DE3721162A1

DE3721162A1 - Verfahren und vorrichtung zum detektieren des maximalzylinderdruckwinkels bei einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3721162A1
Application number: DE19873721162
Authority: DE
Inventors: Akira Tanaka
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1986-06-28
Filing date: 1987-06-26
Publication date: 1988-01-21
Anticipated expiration: 2007-06-27
Also published as: US4744243A; JPS639679A; GB2192028B; DE3721162C3; GB8715205D0; DE3721162C2; GB2192028A

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einem Verfahren und einer Vor richtung zum Detektieren des Maximalzylinderdruckwinkels bei einer Brennkraftmaschine und insbesondere mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zum Detektieren des Maximalzylinder druckwinkels bei einer Brennkraftmaschine, welche eine genaue Detektion des Maximaldruckwinkels unter Verwendung der tat sächlichen oberen Totpunktsstellung (TDC-Stellung) des Kolbens als Basis zur Fehlerkorrektur ermöglichen, die bei der De tektion einer Bezugskurbelwinkelposition auftritt, die für die Bestimmung des Maximalzylinderdruckwinkels benötigt wird.

Bei üblichen Verfahren oder Vorrichtungen zum Detektieren des Zylinderdrucks einer Brennkraftmaschine und zum anschließen den Steuern des Brennkraftmaschinenbetriebs, wie die Regelung des Zündzeitpunktes, wird als Basis der Winkel verwendet, an dem der Zylinderdruck maximal wird. In der japanischen offengelegten Patentanmeldung No. 56(1981)-1 01 071 ist beispiels weise eine Vorrichtung beschrieben, bei der ein Bezugskurbel winkel, wie der obere Totpunkt (TDC) unter Verwendung eines Kurbelwinkelsensors detektiert wird und die Position, an der der Maximalzylinderdruck auftritt (der Maximaldruckwinkel R _pmax) basierend auf dem Bezugskurbelwinkel bestimmt wird.

Als Kurbelwinkelsensor wird im allgemeinen ein solcher mit elektromagnetischem Abgriff oder irgendein anderes Detektor element, wie ein elektromagnetisches Widerstandselement, ein Hall-Element oder ein Photoelement verwendet. Insbesondere wenn ein elektromagnetischer Abgriff zur Anwendung kommt, ergibt sich jedoch eine Detektionsverzögerung, die durch die Induktanz verursacht wird, so daß es unmöglich ist, den Bezugskurbelwin kel genau zu bestimmen. Als Folge hiervon wird ein Fehler bei der Detektion des Maximaldruckwinkels auf und der Brennkraft maschinenbetrieb, wie die Zündzeitpunktsverstellung, läßt sich nicht genau steuern. Unabhängig von der Art des verwendeten Sensors wird darüber hinaus immer dann ein Detektionsfehler oder eine Detektionsabweichung auftreten, wenn irgendein Fehler an der Position vorhanden ist, an der der Sensor an der Kurbel welle o.dgl. angebracht ist. Auch ist es schwierig, Fehler am Sensorausgang zu vermeiden, die ihre Ursache in unvermeidbaren Abweichungen unter den einzelnen Sensoren haben.

Eine Methode, die zur Überwindung dieser Schwierigkeiten zur Anwendung gekommen ist, besteht darin, daß experimentell Daten im voraus zur Kompensation bestimmt werden, und daß diese Daten in einem Speicher gespeichert werden, der einen Teil der Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebs der Brennkraftma schine bildet. Jedoch ist es auch in diesem Fall erforderlich, den Kurbelwinkelsensor an einer vorbestimmten Stelle genau zu montieren und auf jeden Fall ist es unmöglich, die Abwei chungen unter den einzelnen Sensoren zu kompensieren.

Fig. 1 zeigt Daten, die man experimentell unter Berücksichti gung der Detektionsverzögerung (Winkelabweichung) bei einem Kurbelwinkelsensor erhält. Wie sich aus diesem Schaubild er gibt, nimmt die Detektionswinkelabweichung mit zunehmender Brennkraftmaschinengeschwindigkeit zu und die Änderungszunahme erfolgt im wesentlichen linear mit der Zunahme der Geschwindig keit bzw. Drehzahl. Abgesehen von dem voranstehend Genannten ist auch noch zu berücksichtigen, daß es eine an sich bekannte Tatsache ist, daß bei dem Arbeiten mit Motorantrieb (wenn keine explosive Verbrennung des Luft/Brennstoffgemisches erfolgt, d.h. wenn keine Zündung erfolgt) der Zylinderdruck am oberen Totpunkt (TDC) des Kolbens maximal wird.

Die Erfindung zielt darauf ab, ein Verfahren und eine Vorrich tung zum Detektieren des Maximalzylinderdruckwinkels bei einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, bei denen die tatsächliche Position des oberen Totpunkts des Kolbens detektiert wird und eine Bezugskurbelwinkelposition, die mit Hilfe einer Kur belwinkeldetektionseinrichtung detektiert wird, auf der Ba sis von Daten der tatsächlichen oberen Totpunktsstellung kor rigiert wird, so daß eine genaue Detektion des Maximaldruck winkels ermöglicht wird.

Hierzu sieht die Erfindung einerseits ein Verfahren zum Detek tieren des Maximalzylinderdrucks bei einer Brennkraftmaschine vor, das sich durch die Schritte abzeichnet, gemäß denen die Bezugskurbelwinkelpositionen bezüglich eines Brennkraftmaschi nenkolbens detektiert werden, die Bezugskurbelwinkelpositionen, die Kurbelwinkelposition des oberen Totpunkts (TDC) des Kolbens einschließen, die tatsächliche TDC-Position bestimmt wird, die detektierte Bezugswinkelpositionen auf der Basis der ermit telten tatsächlichen TDC-Position des Kolbens korrigiert wird und der Maximaldruckwinkel dadurch ermittelt wird, daß das Intervall zwischen den korrigierten Bezugskurbelwinkelpositio nen und der Winkelposition gemessen wird, an der der maximale Zylinderdruck auftritt. Ferner wird nach der Erfindung auch eine Vorrichtung zum Detektieren des Maximalzylinderdruckwinkels bei einer Brennkraftmaschine angegeben, die sich dadurch aus zeichnet, daß eine Kurbelwinkeldetektionseinrichtung in der Nähe eines Drehteils der Brennkraftmaschine angeordnet ist und hiermit Bezugskurbelwinkelpositionen bezüglich eines Brenn kraftmaschinenkolbens detektiert werden, daß die Bezugswinkel position die Kurbelwinkelposition am oberen Totpunkt (TDC) des Kolbens miteinschließt, daß eine Verbrennungszustandsdetektier einrichtung in der Nähe einer Brennkammer der Brennkraftma schine angeordnet ist und den Verbrennungszustand in der Brennkammer detektiert, daß eine tatsächliche TDC-Positions detektionseinrichtung zum Detektieren des tatsächlichen oberen Totpunktes des Brennkraftmaschinenkolbens vorgesehen ist, und daß eine Maximaldruckbrückeermittlungseinrichtung vorgesehen ist, die als Eingänge die Ausgänge von der tatsächlichen TDC-Posi tionsdetektionseinrichtung, der Kurbelwinkeldetektionseinrich tung und der Verbrennungszustandsdetektionseinrichtung erhält und die den Ausgabewert von der Kurbelwinkeldetektionseinrich tung auf der Basis des Ausgangs der tatsächlichen TDC-Positions detektionseinrichtung korrigiert, und daß auf der Basis der korrigierten Kurbelwinkelposition der Maximalzylinderdruckwinkel aus dem Ausgang der Verbrennungszustandsdetektiereinrichtung er mittelt wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung er geben sich aus der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung. Darin zeigt:

Fig. 1 ein Diagramm mit Daten, die man aufgrund von Versuchen im Hinblick auf die Detektionsver zögerung (Abweichungswinkel) eines Kurbelwinkel sensors erhält,

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Detektionsvorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 3(a)-3(c) Wellenformdiagramme, die sich auf die Ausgänge der Vorrichtung nach Fig. 2 beziehen,

Fig. 4 ein Zeitablaufdiagramm zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der Vorrichtung,

Fig. 5 ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung der Arbeits weise der Vorrichtung nach Fig. 2 und einer Aus bildungsform des Detektionsverfahrens nach der Erfindung,

Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung des Ermittlungs verfahrens nach der Erfindung, und

Fig. 7 ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung einer zweiten Ausbildungsform des Detektionsverfahrens nach der Erfindung.

Zum besseren Verständnis wird die Detektionsvorrichtung nach der Erfindung nachstehend zuerst beschrieben. Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung zum Detektieren des Maximalzylinderdruckwinkels bei einer Brennkraftmaschine, die als eine Einrichtung zur Steuerung des Zündzeitpunkts dient.

In Fig. 2 ist mit der Bezugsziffer 10 eine Vier-Zylinder-Brenn kraftmaschine bezeichnet. Piezoelektrische Sensoren 12 sind für die jeweiligen Zylinder derart vorgesehen, daß sie in die Brennkammer des Zylinders weisen. Die Ausgänge der Drucksensoren gehen durch Ladungs-Spannungswandler oder Hochimpedanzschaltun gen (nicht gezeigt) und werden dann einer Steuereinheit 14 zu geleitet, in der sie Tiefpaßfiltern 16 zugeführt werden. Die Abschaltfrequenz der Tiefpaßfilter 16 ist höher als die Klopffrequenz eingestellt, so daß die Hochfrequenzkomponenten aufgrund von Klopfgeräuschen detektiert werden können. Die an die Tiefpaßfilter 16 anschließende Stufe ist ein Multiplexer 18, der an einer zentralen Verarbeitungseinheit (CPU) eines Mikro prozessors (der nachstehend noch näher beschrieben wird) ge steuert wird, so daß die Ausgänge von den Filtern 16 in auf einanderfolgenden Stufen gemäß der Zündfolge der Zylinder ab gegeben werden.

Die an den Multiplexer 18 anschließende Stufe ist ein Maximal zylinderdruckwinkelsignal/Klopfsignal-Generator 20, der von einer Schwellenenthalteschaltung 22, einem Komparator 24 und einem Impulsrückflankendetektor 26 gebildet wird. Der Ausgang vom Multiplexer 18 wird zuerst in die Schwellwerthalteschaltung 22 eingegeben, die den Schwellwertausgang des Multiplexers 18 auf rechterhält und einen Ausgang liefert, wie dies in Fig. 3(a) gezeigt ist. Die Schaltung 22 enthält einen ersten Opera tionsverstärker 22 a, der den Ausgang des Multiplexers 18 an seinem nicht-invertierenden Eingangsanschluß erhält. Der erste Operationsverstärker 22 a ist über Dioden 22 b, 22 c mit dem nicht invertierenden Eingangsanschluß eines zweiten Operationsverstär kers 22 d verbunden, der mit einer Spannungsnacheilrichtung ver bunden ist. Der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 22 d wird über einen Widerstand 22 e an den invertierenden Eingang des ersten Operationsverstärkers 22 a zurückgeführt. Die Rückführungs schaltung zwischen dem ersten und dem zweiten Operationsver stärker enthält eine Diode 22 f und einen Widerstand 22 g. Die Verbindungsleitung zwischen der Diode 22 c und dem zweiten Opera tionsverstärker 22 d ist über einen Widerstand 22 h und einen Kondensator 22 i mit Masse und auch mit dem Kollektoranschluß eines Transistors 22 j verbunden, der durch CPU über eine Rücksetz signalleitung 22 k und einen Widerstand 22 l betrieben wird.

An die Schwellenwerthalteschaltung 22 schließt sich der Kompa rator 24 an, der von einem dritten Operationsverstärker 24 a gebildet wird, der eine Spannungsquelle 24 b hat, die mit seinem Ausgangsanschluß über einen Widerstand 24 c verbunden ist. Der invertierende Anschluß des dritten Operationsverstärkers 24 a erhält den Ausgang der Schwellenwerthalteschaltung 22, während der nicht-invertierende Eingang desselben direkt mit dem Aus gangsanschluß des Multiplexers 18 verbunden ist. Wenn eine kleine Differenz bei den Eingängen zu den invertierenden und nicht-invertierenden Anschlüssen des dritten Operationsverstär kers 24 a vorhanden ist und wenn der Zylinderdruck seinen Maximal wert erreicht, gibt der Komparator 24 ein Impulssignal aus, wenn der Zylinderdruck ansteigt (siehe Fig. 3(a)). Wie sich aus den Fig. 3(a), 3(b) und 3(c) ergibt, ist der Maximalzylin derdruckwinkelsignal/Klopfsignalgenerator 20 derart eingerich tet, daß, wenn ein Klopfen nicht auftritt, ein einziger Impuls zu dem Zeitpunkt erzeugt wird, wenn der Maximaldruckwert er reicht wird (Fig. (a)). Wenn ein Klopfen auftritt und eine Hochfrequenzwellenkomponente an der Wellenform überlagert wird, so erzeugt er nicht nur Signale zu diesem Zeitpunkt, sondern auch zu jedem darauffolgenden Zeitpunkt, zu dem der Ausgang des Drucksensors (Multiplexers) den Spitzenwerthalteausgang über schreitet, so daß eine Mehrzahl von Impulsen erzeugt wird (Fig. 3(b)). Wenn die Klopffrequenz etwa 10 mal höher als die Zylinderdruckfrequenz ist, wird die Ladungskonstante, die durch den Widerstand 22 h und den Kondensator 22 i bestimmt ist, der art eingestellt, daß die Arbeitsgeschwindigkeit auf einen Wert unterhalb der Klopffrequenz verzögert wird, wie dies in Fig. 3(b) gezeigt ist.

Die an den Komparator 24 anschließende Stufe ist der Impuls rückflankendetektor 26. Dieser Detektor 26 wird von einem Wider stand 26 a, einem Kondensator 26 b, einem Widerstand 26 c, einem Inverter 26 d und einem NOR-Verknüpfungsglied 26 e gebildet und er dient dazu, die Rückflanke des Komparatorausgangs zu detek tieren und einen Impuls mit einer vorbestimmten Breite auszu geben, der zur leichten Verarbeitung der nachstehend noch zu beschreibenden Bearbeitungsvorgänge verwendet wird. (Siehe Fig. 3(a)). Wenn man daher die Ablaufzeit zwischen einer vor bestimmten Bezugsposition, wie dem oberen Totpunkt (TDC) und der Position mißt, an der der Impuls erzeugt wird und wenn man die so gemessene Zeit T _pmax zu einem Winkelwert umwandelt, so ist es möglich, den Maximaldruckwinkel R _pmax zu ermitteln. Fer ner kann durch Zählen der Anzahl der erzeugten Impuls bestimmt werden, ob ein Klopfen aufgetreten ist oder nicht. Wenn wie auch in Fig. 3(c) gezeigt ist, der Drucksensor 12 ausfallen sollte, kann dies aus der Tatsache detektiert werden, daß kein Impuls in der Zeitmeßperiode erzeugt wird.

Die an den Impulsrückflankendetektor 26 anschließende Stufe ist ein Mikroprozessor 30, der eine Eingabe/Ausgabe (I(O)- Einrichtung 30 a hat, an der der Ausgang von der Schaltung 26 anliegt. Zusätzlich zu der I/O-Anschlußeinrichtung 30 a hat der Mikroprozessor 30 einen A/D-Wandler 30 b, eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU) 30 c, einen Festspeicher (ROM) 30 d und einen Arbeitsspeicher bzw. Randomspeicher (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) 30 e. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist der Ausgangsanschluß der Schwellwerthalteschaltung 22 auch direkt mit dem A/D-Wandler 30 b in Parallelschaltung zu der vorstehend genannten Schaltung mit dem Komparator 24 verbunden. Der A/D- Wandler 30 b wandelt digital den Ausgang der Schwellwerthalte schaltung 22 einmal pro gegebener Zeit oder gegebenem Winkel intervall um. Die größten Daten, die man bei dieser Umwandlung erhält, sind die Maximalzylinderdruckwerte P _max (siehe Fig.3(a)).

Ein Kurbelwinkelsensor 32 ist in der Nähe eines Drehteils 34 der Brennkraftmaschine 10 angeordnet und er dient als eine Einrichtung zum Detektieren des Kurbelwinkels. Der Sensor 34 erzeugt ein Zylinderidentifikationssignal einmal pro vorbe stimmtem Rotationswinkel der Kurbelwelle, insbesondere alle 720 Grad der Drehbewegung der Kurbelwelle bei einer Vier-Zy linder-Brennkraftmaschine, währenddem ein Zyklus eines Ar beitshubes beispielsweise in der Reihenfolge erster, dritter, vierter und zweiter Zylinder beendet ist. Sie erzeugt auch TDC-Signale einmal pro jeweils einer Drehung um 180 Grad der Kur belwelle zu dem Zeitpunkt, wenn die zugeordneten Kolben TDC erreichen. Ferner werden bei vorbestimmten Winkelintervallen vorstehend beschriebene Winkeleinheitssignale als Unterteilungen des TDC-Winkelsignals erzeugt. Wenn man daher die Anzahl der TDC-Signale im Anschluß an die Erzeugung des Zylinderidentifi kationssignals zählt, so ist es möglich, zu unterscheiden, welcher Zylinder sich zu dem Zeitpunkt des TDC-Signales am oberen Totpunkt (TDC) befindet. Ferner kann die Brennkraftma schinendrehzahl aus den Einheitswinkelsignalen ermittelt wer den. Der Ausgang von dem Sensor 32 wird zuerst in einer Wellen form-Formumschaltung (nicht gezeigt) geformt und dann wird er in CPU 30 c über die I/O-Anschlußeinrichtung 30 a eingegeben. Zum Detektieren der Belastungsverhältnisse der Brennkraftmaschine 10 ist die Brennkraftmaschine 10 ferner mit einem Drucksensor 36 ausgestattet, der sich an einer entsprechenden Stelle zwi schen einer Drosselklappe 38 und einer Einlaßleitung bzw. Ansaugleitung (nicht gezeigt) befindet, der den Absolutdruck der an dieser Stelle strömenden Luft detektiert. Der Ausgang des Drucksensors 36 wird an den A/D-Wandler 30 b des Mikro prozessors 30 angelegt. Die der Steuereinheit 14 folgende Stu fe ist eine Zündeinheit 40, die eine Zündeinrichtung, einen Verteiler u.dgl. aufweist. Der Ausgang der Zündeinheit 40 wird an eine Zündkerze (nicht gezeigt) angelegt, die das Brenn stoff- und Luftgemisch der Brennkammer zündet. Bei einem ge eigneten Rotationswinkel gibt CPU 30 c des Mikroprozessors 30 ei nen Befehl über die Rücksetzsignalleitung 22 k aus, um die Schwell werthalteschaltung 22 zurückzusetzen und sie gibt auch einen Ver knüpfungsgliedumschaltbefehl an den Multiplexer 18 über eine Signalleitung 18 a ab. Der Mikroprozessor 30 hat ferner einen ersten Zeitzähler 42 und einen zweiten Zeitzähler 44. Zusätz lich zu der Tatsache, daß dieser mit der I/O-Anschlußeinrich tung 30 a verbunden ist, liegt an diesem auch der Ausgang von der Impulsrückflankendetektoreinrichtung 26 über eine Signal leitung 46 an dem Setzanschluß des zweiten Zeitzählers 44 und dem Rücksetzanschluß des ersten Zeitzählers 42 an. Ferner liegt der Ausgang des Kurbelwinkelsensors 32 nicht nur an der I/O-Anschlußeinrichtung 30 a, sondern auch über eine Signallei tung 48 an dem Setzanschluß des ersten Zeitzählers 42 und dem Rücksetzanschluß des zweiten Zeitzählers 44 an. Der Mikro prozessor 30 hat auch einen Taktgeber und einen Impulszähler zum Zählen der Abgabeimpulse von dem Impulsrückflankendetektor 26 (nicht gezeigt).

Das Zeitablaufdiagramm nach Fig. 4 zeigt die Arbeitsweisen des ersten und zweiten Zeitzählers. Der erste Zeitzähler 42 beginnt die Taktimpulse auf ein Setzen durch ein TDC-Signal von dem Kurbelwinkelsensor 32 zu zählen und er beendet das Zählen beim Rücksetzen durch einen Abgabeimpuls von dem Impulsrückflanken detektor 26. Auf diese Weise wird der Zeitraum T _pmax zwischen der TDC-Position, die durch den Sensor 32 detektiert wird und der Position gemessen, an der der maximale Zylinderdruck wäh rend des Arbeitshubs der Brennkraftmaschine auftritt. Der gemes sene Zeitwert wird CPU 30 c übermittelt, die den Maximaldruck winkel R _pmax dadurch ermittelt, daß der Zählwert T _pmax mit ei nem vorbestimmten Zeit-Winkel-Umwandlungsfaktor k multipliziert wird. Der zweite Zeitzähler 44 beginnt die Taktimpulse beim Setzen durch einen Ausgangsimpuls von dem Impulsrückflanken detektor 26 zu zählen und das Zählen wird beim Rücksetzen durch ein TDC-Signal von dem Kurbelwinkelsensor 32 beendet. Auf diese Weise wird die Zeitdauer T _delay zwischen der Position, an der der Maximaldruck während eines ungezündeten Hubes auf tritt (hierunter ist ein Hub zu verstehen, der normalerweise ein Arbeitshub wäre, der aber in Wirklichkeit ein mit Motoran trieb durchgeführter Hub ist, da keine explosive Verbrennung stattfindet) und der TDC-Position gemessen, die durch den Sen sor 32 detektiert wird. Der gemessene Zeitwert wird an CPU 30 c übergeben.

Wie vorstehend erwähnt worden ist, ist es bekannt, daß die Po sition, an der der Maximalzylinderdruck beim Motorantrieb auf tritt, tatsächlich der TDC (oberer Totpunkt) des Brennkraftma schinenkolbens ist. Wenn man daher die Zeitverzögerung R SD des Detektionssystems einschließlich der Drucksensoren 12 zu dem Wert addiert, den man durch die Multiplikation des gemesse nen Wertes von T _delay mit dem Zeit-Winkel-Umwandlungsfaktor k multipliziert, so kann man den Abweichungswinkel R T-LAG in Fig. 4 erhalten.

Dies bedeutet, daß folgendes gilt

R T-LAG = k × T _delay + R SD (1)

Somit wird der tatsächliche Wert des Maximaldruckwinkels R _pmax, d. h. R _pmax-ACT

R _pmax-ACT = k × T _pmax + R T-LAG - R SD (2)

Da die Detektionsverzögerung R SD für ein und denselben Zylinder vernachlässigbar ist, lassen sich die Gleichungen (1) und (2) auf die folgende Weise umschreiben:

R T-LAG = k × T _delay (1)′
R _pmax-ACT = k × T _pmax + R T-LAG (2)′

Wie später noch näher beschrieben wird, befindet sich der Ma ximaldruckwinkel in der Nähe von 10 Grad nach dem oberen Tot punkt (ATDC) in dem Fall, wenn eine Verbrennung auftritt (wenn ein Arbeitshub ausgeführt wird), während dann, wenn die Brenn kraftmaschine mit Motorantrieb beispielsweise dadurch läuft, daß die Kraftstoffversorgung unterbrochen ist, tritt der Maxi maldruckwinkel auf, wenn der erste Zeitzähler, der in Verbin dung der Detektion verwendet wird, noch auf Null ist oder we nigstens kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. Daher kann CPU 30 c aus dem Wert des ersten Zeitzählers detektieren, daß keine Verbrennung aufgetreten ist, sowie auch den Abweichungs winkel R T-LAG aus dem Zählwert des zweiten Zeitzählers ermitteln und den hierbei bestimmten Abweichungswinkel in RAM 30 e ab speichern. In diesem Fall wird die Brennkraftmaschinengeschwin digkeit bzw. Drehzahl zu diesem Zeitpunkt von dem Ausgang des Kurbelwinkelsensors 32 detektiert und in RAM 30 e in Verbin dung mit dem Abweichungswinkel R T-LAG gespeichert, so daß der Abweichungswinkel R T-LAG später als eine Funktion der Brenn kraftmaschinengeschwindigkeit bzw. -drehzahl abgeleitet wer den kann. Ein Teil von RAM 30 e ist mit einer Sicherheitsein richtung ausgestattet, so daß die darin gespeicherten RT-LAG Daten selbst dann nicht verloren gehen, nachdem die Brennkraft maschine abgeschaltet ist und der Mikroprozessor 30 zu arbeiten aufhört.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung sowie Ausbildungsformen des Detektionsverfahrens nach der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf das Flußdiagramm nach Fig. 5 erläutert.

Zu Beginn wird im Schritt 50 der Zylinder identifiziert und er wird dadurch spezifiziert, daß ihm die Adresse C/A = n zuge wiesen wird. Der Grund für die Identifizierung des Zylinders im Schritt 50 ist darin zu sehen, daß die Zündzeitpunktregelung unabhängig für jeden Zylinder ausgeführt werden kann. Dann wird im Schritt 52 der erste Zeitzähler durch ein TDC-Signal von dem zugeordneten Drucksensor 12 aktiviert.

Im folgenden Schritt 54 wird ermittelt, ob der Zählerstand des ersten Zeitzählers einen vorbestimmten Wert erreicht hat oder nicht. Wenn ein Arbeitshub auftritt, sollte der Zählerwert des ersten Zeitzählers einen Wert haben, der einem Kurbelwinkel in der Nähe von 10 Grad ATDC entspricht. Wenn man daher den vorstehend angegebenen vorbestimmten Wert in entsprechender Weise setzt, so ist es möglich, zu detektieren, ob ein Ar beitshub stattgefunden hat oder nicht.

Wenn im Schritt 54 ermittelt wird, daß ein Hub ohne Zündung aus geführt worden ist, so wird der Zählerstand des zweiten Zeit zählers, insbesondere der Wert T _delay im Schritt 56 gelesen. In diesem Fall wird angenommen, daß der zweite Zeitzähler an der Stelle aktiviert wurde, an der der maximale Motorantriebs druck aufgetreten war. Dann wird im Schritt 58 der Abweichungs winkel R T-LAG dadurch ermittelt, daß der Zählerwert T _delay mit dem Zeit-Winkel-Umwandlungsfaktor k multipliziert wird. Es ist noch zu erwähnen, daß, obgleich Fig. 4 den Abweichungs winkel R T-LAG zeigt, wobei dieser die Verzögerung R SD des Sensorsystems enthält, diese Verzögerung vernachlässigt wer den kann, wenn es sich um denselben Zylinder handelt, wie dies vorstehend bereits angegeben ist. Der Zeit-Winkel-Umwandlungs faktor k wird auf folgende Weise ermittelt

Im nächsten Schritt 60 wird eine Ne-Tabelle, die im Sicherheits teil (nicht-löschbaren Teil) von RAM 30 e gespeichert ist, über prüft, um herauszufinden, ob sie einen Abweichungswinkel R T- LAG enthält, der der momentanen Brennkraftmaschinendrehzahl Ne entspricht oder nicht. Es wird hierbei angenommen, daß die Brennkraftmaschinendrehzahl Ne aus dem Ausgang des Kurbelwin kelsensors 32 in entsprechenden Schritten (nicht gezeigt) er mittelt wurde. Da nach Fig. 1 der Abweichungswinkel R T-LAG in Abhängigkeit von der Brennkraftmaschinendrehzahl Ne sich ändert, ist es erforderlich, zu bestimmen, ob der Wert des Abweichungswinkels R T-LAG entsprechend der Brennkraftmaschinen drehzahl Ne gespeichert ist, die unter Verwendung des Kurbel winkelsensors 32 detektiert wurde. Der Abweichungswinkel R T- LAG wird im Speicher während eines zündungsfreien Hubs des Kolbens abgelegt.

Wenn im Schritt 60 bestimmt wird, daß entsprechende Daten vor handen sind, wird die Abweichung von dem Bezugsabweichungs winkel vor der Aktualisierung des gespeicherten Wertes ermit telt. Insbesondere wird im Schritt 62 die Anzahl der zündungs freien Hübe N gezählt, um später den Mittelwert der Abweichung von den Bezugsabweichungswinkeln zu bestimmen, während zu gleich im Schritt 64 der Bezugsabweichungswinkel R T-MAP unter Verwendung der momentanen Brennkraftmaschinendrehzahl Ne wiedergewonnen wird. Da in anderen Worten nicht angenommen werden kann, daß zündungsfreie Hübe über den gesamten Bereich der Brennkraftmaschinendrehzahl auftreten, wird bei dieser Ausbildungsform nach der Erfindung auf Bezugsabweichungs winkel R T-MAP Bezug genommen, die im voraus nach Fig. 6 experimentell bestimmt sind. Bei der Bestimmung der Abweichung d R T zwischen dem Bezugswert R T-MAP und der tatsächlichen Ab weichung R T-LAG, wie dies nachstehend noch näher beschrieben wird, ist es im Anschluß daran selbst in dem Fall möglich, daß kein Abweichungswinkel R T-LAG im Speicher für eine gege bene Brennkraftmaschinendrehzahl Ne gespeichert ist, eine An näherung dadurch zu erhalten, daß die Abweichung d R T zu dem Bezugsabweichungswinkel R T-MAP addiert wird. Da insbesondere, wie in Fig. 6 gezeigt ist, die Abweichung d R T so angenomnen werden kann, daß sie im wesentlichen unabhängig von der Ände rung der Brennkraftmaschinendrehzahl Ne konstant bleibt, können die Näherungswinkel des Abweichungswinkels R T-LAG effektiv zur Korrektur des Kurbelwellensensorausgangs über den gesamten Bereich der Brennkraftmaschinendrehzahlen hinweg verwendet werden.

Daher erhält man die Abweichung d R T im Schritt 66 dadurch, daß der Bezugsabweichungswinkel R T-MAP von dem gemessenen Wert R T- LAG abgezogen wird und im Schritt 68 das Mittel d R T-AVE der Abweichung d R T für alle Werte einschließlich der bereits im Speicher gespeicherten Werte ermittelt wird. Der so erhaltene d R T-AVE-Wert wird in dem Speicherbereich für den betreffenden Zylinder gespeichert. Wie vorstehend bereits angegeben ist, dient die Abweichung d R T lediglich als Ersatzwert zur Verwendung in dem Fall, wenn kein Abweichungswinkel R T-LAG im Speicher für die betreffende Brennkraftmaschinendrehzahl gespeichert ist. Da man annehmen kann, daß dieser Wert über den gesamten Arbeitsbereich der Brennkraftmaschinendrehzahl hinweg im we sentlichen konstant ist, braucht er nicht unter Zuordnung zu der Brennkraftmaschinendrehzahl Ne im Speicher eingeschrieben zu werden, sondern er braucht nur gesondert für jeden Zylinder gespeichert zu werden.

Dann wird im Schritt 70 der Abweichungswinkel R T-LAG, den man im Schritt 58 erhalten hat, in dem Teil von RAM 30 e gespei chert, der die Ne-Tabelle für den betreffenden Zylinder ent hält. Wenn in diesem Fall ein entsprechender Wert bereits ge speichert ist, so wird dieser aktualisiert und falls die Ent scheidung im Schritt 60 NEIN ist, wird der erhaltene Wert zu diesem Zeitpunkt neu in den Speicher eingeschrieben.

Wenn im Schritt 54 gefunden wird, daß der Zählerwert des er sten Zeitzählers gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist, so daß eine Verbrennung stattgefunden hat, so wird im Schritt 72 ermittelt, ob der erste Zeitzähler übergelaufen ist und sein Impulszählwert Null wird. Wenn die Ermittlung im Schritt 72 JA lautet, so zeigt dies ein Versagen des Sensors an, wie dies in Fig. 3(c) gezeigt ist (Schritt 74). Wenn die Ermittlung zu NEIN führt, wird der Arbeitsablauf mit dem Schritt 76 fortgesetzt, indem ermittelt wird, ob der Impuls zählwert gleich oder größer als der vorbestimmte Wert ist oder nicht. Wenn dies der Fall ist, wird im Schritt 78 entschie den, daß ein Klopfen aufgetreten ist. Wenn dies nicht der Fall ist, wird der Arbeitsablauf mit dem Schritt 80 fortgesetzt, indem der Zählwert T _pmax des ersten Zeitzählers gelesen wird, da sich dann hieraus ergibt, daß eine normale Verbrennung stattfindet. Dann erfolgt im Schritt 82 eine Überprüfung zu ermitteln, ob ein Abweichungswinkel R T-LAG für die momentane Brennkraftmaschinendrehzahl gespeichert ist. Wenn kein solcher Winkelwert gespeichert ist, wird der Mittelwert der Abweichung d R T-AVE gelesen und der Bezugsabweichungswinkel R T-MAP für die momentane Drehzahl wird wiedergewonnen. Die so erhaltenen Frei werte werden addiert, um einen Näherungsabweichungswinkel R T-LAG zu erhalten (Schritte 84, 86, 88). Dann wird im Schritt 90 der vorstehend genannte Zählerwert T _pmax in einen Winkel wert umgewandelt und der Abweichungswinkel R T-LAG wird zu dem umgewandelten Wert addiert, um den momentanen Maximaldruck winkel R _pmax-ACT zu erhalten. Während ein Abweichungswinkel R T-ACT entsprechend der betreffenden Drehzahl bereits im Spei cher enthalten ist, so wird dieser ausgelesen und zur Ermitt lung des momentanen Maximaldruckwinkels R _pmax-ACT verwendet (Schritte 82, 92, 90). Im abschließenden Schritt 94 wird der Zündzeitpunkt R ig bestimmt und ein Zündbefehl ausgegeben. In dem Fall, daß im Schritt 74 herausgefunden wird, daß der Sensor versagt hat, wird der Brennkraftmaschinenbetriebszustand durch den Drucksensor 36 usw. detektiert und die Bestimmung des Zünd zeitpunkts erfolgt auf eine alternative Art und Weise.

Eine zweite Ausbildungsform des Detektionsverfahrens nach der Erfindung ist anhand des Flußdiagrammes nach Fig. 7 erläu tert. Bei der Erläuterung dieser Ausbildungsform werden nur jene Punkte erörtert, die sich von der ersten Ausbildungsform unter scheiden.

Jedesmal wenn ein zündfreies Arbeiten detektiert wird, wird ein Abweichungswinkel R T-ACT im Speicher für die betreffende Brennkraftmaschinendrehzahl gespeichert (Schritte 100 -110). Wenn eine normale Verbrennung detektiert wird, aber kein Ab weichungswinkel als Speicherwert im Speicher für die betreffende Brennkraftmaschinendrehzahl aufgefunden wird (Schritte 104 - 122), wird ein Näherungsabweichungswinkel aus dem nächstliegend verfügbaren Abweichungswinkel durch Interpolation ermittelt und anschließend wird der tatsächliche Maximaldruckwinkel ermittelt und der Zündzeitpunkt bestimmt (Schritte 126, 128, 130). Die ses Ermittlungsverfahren ist durchführbar, da, wie dies in Fig. 1 gezeigt ist, der Zusammenhang zwischen dem Abweichungs winkel R T-LAG und der Brennkraftmaschinendrehzahl im wesent lichen linear ist, so daß selbst dann, wenn im Speicher für die betreffende Drehzahl kein Wert eingespeichert ist, es dennoch möglich ist, einen Näherungswert durch Interpolation zu er halten. Der Vorteil dieser Ausbildungsform gegenüber der zuerst erörterten Ausbildungsform ist darin zu sehen, daß sich die Anzahl der Verarbeitungsschritte reduzieren läßt.

Während bei den vorangehenden Ausbildungsformen die Abweichungs winkel separat für jeden Zylinder ermittelt werden, ist es alternativ möglich, einen repräsentativen Zylinder zu bestimmen und die Korrektur für alle Zylinder unter Verwendung des Ab weichungswinkels durchzuführen, der sich für den repräsentati ven Zylinder ergeben hat. Es sollte jedoch erwähnt werden, daß es in einem solchen Fall natürlich unmöglich wird, die vorstehend genannte Verzögerung R SD des Detektionssystems zu vernachlässi gen. Während ferner bei den vorangehend genannten Ausbildungs formen ein zündungsfreies Arbeiten aus dem Zählerinhalt des ersten Zeitzählers detektiert wird, ist es alternativ möglich, diese Detektion dadurch durchzuführen, daß man den maximalen Zylinderdruck P _max von dem A/D umgewandelten Ausgang der Spitzen werthalteschaltung 22 erhält und diesen P _max-Wert mit einem vorbestimmten Bezugswert vergleicht. Während ferner bei den vorangehend beschriebenen Ausbildungsformen ein Zeitwert zuerst gemessen wird und dann mit einem Umwandlungsfaktor multipli ziert wird, um einen Winkelwert zu erhalten, ist es alternativ möglich, daß der Kurbelwinkelsensor 32 derart eingerichtet wird, daß er ein Signal einmal pro jeweiligem Grad der Kurbel wellendrehung abgibt und daß man die Ermittlung von Beginn an unter Verwendung von Winkelwerten durchführt.

Da die vorliegende Erfindung eine genaue Korrektur der Bezugs kurbelwinkelposition, die durch den Kurbelwinkelsensor detektiert wird, ermöglicht, können Fehler kompensiert werden, die sich sowohl als Folge von Herstellungsabweichungen bei den einzelnen Sensoren als auch bei der Veränderung der Sensoranbringungs stelle ergeben.

Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf das vorliegende Beispiel beschränkt, sondern es sind zahlreiche Abänderungen und Modifikationen möglich, die der Fachmann im Bedarfsfall treffen wird, ohne den Erfindungsgedanken zu verlassen.

Nach der Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Detektieren des Maximalzylinderdruckwinkels bei einer Brennkraftmaschine angegeben. Ein Kurbelwinkelsensor detektiert eine Kolbenbezugsposition, wie den oberen Totpunkt (TDC) und den Maximalzylinderdruckwinkel erhält man dadurch, daß das Intervall zwischen der Bezugsposition und der Position ge messen wird, an der der Druck im Zylinder maximal wird.

Das Nichtzünden der Brennkraftmaschine wird detektiert und die Position, an der der durch Motorantrieb bewirkte Druck während des Nichtzündens maximal wird, gilt als der momentane obere Totpunkt. Der momentane obere Totpunkt wird zur Korrektur des Ausgangs des Kurbelwinkelsensors verwendet, so daß man eine genaue Detektion des Maximaldruckwinkels erreicht. Da der Ausgangsfehler des Kurbelwinkelsensors im wesentlichen li near proportional zur Brennkraftmaschinengeschwindigkeit bzw. -drehzahl ist, kann der Ausgangsfehler als Mittelwert ange nähert werden oder als ein Wert angenähert werden, den man durch Interpolation erhält.

Claims

1. Verfahren zum Detektieren des Maximalzylinderdruck winkels bei einer Brennkraftmaschine, gekennzeich net durch die Schritte:

a) Detektieren wenigstens einer Bezugskurbelwinkelpo sition bezüglich eines Brennkraftmaschinenkolbens, wobei die Bezugskurbelwinkelposition die Kurbelwinkelposition am oberen Totpunkt des Zylinders miteinschließt,
b) Bestimmen der momentanen oberen Totpunktsposition des Kolbens,
c) Korrigieren der detektierten Bezugskurbelwinkelposi tion auf der Basis der ermittelten momentanen oberen Tot punktsposition des Kolbens, und
d) Bestimmen des Maximaldruckwinkels durch Messen des Intervalls zwischen der korrigierten Bezugskurbelwinkelposi tion und der Winkelposition, an der der maximale Zylinder druck auftritt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die momentane obere Totpunktsposition des Kolbens aus dem Arbeitsdruck während des zündungsfreien Arbeitens bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert zum Korrigieren des Bezugskurbelwinkels als eine Abweichung von einem Bezugsfehlerwert erhalten wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugsfehlerwert im Verhältnis zur Zunahme und Abnahme der Brennkraftmaschinengeschwindigkeit bzw. -drehzahl größer und kleiner wird.

5. Vorrichtung zum Detektieren des Maximalzylinderdruck winkels bei einer Brennkraftmaschine, gekennzeich net durch:

a) eine Kurbelwinkeldetektionseinrichtung (32), die in der Nähe eines Drehteils einer Brennkraftmaschine (10) ange ordnet ist und die Bezugskurbelwinkelpositionen bezüglich wenigstens eines Kolbens der Brennkraftmaschine detektiert, wobei die Bezugskurbelwinkelposition die Kurbelwinkelposition am oberen Totpunkt (TDC) des Kolbens miteinschließen,
b) eine Verbrennungszustandsdetektionseinrichtung, die in der Nähe einer Brennkammer der Brennkraftmaschine ange ordnet ist und den Verbrennungszustand in der Brennkammer detektiert,
c) eine Detektionseinrichtung für die momentane obere Totpunktsstellung zum Detektieren des momentanen oberen Tot punkts des Kolbens der Brennkraftmaschine, und
d) eine Maximaldruckwinkelermittlungseinrichtung (30; die als Eingänge die Ausgänge von der Detektionseinrichtung für die momentane obere Totpunktsstellung, der Kurbelwinkel detektionseinrichtung und der Verbrennungszustandseinrichtung erhält und den Ausgabewert von der Kurbelwinkeldetektions einrichtung (32) auf der Basis des Ausgangs der Detektions einrichtung für die momentane obere Totpunktsstellung korri giert und auf der Basis der korrigierten Kurbelwinkelposition den Maximalzylinderdruckwinkel aus dem Ausgang der Verbren nungszustandsdetektionseinrichtung ermittelt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinrichtung für die momentane obere Totpunkts stellung den momentanen oberen Totpunkt aus dem durch Motor antrieb bewirkten Druck während des Arbeitens der Brennkraft maschine ohne Zündung detektiert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ferner eine Fehlerermittlungseinrichtung (30) zum Ermitteln des Fehlers zwischen dem Ausgang der Kurbelwinkeldetektions einrichtung (32) und der Detektionseinrichtung für die momen tane obere Totpunktsposition enthält, und daß die Fehlerer mittlungseinrichtung (30) den Detektionsfehler als eine Ab weichung von einem vorbestimmten Bezugsfehlerwert ermittelt.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugsfehlerwert im Verhältnis zu der Zunahme und der Abnahme der Brennkraftmaschinengeschwindigkeit bzw. -drehzahl ansteigt und abnimmt.

9. Vorrichtung zum Detektieren des Maximalzylinderdruck winkels bei einer Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch:

a) eine Kurbelwinkeldetektionseinrichtung (32), die in der Nähe eines Drehteils einer Brennkraftmaschine angeordnet ist und die Bezugskurbelwinkelpositionen bezüglich wenigstens eines Kolbens der Brennkraftmaschine detektiert, wobei die Bezugskurbelwinkelposition die Kurbelwinkelposition am oberen Totpunkt (TDC) miteinschließt,
b) eine Verbrennungszustandsdetektionseinrichtung, die in der Nähe einer Brennkammer der Brennkraftmaschine angeordnet ist und den Verbrennungszustand in der Brennkam mer detektiert,
c) eine Detektionseinrichtung für die Maximaldruck position, die als Eingang den Ausgang der Verbrennungszu standsdetektiereinrichtung erhält und die Maximaldruckposi tion, dargestellt durch den Ausgang, bestimmt,
d) eine Detektionseinrichtung für die momentane obere Totpunktsposition, die als Eingänge die Ausgänge der Maximal druckpositionsdetektionseinrichtung und der Kurbelwinkelde tektionseinrichtung (32) erhält und die momentane obere Totpunktsposition des Kolbens der Brennkraftmaschine be stimmt,
e) eine Fehlerermittlungseinrichtung (30), die als Ein gänge die Ausgänge der Detektionseinrichtung für die momen tane obere Totpunktsstellung und der Kurbelwinkeldetektions einrichtung (32) erhält und aus diesen Eingängen alle Fehler am Ausgang der Kurbelwinkeldetektionseinrichtung (32) er mittelt, und
f) eine Maximaldruckwinkelermittlungseinrichtung (30), die als Eingänge die Ausgänge der Fehlerermittlungseinrich tung, der Kurbelwinkeldetektionseinrichtung und der Maximal druckpositions-Detektionseinrichtung erhält, den Ausgabewert der Fehlerermittlungseinrichtung verwendet, um den Ausgabe wert der Kurbelwinkeldetektionseinrichtung (32) zu korrigieren und die den Kurbelwinkel ermittelt, an dem der Druck für die Maximaldruckposition maximal wird, wobei der korrigierte Kur belwinkelwert verwendet wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektionseinrichtung für die momentane obere Tot punktsposition den zündungslosen Betrieb der Brennkraftma schine aus dem Ausgang der Maximaldruckpositionsdetektier einrichtung detektiert und die momentane obere Totpunkts position aus dem durch Motorantrieb bewirkten Druck während des zündungslosen Arbeitens der Brennkraftmaschine bestimmt.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Fehlerermittlungseinrichtung den Fehler als eine Abweichung von einem Bezugsfehlerwert ermittelt.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Bezugsfehlerwert proportional zu der Zunahme und der Abnahme der Brennkraftmaschinengeschwindigkeit bzw. -dreh zahl ansteigt und abnimmt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Fehler und der Maximaldruckwinkel zuerst einmal als Zeitwerte ermittelt werden und dann in Winkelwerte umgewandelt werden.