a, einen A/D (Analog/Digital)-Wandler 28 b, ein CPU (zentrale Verarbeitungseinheit) 28 c, einen ROM (Festspeicher) 28 d und einen RAM (Random-Speicher bzw. Arbeits speicher) 28 e auf. Ferner ist eine erste Zeitmeßschaltung zum Messen der Zeitperiode Tpmax zwischen der Zeit, zu der der Kol ben die TDC (obere Totpunkts) Stellung erreicht und dem Zeit punkt, zu dem der Impuls von dem Impulsrückflankendetektor 26 abgegeben wird, vorgesehen und es ist eine zweite Zeitmeßschal tung zum Messen der Länge der Perioden ME 1- ME 6 der Abschnitte S 1-S 5 vorgesehen. (Keine der Zeitmeßschaltungen ist gezeigt). Ferner ist ein Kurbelwinkelsensor 32 in der Nähe eines Drehteils 30 der Brennkraftmaschine 12 zum Detektieren des Winkels der Kurbelwelle angeordnet, mit der die Brennkraftmaschinenkolben (nicht gezeigt) verbunden sind. Ähnlich wie bei dem üblichen Beispiel nach Fig. 5 liefert der Sensor 32 ein Zylinderiden tifikationssignal einmal pro jeweils 720 Rotationsgraden der Kurbelwelle, ein TDC-Signal einmal pro 180° Drehwinkel der Kurbelwelle und ein Kurbelwinkeleinheitssignal einmal pro 30 Rotationsgraden der Kurbelwelle (bei R 0-R 5). Das den Win kel R 0 bezeichnende Signal wird genau synchron mit der TDC- Stellung ausgegeben. An einer geeigneten Stelle des Lufteinlaß kanales der Brennkraftmaschine stromab einer Drosselklappe 34 ist ein Drucksensor 36 zum Detektieren des Absolutdrucks im Ansaugkanal angegeben, der ein Signal ausgibt, das den Belastungs zustand der Brennkraftmaschine wiedergibt. Nach der Formung durch eine Wellenformer-Formungsschaltung (nicht gezeigt) wird der Ausgang von dem Kurbelwellensensor 32 in die Steuereinheit 14 eingegeben und zu dem Mikroprozessor 28 übermittelt. Der Aus gang des Drucksensors 36 wird zu einer Pegelumwandlungsschaltung (nicht gezeigt) geleitet und nach der Umwandlung zu einem Signal mit entsprechendem Pegel wird dieses dem Mikroprozessor 28 zu geführt, in dem es in digitaler Form mit Hilfe des A/D-Wandlers 28 b umgewandelt wird.

Auf der Basis der Eingabedaten ermittelt der Mikroprozessor 28 zuerst die Maximaldruckwinkel für die jeweiligen Zylinder und dann nach der Ermittlung des Zündzeitpunktes werden Zündbe fehle einer Zündeinrichtung 40 zugeleitet, um die Zündung des Luft/Brennstoffgemisches in den Brennkammern der Brennkraftma schine auszulösen. Der Mikroprozessorausgang liegt auch an dem Multiplexer 18 für die Verknüpfungsgliedumschaltung an.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung wird nachste hend anhand des Flußdiagramms nach Fig. 3 näher erläutert. Zuerst wird im Schritt 60 das Ankommen der Kurbelwelle an der Kurbelwinkelposition R 5 (30° BTDC (vor oberem Totpunkt)) von dem Ausgang des Kurbelwinkelsensors 32 bestätigt. Dann wird im Schritt 62 die zweite Zeitmeßschaltung aktiviert, um die Periode ME 6 zu messen.

Im Schritt 64 wird das Ankommen der Kurbelwelle an der Kurbel winkelposition R 0 (oberer Totpunktsstellung) bestätigt und im Schritt 66 wird die zweite Zeitmeßschaltung gestoppt und die gemessene Periode ME 6 im Speicher abgelegt. Zum gleichen Zeit punkt werden die erste und die zweite Zeitmeßschaltung im Schritt 68 aktiviert, um die verstrichene Zeit Tpmax bis zu der Position zu messen, an der der Maximaldruck auftritt sowie die Länge der Periode ME 1 des nächsten Abschnitts S 1. Dann wird im Schritt 70 das Auftreten des Maximaldruckwertes Pmax von dem Ausgang der Impulsrückflankendetektorschaltung 26 bestätigt, und anschließend wird die erste Zeitmeßschaltung gestoppt und der gemessene Zeitwert Tpmax im Speicher im Schritt 72 abgelegt.

Dann wird das Ankommen der Kurbelwelle am Kurbelwinkel R 1 (30° ATDC) im Schritt 74 bestätigt und im Schritt 76 wird die zweite Zeitmeßschaltung gestoppt und die gemessene Periode ME 1 im Speicher abgelegt. Da der Maximaldruckwert Pmax im allgemei nen in der Nähe von 20° ATDC auftritt, wird der Kurbelwinkel R 1 erreicht, nachdem der Maximaldruckwert aufgetreten ist.

Dann wird im Schritt 78 die Brennkraftmaschinendrehzahl (Upm)- Änderungsrate a aus der Periode ME 6 des Abschnitts S 6 und der Periode ME 1 des Abschnitts 1 auf die folgende Weise ermittelt:

Im folgenden Schritt 80 wird der vorausgesagte Wert der Brenn kraftmaschinen (Upm)-Änderungsrate der Maximaldruckstellung, d. h. der Wert a R p durch Interpolation ermittelt. Die Ermittlungs methode ist in Fig. 4 gezeigt. Insbesondere ist die Brennkraft maschinendrehzahl (Upm)-Änderungsrate während des Abschnitts S 1 durch eine Linie x dargestellt, die die Punkte g und h ver bindet, und der Schnittpunkt zwischen der Linie x und einer Linie y, die von dem Punkt vertikal nach oben verläuft, der die verstrichene Zeit Tpmax darstellt, wird als vorbestimmte Brenn kraftmaschinendrehzahländerungsrate an dem Punkt genommen, an dem der Maximalzylinderdruck auftritt. Wenn daher der Wert für a R p durch Interpolation ermittelt wird und der ermittelte Wert zur Ermittlung der Winkelposition der Kurbelwelle verwendet wird, kann man genau den Maximaldruckwinkel bestimmen. Da in Fig. 4 das durch die Punkte g, h und j definierte Dreieck und das durch die Punkte g, i und k definierte Dreieck zueinander ähnlich sind, ergibt sich für den Wert a R p folgendes:

a R p ((a-1)×(Tpmax/ME 1))+1.

Basierend auf dem Vorangegangenen wird daher der Maximaldruck winkel R pmax im Schritt 82 nach Maßgabe folgender Einzelheiten ermittelt:

Wie sich aus dem Voranstehenden ergibt, wird die Winkellage für den Maximalzylinderdruck bzw. Maximaldruck winkel R pmax ermittelt aus (1) der Änderungsrate a R p durch Interpolation basierend auf dem gemessenen Zeitwert Tpmax bis zur Maximaldruckposition, aus (2) der Periode ME 1 des Abschnittes, in dem die Maximaldruckposition eingeschlos sen ist, und (3) dem gemessenen Zeitwert Tpmax. Auf diese Weise können die Änderungen der tatsächlichen Winkelposition der Kur belwelle kompensiert werden, die ihre Ursache in der Änderung der Kolbenposition sowohl während des Übergangszustandes als auch während des stationären Betriebszustandes der Brennkraft maschine hat. Auf diese Weise kann man vorteilhaft den Maximal druckwinkel R pmax mit hoher Genauigkeit detektieren. Die Er findung ermöglicht ferner die genaue Detektion des Maximaldruck winkels ohne die Verwendung eines schwierig herzustellenden Kur belwinkelsensors, der eine Detektion mit Intervallen von einem Grad vornehmen kann. Anstelle hiervon wird bei der Erfindung eine genaue Detektion des Maximaldruckwinkels mit einer Kurbel winkeleinheit ermöglicht, die mit relativ geringer Auflösung (Abschnittsintervall) von beispielsweise 30° angenommen werden kann. Als Folge hiervon besteht kein Bedürfnis nach der Ver größerung der Auflösung durch Unterteilung der Abschnittsinter valle, so daß man eine hochpräzise Detektion mit einer relativ einfachen Vorrichtung erreichen kann. Obgleich bei dem voran stehend beschriebenen Beispiel der TDC-Signalbereich (180°) in sechs gleiche Abschnitte von 30° jeweils unterteilt ist, so ist zu erwähnen, daß die Abschnitte S 2 bis S 5 nicht absolut not wendig sind und daß die Abschnittsintervalle nicht notwendig gleich zu sein brauchen.

Nach der Erfindung wird demnach eine Vorrichtung zum Detektieren der Winkellage der Kurbelwelle beim Maximalzylinderdurck bereitgestellt, mit der der Zeitablauf gemessen wird, der erforderlich ist, um zu erreichen, daß die Brennkraftmaschinenkurbelwelle zwischen einem Bezugskurbelwinkel, wie TDC (oberer Totpunkt), und dem Kur belwinkel durchgeht, an dem der Zylinderdruck maximal wird und mit der der gemessene Zeitablauf mit einem Zeit-Winkel- Umwandlungsfaktor multipliziert wird. Die Änderungsrate der Rotationsgeschwindigkeit der Brennkraftmaschine wird bei der Zeit-Winkel-Umwandlung berücksichtigt, so daß die Position, an der der Zylinderdruck maximal wird, in Größen des Kurbelwinkels unabhängig vom Betriebszustand der Brennkraftmaschine bestimmt werden kann. Mit der Vorrichtung wird die Brennkraftmaschinen drehzahländerungsrate also kompensiert. Die Zeit-Winkel- Umwandlung kann selbst dann genau erfolgen, wenn ein Kurbel winkelsensor verwendet wird, der den Kurbelwinkel in relativ großen Intervallen, wie z. B. einmal pro 30°, detektiert.

Claims

Vorrichtung zum Detektieren des Maximalzylinderdrucks und der zugehörigen Winkellage der Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit
- a) je einem Drucksensor (10), der an dem jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine (12) zum Detektieren des jeweiligen Zylinderdrucks angeordnet ist,
- b) einem Winkelsensor (32), der in der Nähe eines Drehteils der Brennkraftmaschine angeordnet ist und die Winkellage der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine bezüglich einer Bezugswinkelposition detektiert,
- c) einer Auswerteeinrichtung (14) zum Empfangen der Ausgänge des Drucksensors (10) und des Winkelsensors (32) und zum Bestimmen derjenigen Winkellage, bei welcher der Maximalzylinderdruck herrscht, und mit
- d) einer den Maximalzylinderdruck bestimmenden Einrich tung (20),
gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
- e) eine Zeitmeßeinrichtung erfaßt ein erstes Zeitinter vall ME 6, das verstreicht, bis eine erste feste Winkellage R₅ in die Bezugswinkelposition R₀ zum Zeitpunkt t₀ übergeht, ein zweites Zeitintervall T _pmax, das zum Zeitpunkt t₀ beginnt und dann endet, wenn der Maximalzylinderdruck herrscht, und ein drittes, das zweite einschließende Zeitintervall ME 1, das verstreicht, bis die Bezugswinkelposition R₀ in eine dritte Winkellage R₁ übergeht,
- f) die Auswerteeinrichtung (14) weist eine Einheit (28) auf, die aus dem ersten und dritten Zeitintervall, also aus ME 6 und ME 1, die Winkelgeschwindig keitänderung der Kurbelwelle zwischen den Winkella gen R₅ und R₁ erfaßt und mit Hilfe des Meßwertes für das zweite Zeitintervall T _pmax die dem Maxi malzylinderdruck zugeordnete Winkellage bildet.