DE3742675A1 - Kurbelwinkel-abtastsystem fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Kurbelwinkel-abtastsystem fuer eine brennkraftmaschine

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Description

Die Erfindung betrifft ein Kurbelwinkel-Abtastsystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für Fahrzeuge. Der gemessene oder abgetastete Kurbelwinkel wird verwendet, um die Zeitpunkte der Brennstoffeinspritzung und der Zündung der Brennkraftma­ schine zu steuern.
Bislang sind verschiedene Verfahren zur Abtastung des Kurbel­ winkels angegeben und verwendet worden. In der JP-OS 55-66 620 ist ein System angegeben, bei dem eine Kurbelwelle mit einer Riemenscheibe versehen ist, die V-förmige Aussparungen an ihrem Umfang hat. Der Kurbelwinkel wird bestimmt, indem man die Position der Aussparung abtastet. Weiterhin wird gemäß einem anderen Verfahren ein System zur Abtastung des Kur­ belwinkels verwendet, der von der Position einer Nocken­ welle abhängt.
Im Falle einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine kann jedoch das zuerst genannte System den Kurbelwinkel nicht für jeden Zylinder unterscheiden. Bei einem Ausführungsbeispiel des zweiten Systems wird der Kurbelwinkel mit einer Rotorplatte mit Schlitzen abgetastet. Die Rotorplatte ist in einem Ver­ teiler vorgesehen oder an der Nockenwelle befestigt, und ein optisches Abtastsystem, das eine lichtemittierende Diode und eine Fotodiode aufweist, ist vorgesehen, um die Position des Schlitzes abzutasten. Ein solches System bringt hohe Herstellungskosten mit sich. Außerdem kann ein Steuerriemen zum Antrieb der Kurbelwelle vibrieren oder im Laufe der Zeit schlechter werden, sich ausdehnen oder durch thermische Einflüsse im Betrieb zusammenziehen. Dem­ entsprechend ist es schwierig, den Kurbelwinkel genau zu messen.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Kurbelwinkel-Ab­ tastsystem für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für Kraftfahrzeuge anzugeben, das in der Lage ist, den Kurbel­ winkel genau zu messen und den Kurbelwinkel für jeden Zy­ linder der Brennkraftmaschine zu unterscheiden.
Gemäß der Erfindung wird ein Kurbelwinkel-Abtastsystem für eine Brennkraftmaschine mit einer Vielzahl von Zylindern angegeben, die folgendes aufweist: Einen ersten Impulsge­ nerator zur Erzeugung von ersten Signalen, die Zeitpunkte für die jeweiligen oberen Totpunkte der Zylinder enthalten; einen zweiten Generator zur Erzeugung von zweiten Signalen, die jeweils eine vorgegebene Anzahl von Impulsen enthalten, welche einen bestimmten Zylinder bezeichnen; eine erste Einrichtung, die auf die zweiten Signal anspricht, um die Anzahl von Impulsen für jedes der zweiten Signale zu be­ stimmen und um ein Zylinderbestimmungssignal zu erzeugen; und eine zweite Einrichtung, die auf das erste Signal nach dem Zylinderbestimmungssignal anspricht, um ein Kurbelwin­ kelsignal zu erzeugen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung weist der erste Impulsge­ nerator eine Impulsgeneratorscheibe, die an einer Kurbel­ welle der Brennkraftmaschine befestigt ist und Aussparungen hat, die jeweils einem oberen Totpunkt der Verdichtung des Zylinders entsprechen, und einen ersten magnetischen Auf­ nehmer auf, um ein Ausgangssignal in Abhängigkeit von der Aussparung zu erzeugen. Der zweite Impulsgenerator weist ein drehbares Teil, das an einer Nockenwelle der Brenn­ kraftmaschine befestigt ist und Zahnbereiche mit Vorsprün­ gen hat, die an den jeweiligen Zylindern entsprechenden Positionen vorgesehen sind, wobei die Anzahl der Vorsprünge in jedem Zahnbereich so vorgegeben ist, daß sie einen ent­ sprechenden Zylinder repräsentiert, sowie einen zweiten magnetischen Aufnehmer auf, um ein Ausgangssignal in Ab­ hängigkeit von dem Vorsprung zu erzeugen.
Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausfüh­ rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert. Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 eine Seitenansicht zur Erläuterung eines Tei­ les einer Kurbelwelle;
Fig. 2 eine Vorderansicht der Kurbelwelle;
Fig. 3 eine Schnittansicht zur Erläuterung eines Tei­ les einer Nockenwelle;
Fig. 4 eine Vorderansicht einer Nockenwellenscheibe, die an der Nockenwelle montiert ist;
Fig. 5 Wellenformen zur Erläuterung des Zusammenhan­ ges zwischen einem Kurbelsignal und einem Nockensignal;
Fig. 6 ein Blockdiagramm einer Steuerung, die bei ei­ nem System gemäß der Erfindung verwendet wird;
Fig. 7a und 7b Flußdiagramme zur Erläuterung der Wirkungswei­ se der Steuerung; und in
Fig. 8 eine Logikschaltung zur Erläuterung einer an­ deren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems.
Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, ist eine Kurbelwelle 1 drehbar in einem Kurbelgehäuse 7 montiert und hat eine Im­ pulsgeneratorscheibe 2, die an ihrer Rückseite befestigt ist. Die Impulsgeneratorscheibe 2 hat eine Vielzahl von Aus­ sparungen, im Falle einer Vierzylinder-Brennkraftmaschine beispielsweise vier Aussparungen 21, 22, 23 und 24, die an ihrem Außenumfang in gleichen Winkelabständen von 90° aus­ gebildet sind. Die Aussparungen 21, 22, 23 und 24 reprä­ sentieren die oberen Totpunkte der Verdichtung der Zylinder Nr. 1 bis Nr. 4. Ein erster magnetischer Aufnehmer 4 ist am Kurbelgehäuse 7 in der Nähe der Impulsgeneratorscheibe 2 montiert, um die Aussparungen abzutasten.
Wie aus Fig. 3 und 4 ersichtlich, ist eine Nockenwellenrie­ menscheibe 3, die an einer Nockenwelle 8 befestigt ist, mit einer nicht dargestellten Kurbelwellenriemenscheibe der Kurbelwelle 1 über einen Zahnriemen oder Steuerriemen 6 verbunden. Die Nockenwellenscheibe 3 dreht sich einmal, wenn sich die Impulsgeneratorscheibe 2 zweimal dreht. Die Nockenwellenscheibe 3 ist mit Zahnbereichen 31, 32, 33 und 34 versehen, die an ihrer einen Seite ausgebildet sind. Wie in Fig. 4 dargestellt, hat der Zahnbereich 31 einen Vor­ sprung, der Zahnbereich 32 hat zwei Vorsprünge, der Zahnbe­ reich 33 hat drei Vorsprünge, und der Zahnbereich 34 hat vier Vorsprünge. Somit repräsentieren die Zahnbereiche 31 bis 34 jeweils die Zylinder Nr. 1 bis Nr. 4. Die Zahnbe­ reiche 31 bis 34 sind in regelmäßigen Winkelabständen auf der Seite der Nockenwellenscheibe 3 angeordnet und ent­ sprechend der Zündfolge der Brennkraftmaschine positioniert. Ein zweiter magnetischer Aufnehmer 5 ist in der Nähe der Seite der Nockenwellenscheibe 3 vorgesehen, um die Zahnbe­ reiche abzutasten.
Wenn sich die Impulsgeneratorscheibe 2 dreht, tastet der erste magnetische Aufnehmer 4 die Positionen der Aussparun­ gen 21 bis 24 ab und erzeugt Kurbelsignale M 1 in Form von Impulsen, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Wenn die Nocken­ wellenscheibe 3 von der Kurbelwelle 1 über den Steuerriemen 6 gedreht wird, tastet der zweite magnetische Aufnehmer 5 die Zahnbereiche 31 bis 34 ab, um Nockensignale M 2 in Form von Impulsen zu erzeugen.
Die Nummer des Zylinders und ein oberer Totpunkt des ent­ sprechenden Zylinders werden durch die Kombination des Kurbelsignales M 1 und des Nockensignales M 2 unterschieden. Das bedeutet, ein Kurbelwinkelsignal m 1 nach dem Ein-Impuls- Signal des Nockensignales M 2 repräsentiert den oberen Tot­ punkt des Zylinders Nr. 1; ein Kurbelwinkelsignal m 3 nach dem Drei-Impuls-Signal repräsentiert einen oberen Totpunkt des Zylinders Nr. 3. In gleicher Weise repräsentiert ein Kurbelwinkelsignal m 2 den Zylinder Nr. 2, während ein Kur­ belwinkelsignal m 4 den Zylinder Nr. 4 repräsentiert.
Wie in Fig. 6 dargestellt, ist eine Steuerung 10 vorgesehen, um die Zeitpunkte der Brennstoffeinspritzung und der Zün­ dung zu steuern. Die Steuerung 10 weist eine CPU oder Zen­ traleinheit 12 auf, die mit einem ROM und einem RAM ausge­ rüstet ist. Das Kurbelsignal M 1 des ersten magnetischen Auf­ nehmers 4 und das Nockensignal M 2 des zweiten magnetischen Aufnehmers 5 werden an eine Schnittstelle 19 angelegt, und ein Ausgangssignal von dieser Schnittstelle 19 wird an die Zentraleinheit 12 angelegt, um den Zeitpunkt des oberen Totpunktes bei der Verdichtung des jeweiligen Zylinders zu bestimmen.
Das System umfaßt ferner ein Luftdurchsatzmeßgerät 14 zur Messung des Luftdurchsatzes, der durch das Ansaugrohr der Brennkraftmaschine strömt, einen O2-Meßfühler 16 zur Messung der Sauerstoffkonzentration in den Abgasen, sowie einen Mo­ tordrehzahlmeßfühler 18. Die Signale des Luftdurchsatzmeß­ gerätes 14, des O2-Meßfühlers 18 und des Motordrehzahlmeß­ fühlers 18 werden über einen Analog/Digital-Wandler 15 an die Zentraleinheit 12 angelegt. Die Zentraleinheit 12 be­ rechnet die Brennstoffeinspritz-Impulsbreite und den Brenn­ stoffeinspritz-Zeitpunkt, die den Zylindern in Abhängigkeit von Eingangssignalen zugeführt werden, welche von den Be­ triebsbedingungen der Brennkraftmaschine abhängen, und er­ zeugt ein Steuersignal, das über einen Treiber 13 an Brenn­ stoff-Einspritzdüsen 20 a bis 20 d angelegt wird.
Außerdem wird der Zündzeitpunkt berechnet, und zwar auf der Basis des Kurbelsignales M 1 und des Nockensignales M 2, und ein Zeitsteuerungssignal wird einer Zündzeitpunktsteuerung 17 von der Zentraleinheit 12 eingegeben. Die Zündzeitpunkt­ steuerung 17 erzeugt ein Signal in Abhängigkeit von dem Zeitsteuerungssignal der Zentraleinheit 12, um die Zünd­ spulen der Zündkerzen 21 a bis 21 d für die Zylinder Nr. 1 bis Nr. 4 zu erregen.
Die Wirkungsweise der Steuerung wird nachstehend unter Be­ zugnahme auf das Flußdiagramm in Fig. 7a und 7b näher er­ läutert.
Wenn die Stromversorgung der Zentraleinheit 12 eingeschaltet wird, so werden die Anschlüsse und Register bei einem Schritt S 1 initialisiert. Somit beginnt der Betrieb der Zeitsteuerungssignalverarbeitung gemäß der Erfindung. Bei einem Schritt S 2 wird festgestellt, ob ein Eingangssignal ein Kurbelsignal M 1 vom ersten magnetischen Aufnehmer 4 ist oder nicht. Wenn das Kurbelsignal M 1 festgestellt wird, geht das Programm zu einem Schritt S 3 weiter, wo festge­ stellt wird, ob ein Flag F vorhanden ist oder nicht. Wenn kein Flag gesetzt ist, wird beim Schritt S 4 ein Flag F ge­ setzt, und das Programm kehrt zum Schritt S 2 zurück.
Wenn das nächste Signal ebenfalls ein Kurbelsignal M 1 ist, kehrt das Programm von einem Schritt S 20 zurück. Wenn das nächste Signal kein Kurbelsignal M 1 ist, geht das Programm zu einem Schritt S 5 weiter. Wenn beim Schritt S 5 fesgestellt wird, daß das Eingangssignal das Nockensignal M 2 von dem zweiten magnetischen Aufnehmer 5 ist, geht das Programm zu einem Schritt S 6 weiter, wo ein nicht dargestellter Nocken­ signalzähler, der in dem System vorgesehen ist, um Eins weiterzählt. Dann kehrt das Programm zum Schritt S 2 zurück, um ein weiteres Eingangssignal abzutasten. Somit werden die Operationen der Schritte S 2, S 5 und S 6 zum Zählen der An­ zahl von Impulsen des Nockensignales M 2 durch den Nocken­ signalzähler wiederholt, um die Zylinder zu unterscheiden und auseinanderzuhalten.
Es wird festgestellt, daß das Kurbelsignal M 1 eines der Kurbelwinkelsignale m 1 bis m 4 ist, welche die oberen Tot­ punkte der entsprechenden Zylinder sind, und zwar beim Schritt S 20, wenn das Kurbelsignal M 1 eingegeben wird, nach­ dem das Nockensignal M 2 von dem Nockenzähler gezählt wurde, und der entsprechende Zylinder wird genau unterschieden.
Das Programm geht selektiv vom Schritt S 20 zu einem Schritt S 7 und S 10 oder den Schritten S 7, S 8, S 11, oder den Schrit­ ten S 7, S 8, S 9, S 12, oder den Schritten S 7, S 8, S 9 und S 13 weiter. Bei den Schritten S 7, S 8 und S 9 wird der Zähleraus­ gang des Zählers gelesen, um die Zylinder auseinanderzuhal­ ten und zu unterscheiden. Bei den Schritten S 10 bis S 13 wird ein Zündzeitpunktsteuersignal für die entsprechenden Zylinder erzeugt. Wenn beispielsweise festgestellt wird, daß die Zählung beim Schritt S 8 bei Zwei liegt, geht das Programm zum Schritt S 11 weiter, wo ein Zündsignal für den Zylinder Nr. 2 erzeugt wird.
Es war nämlich das Kurbelwinkelsignal des entsprechenden Zylinders eingegeben, und das Zündsignal für den entspre­ chenden Zylinder wird erzeugt.
Das Flag F wird beim Schritt S 14 zurückgesetzt, und der Nockensignalzähler wird bei einem Schritt S 15 zurückgesetzt. Die geeignete Brennstoffeinspritz-Impulsbreite wird bei ei­ nem Schritt S 16 berechnet. Ein Brennstoffeinspritz-Impuls­ breitensignal, das von der berechneten Breite abhängt, wird bei einem Schritt S 17 erzeugt. Das Programm kehrt dann zum Schritt S 2 zurück, wobei die Schritte S 2 bis S 17 des Programmes wiederholt werden.
Fig. 8 zeigt eine andere Ausführungsform der Steuerung ge­ mäß der Erfindung, bei der eine Logikschaltung verwendet wird. Eine Steuerung 22 weist ein T-Flip-Flop C 1, einen Zwei-Bit-Zähler C 2 und einen Dekodierer D 1 auf, der AND- Gatter AND 1 bis AND 4 enthält, die den Zylindern Nr. 1 bis Nr. 4 entsprechen. Das T-Flip-Flop C 1 wird mit dem Kurbel­ signal M 1 versorgt, und der Zähler C 2 wird mit dem Nocken­ signal M 2 versorgt. Wenn das Kurbelsignal M 1 an das T-Flip- Flop C 1 angelegt wird, erzeugt das T-Flip-Flop C 1 ein Sig­ nal an seinem Ausgang Q, das an einen Rücksetz-Anschluß des Zwei-Bit-Zählers C 2 angelegt wird. Der Zähler C 2 wird zurückgesetzt, um das Nockensignal M 2 zu zählen, wenn das Nockensignal M 2 angelegt wird, zählt der Zähler C 2 die An­ zahl von Impulsen. Der Zähler C 2 erzeugt Ausgangssignale an den Ausgängen 2 0 und 2 1, und die Ausgangssignale werden an den Dekodierer D 1 angelegt. Ein Ausgang am Anschluß Q des T-Flip-Flops C 1 wird an den Dekodierer D 1 angelegt. So­ mit erzeugen die AND-Gatter AND 1 bis AND 4 Ausgangssignale an vorgegebenen Zeitpunkten für die jeweiligen entsprechen­ den Zylinder. Da bei dem vorstehend beschriebenen System gemäß der Erfin­ dung die Zeitsteuerung, also das Kurbelwinkelsignal, durch die Kombination des Kurbelsignales und des Nockensignales abgetastet wird, kann eine genaue Abtastung erfolgen, wobei eine genaue Unterscheidung der Zylinder erreicht wird.

Claims (5)

1. Kurbelwinkel-Abtastsystem für eine Brennkraftmaschine, die eine Vielzahl von Zylindern aufweist, gekennzeichnet durch
  • - einen ersten Impulsgenerator (1, 2, 4, 21-24), um erste Sig­ nale (M 1) zu erzeugen, die Zeitpunkte für die jeweiligen oberen Totpunkte der Zylinder enthalten;
  • - einen zweiten Impulsgenerator (3, 5, 8, 31-34), um zweite Signale (M 2) zu erzeugen, die jeweils eine vorgegebene An­ zahl von Impulsen enthalten, welche einen bestimmten Zylin­ der bezeichnen;
  • - eine erste Einrichtung, die auf die zweiten Signale (M 2) anspricht, um die Anzahl von Impulsen von jedem der zweiten Signale (M 2) zu bestimmen und um ein Zylinderbestim­ mungssignal zu erzeugen; und
  • - eine zweite Einrichtung, die auf das erste Signal (M 1) und das Zylinderbestimmungssignal anspricht, um ein Kurbelwinkelsignal zu erzeugen.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß der erste Impulsgenerator (1, 2, 4, 21-24) eine Im­ pulsgeneratorscheibe (2), die an der Kurbelwelle (1) der Brennkraftmaschine befestigt ist und Aussparungen (21-24) hat, die jeweils einem oberen Totpunkt der Verdichtung der Zylinder entsprechen, sowie einen ersten magnetischen Aufnehmer (4) aufweist, um ein Ausgangssignal in Abhängig­ keit von den Aussparungen (21-24) zu erzeugen.
3. System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Impulsgenerator (3, 5, 8, 31-34) ein dreh­ bares Teil (3), das an der Nockenwelle (8) der Brennkraft­ maschine befestigt ist und Zahnbereiche (31-34) hat, die Vorsprünge an den den jeweiligen Zylindern entsprechenden Positionen besitzen, wobei die Anzahl der Vorsprünge in dem jeweiligen Zahnbereich (31-34) so gewählt ist, daß sie einen entsprechenden Zylinder repräsentiert, sowie einen zweiten magnetischen Aufnehmer (5) aufweist, um in Abhängigkeit von den Vorsprüngen ein Ausgangssignal zu erzeugen.
4. System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Teil (3) eine Nockenwellenriemenscheibe (3) ist, die an der Nockenwelle (8) befestigt ist.
5. System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Einrichtung das Kurbelwinkelsignal in Ab­ hängigkeit von dem ersten Signal (M 1) nach dem Zylinder­ bestimmungssignal erzeugt.
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