DE3721162C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung befaßt sich mit einer Vorrichtung zum Detektieren einer einem Zylindermaximaldruck bei einer Verbrennung zugeordneten Winkellage einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Aus US-PS 41 31 097 ist eine Vorrichtung zum Detektieren einer einem Zylindermaximaldruck bei einer Verbrennung zugeordneten Winkellage einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art bekannt. Bei einem dort beschriebenen Ausführungsbeispiel wird das Verhältnis Pmax/Pi konstant gehalten, so daß eine Zündzeitpunktverstellung einen konvergierenden Verlauf zu MBT hat, wobei Pmax der Maximaldruck während der Verbrennung und Pi der Maximaldruck während des Arbeitens ist. Hierbei ist der Arbeitsdruck oder Motordruck Pm durch einen Druck Pi dargestellt, den man bei einem gegebenen Winkel Ka vor der maximalen Zündzeitpunktvorverstellung erhält. Bei einem zweiten dort beschriebenen Ausführungsbeispiel wird der dem Zylindermaximaldruck zugeordnete Winkel R max während der Verbrennung detektiert. Der Zündzeitpunkt wird hierbei so verstellt, daß eine Abweichung zwischen dem Maximalwinkel Ka und einem Soll-Winkel Ko so klein wie möglich bei abnehmender Tendenz wird. Somit beschreibt dieser Stand der Technik Verstellungsmaßnahmen für einen Zündzeitpunkt nach Maßgabe von MBT, basierend auf dem Zylinderdruck oder der Kurbelwellenwinkellage, bei der der Zylindermaximaldruck auftritt. Eine Korrektur eines Bezugspositionssignals für die Detektion der Winkellage ist dort weder angegeben noch aufgeführt. Ferner wird hierbei der Zylindermaximaldruck auch für den verbrennungsfreien Betrieb, d. h. in dem Fall ermittelt, wenn keine Verbrennung auftritt.

Aus der DE-OS 29 16 583 ist eine Vorrichtung zum Messen der Parameter eines Indikatordiagramms von Kolbenmaschinen bekannt, mittels der insbesondere der Arbeitswirkungsgrad verbessert werden soll, ohne daß die Vorrichtung aufhören muß zu arbeiten, wenn ein zu Testzwecken eingesetzter Kolben gewechselt wird. Hierbei wird ein erfaßter Zylinderdruck jeweils in digitale Werte umgewandelt, und die maximale Winkellage der Kurbelwelle wird bezüglich einer Bezugs-TDC-Stellung mit Hilfe der Winkel-Markengeber bestimmt. Diese Vorrichtung gestattet somit die Bestimmung der dem Zylindermaximaldruck zugeordneten Winkellage R pmax. Korrekturmöglichkeiten für die TDC-Positionssignale sind dort nicht beschrieben.

In der offengelegten japanischen Patentanmeldung No. 56 (1981)- 1 01 071 ist eine Vorrichtung beschrieben, bei der ein Bezugskurbelwinkel, wie der obere Totpunkt (TDC), unter Verwendung eines Kurbelwinkelsensors detektiert wird, und die Position, an der der Zylindermaximaldruck auftritt, dargestellt durch den Winkel R pmax, wird basierend auf einer Bezugskurbelwinkellage bestimmt. Als Kurbelwinkelsensoren gibt es solche mit elektromagnetischem Abgriff und Detektorelemente, wie ein elektromagnetisches Widerstandselement, ein Hall-Element oder ein Photoelement. Wenn der Kurbelwinkelsensor eine elektromagnetische Erfassung vornimmt, ergibt sich eine durch die Induktanz bedingte Detektionsverzögerung, so daß sich die Bezugskurbelwinkellage nicht genau bestimmten läßt. Hierdurch bedingt läßt sich auch die Zündzeitpunktverstellung nicht genau steuern. Ferner tritt bei allen Arten von eingesetzten Kurbelwinkelsensoren ein Detektionsfehler oder eine Detektionsabweichung auf, wenn Positionierungsfehler für den Sensor in Zuordnung zu der Kurbelwelle vorhanden sind. Auch sind Abweichungen der Sensorausgänge auf Grund von unvermeidbaren Fertigungs- und Montagetoleranzen der Sensoren unvermeidbar.

Selbst wenn man im Vorhinein zur Kompensation experimentell Daten bestimmt und diese in einem Speicher abspeichert, ist es erforderlich, daß der Kurbelwinkelsensor an einer vorbestimmten Stelle wiederholbar genau montiert werden muß, wobei sich aber herstellungsbedingte Abweichungen im Hinblick auf die Sensoren nicht ausgleichen lassen. In dem Diagramm in Fig. 1 sind Daten gezeigt, die man experimentell unter Berücksichtigung einer Detektionsverzögerung (Winkelabweichung) bei einem Kurbelwinkelsensor erhält. Hieraus ist zu ersehen, daß die Detektionswinkelabweichung mit zunehmender Brennkraftmaschinengeschwindigkeit größer wird, wobei die größer werdende Abweichung sich im wesentlichen linear zu der Zunahme der Geschwindigkeit bzw. der Drehzahl verhält. Wenn keine Verbrennung in der Brennkraftmaschine auftritt, tritt der Zylindermaximaldruck am oberen Totpunkt (TDC) des Kolbens auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Detektieren einer einem Zylindermaximaldruck bei einer Verbrennung zugeordneten Winkellage einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, welche eine genaue Detektion der dem Zylindermaximaldruck zugeordneten Winkellage der Kurbelwelle mit Hilfe einer Korrektur durch die Erfassung der tatsächlichen oberen Totpunktstellung ermöglicht.

Nach der Erfindung wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung zum Detektieren einer einem Zylindermaximaldruck bei einer Verbrennung zugeordneten Winkellage einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1 in Verbindung mit den Merkmalen seines Kennzeichens gelöst.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird die tatsächliche Bezugswinkellage der Kurbelwelle detektiert, wozu ein Fehlerwert zwischen der tatsächlichen Winkellage und der Bezugswinkellage ermittelt wird, die mit Hilfe des Sensors für die Kurbelwellenwinkellage bestimmt ist. Mit Hilfe dieses Korrekturwerts wird die dem Zylindermaximaldruck zugeordnete Winkellage der Kurbelwelle in entsprechender Weise korrigiert. Hierdurch können zuverlässig und genau Fehler bzw. Abweichungen kompensiert und ausgeglichen werden, die sich beispielsweise infolge von Herstellungstoleranzen bei den Sensoren ergeben, oder die ihre Ursache darin haben, daß die Sensoren an verschiedenen Stellen angeordnet sind. Selbst wenn sich im Laufe des Betriebs der Brennkraftmaschine die Lage der Sensoren verändert, kann diese Veränderung ausgeglichen werden. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung erfolgt somit eine ständige Korrektur oder Nachführung der Ausgangssignale der Sensoren unter Berücksichtigung einer tatsächlichen Bezugswinkellage der Kurbelwelle, so daß sich die dem Zylindermaximaldruck zugeordnete Kurbelwellenwinkellage äußerst genau bestimmen läßt, um gegebenenfalls nachgeschaltete Steuereinrichtungen mit präzisen Kenngrößen zu versorgen.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

In der nachstehenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Diagramm mit Daten, die man aufgrund von Versuchen im Hinblick auf die Detektionsverzögerung (Abweichungswinkel) eines Kurbelwinkelsensors erhält,

Fig. 2 ein Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Detektieren einer einem Zylindermaximaldruck zugeordneten Winkellage einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine,

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,

Fig. 6 ein Diagramm zur Erläuterung der Ermittlungsmaßnahmen und

Fig. 7 ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung zu in bezug auf Fig. 6 alternativen Ermittlungsmaßnahmen.

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 beaufschlagen Ladungs-Spannungswandler oder Hochimpedanzschaltun­ gen (nicht gezeigt) und dann eine Steuereinheit 14, die Tiefpaßfilter 16 aufweist. Die Grenzfrequenz 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 Schwellenwerthalteschaltung 22, einem Komparator 24 und einem Impulsrückflankendetektor 26 gebildet wird. Der Ausgang vom Multiplexer 18 wird zuerst in die Schwellenwerthalteschaltung 22 eingegeben, die den Schwellenwertausgang 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 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, dem eine Spannungsquelle 24 b zugeordnet ist, die mit dem Ausgangsanschluß des Operationsverstärkers 24 a 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 zwischen 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 Klopfen auftritt und eine Hochfrequenzkomponente der Wellenform überlagert ist, erzeugt er Signale zu jedem Zeitpunkt, zu dem der Ausgang des Drucksensors (Multiplexers) den Spitzenwerthalteausgang über­ schreitet, so daß bei Anwesenheit von Klopfen 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 Impulse 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 Schwellenwerthalteschaltung 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 Schwellenwerthalte­ 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. Auch werden TDC-Signale einmal pro jeweils einer Drehung um 180 Grad der Kur­ belwelle zu dem Zeitpunkt, wenn die zugeordneten Kolben TDC erreichen, erzeugt. 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 Schaltung (nicht gezeigt) geformt und dann 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 Schwellen­ 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 verbrennungsfreien 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 R T-LAG- Daten selbst dann nicht verloren gehen, nachdem die Brennkraft­ maschine abgeschaltet ist und der Mikroprozessor 30 zu arbeiten aufhört.

Die Arbeitsweise der Vorrichtung wird 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 Verbrennung 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 tatsächlichen 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 verbrennungsfreien 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 verbrennungsfreien 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 tatsächlichen Brennkraftmaschinendrehzahl Ne wiedergewonnen wird. Da in anderen Worten nicht angenommen werden kann, daß verbrennungsfreie Hübe über den gesamten Bereich der Brennkraftmaschinendrehzahl auftreten, wird bei dieser Ausbildungsform der Vorrichtung 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 angenommen 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 ob ein Abweichungswinkel R T-LAG für die tatsächliche 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 tatsächliche 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 tatsächlichen Maximaldruck­ winkel R _pmax -ACT zu erhalten. Wenn ein Abweichungswinkel R T-ACT entsprechend der betreffenden Drehzahl bereits im Spei­ cher enthalten ist, so wird dieser ausgelesen und zur Ermitt­ lung des tatsächlichen 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.

Ein zweiter Arbeitsablauf der Vorrichtung 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 verbrennungsfreies 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 se Ermittlung 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 verbrennungsfreies 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.

Zusammenfassend bewirkt die Vorrichtung im wesentlichen folgende Maßnahmen: Ein Kurbelwinkelsensor detektiert eine Kolbenbezugsposition, wie den oberen Totpunkt (TDC). 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 Arbeiten ohne Verbrennung der Brennkraftmaschine wird detektiert und die Position, an der der durch Motorantrieb bewirkte Druck während des verbrennungsfreien Arbeitens maximal wird, gilt als der tatsächliche obere Totpunkt. Der tatsächliche 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 (7)

1. Vorrichtung zum Detektieren einer einem Zylindermaximaldruck bei einer Verbrennung zugeordneten Winkellage einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine mit

• - einem Winkelsensor (32) zum Detektieren wenigstens einer Bezugswinkellage der Kurbelwelle bezüglich eines Kolbens der Brennkraftmaschine (10),
• - einem Drucksensor (12) zum Detektieren eines Drucks in einem Zylinder der Brennkraftmaschine (10),
• - einer ersten Einrichtung, welche ein Ausgangssignal des Drucksensors (12) zur Bestimmung eines Maximalwerts des Zylinderdrucks erhält, und mit
• - einer zweiten Einrichtung, welche Ausgangssignale der ersten Einrichtung und des Sensors (32) für die Kurbelwellenwinkellage zur Bestimmung der dem Zylindermaximaldruck zugeordneten Kurbelwellenwinkellage (R _pmax ) erhält und welche das Intervall (T _pmax) zwischen der Bezugswinkellage der Kurbelwelle und einer Kurbelwellenwinkellage mißt, an der der Zylindermaximaldruck auftritt,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - eine dritte Einrichtung zum Detektieren einer tatsächlichen Bezugswinkellage der Kurbelwelle aufgrund des Zylindermaximaldrucks im verbrennungsfreien Betrieb vorgesehen ist, und
• - die zweite Einrichtung bei Erhalt eines Ausgangssignals von der dritten Einrichtung einen Fehlerwert ( R T-LAG) zwischen der tatsächlichen Winkellage und der durch den Sensor (32) für die Kurbelwellenwinkellage bestimmten Bezugswinkellage ermittelt und die so bestimmte, dem Zylindermaximaldruck bei der Verbrennung zugeordnete Kurbelwellenwinkellage ( R _pmax ) mit dem Fehlerwert ( R T-LAG) korrigiert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugswinkellage der Kurbelwelle der oberen Kolbentotpunktstellung entspricht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung das gemessene Intervall (T _pmax) mit einem vorbestimmten Wert vergleicht, und wenn das gemessene Intervall kleiner als der vorbestimmte Wert ist, bestimmt, daß keine Verbrennung auftritt, so daß die tatsächliche Bezugswinkellage der Kurbelwelle detektiert ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung den Fehlerwert ( R T-LAG) bezüglich einer Brennkraftmaschinendrehzahl bestimmt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung den Fehlerwert ( R T-LAG) als eine Abweichung (delta R T) von einem Bezugsfehlerwert ( R T-MAP) ermittelt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung den Fehlerwert ( R T-LAG) als eine Abweichung (delta R T) von einem Bezugswert ( R T-MAP) ermittelt, der bezüglich der Brennkraftmaschinendrehzahl bestimmt ist, und wenn sich ergibt, daß kein Fehlerwert ( R T-LAG) bei der laufenden detektierten Brennkraftmaschinendrehzahl erhalten wird, die dritte Einrichtung den Fehlerwert ( R T-LAG) dadurch bildet, daß sie die Abweichung (delta R) zu dem Bezugsfehlerwert ( R T-MAP) addiert.