DE3828735A1 - Vorrichtung zum ueberwachen des zuendzeitpunkts in einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überwachen des Zündzeitpunkts in einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Herkömmliche Vorrichtungen zum Überwachen des Zünd­ zeitpunkts verwenden Kurbelwinkelsignale gleicher Teilung, wobei die Genauigkeit der Erfassung einer Bezugsposition durch Zählen der Winkelsignale mit Standardwinkelsignalen als Bezugsgröße verbessert wird, wodurch die Anzahl der Pulse steigt, wie beispielsweise in der JP-OS 36 961/1979 ausgeführt ist. Gemäß den JP-OS 1 83 304/1984 und 61 617/1985 werden zu diesem Zweck spezielle Pulspositionen besonders nah beeinander vorgeschlagen. Die JP-OS 47 877/1985 beschreibt das Weglassen einer bestimmten Pulsposition.

Gemäß der zuerst genannten JP-OS 36 961/1979 ist es jedoch dann, wenn die Anzahl der Pulse erhöht wird, nötig, Maßnahmen zur Verhinderung von Fehl­ zündungen zu ergreifen, wodurch die Genauigkeitsver­ besserung gegenüber der durch die Erhöhung der Anzahl der Pulse erwarteten zurückbleibt. Darüber hinaus erhöht die Hardware zum Verarbeiten dieser Pulse die Kosten. Werden die Pulse mittels Software verarbeitet, um den Kostenanstieg zu vermeiden, wird der organisatorische Aufwand groß, wodurch die Flexibilität der Hauptsteuerung sinkt.

Die anderen genannten Schriften (JP-OS 1 83 304/1984, 61 617/1985 und 47 877/1985) lehren lediglich die Verwendung von Mitteln zur Zylinderbestimmung und leisten keinen Beitrag zur Verbesserung der Genauig­ keit der Zündüberwachung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche in der Lage ist, den Zündzeitpunkt in der Maschine mit hoher Genauigkeit zu überwachen, ohne daß die Software oder die Hardware der Vorrichtung mehr leisten müßte.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind in den Unteransprüchen unter Schutz gestellt.

Die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist wie folgt: Erfassen des Passierens der ersten Marken mittels des ersten (Kurbelwinkel-) Sensors, der entsprechende Pulse erzeugt; mittels der Nocken­ pulssignale gleicher Teilung (beispielsweise 90°), welche von dem zweiten (Nockenwinkel-) Sensor erfaßt werden, feststellen, ob ein großer Winkel (beispiels­ weise 110°) zwischen den ersten Marken liegt; Berechnen der Kreisperiode T₁₁₀ in dem Intervall des Kurbel­ winkels von 110° aus der Differenz zwischen den Zeitpunkten der beiden den großen Winkel anzeigenden Kurbelpulse; Festlegen des Zündzeitpunkts T _SPK auf der Grundlage des zuvor entsprechend der Maschinen­ drehzahl, dem Druck in dem Ansaugstutzen und anderen Variablen berechneten Zündwinkels und der Kreisperiode T₁₁₀; und Setzen des Zündwinkels ANG _SPK in einen Zeitgeber, der ein Zündsignal an die Steuerschaltung gibt, wenn der Zündzeitpunkt erreicht ist.

Nachstehend ist die Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung mit weiteren Einzelheiten näher erläutert.

Dabei zeigt:

Fig. 1 eine Kombination einer schematischen perspektivischen Ansicht, eines Block­ schaltbilds und eines Schaltplans, die die gesamte Organisation eines Ausführungs­ beispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung wiedergibt;

Fig. 2 ein Blockschaltbild der elektrischen Elemente und ihrer Einbeziehung in das Gesamtsystem;

Fig. 3 eine Darstellung der Erfassungspositionen von Kurbelwinkeln;

Fig. 4 den zeitlichen Verlauf von Kurbelpulsen und Nockenpulsen;

Fig. 5 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Erkennen von Kurbelpulsen; und

Fig. 6 ein Flußdiagramm des Verfahrens zum Ermitteln des Zündzeitpunkts.

Zunächst wird Bezug genommen auf Fig. 1, welche den gesammten Aufbau eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zeigt, wobei die Vorrichtung ein erstes drehendes Teil mit einer Kurbelwellenscheibe 2 umfaßt, die koaxial an der Kurbelwelle 1 einer Maschine befestigt ist, um die Kurbelwellenposition erfassen zu können. Um die Kurbelwellenscheibe 2 herum sind vier Ansätze 2 a, 2 b, 2 c, 2 d vorgesehen, welche als erfaßbare Marken zum Erzeugen von Pulsen an bestimmten Winkel­ positionen α und β des Kurbelwinkels dienen. Ein Kurbelwinkelsensor 3 zum Erfassen dieser Ansätze, wenn sie vorbeikommen, und zum Erzeugen entsprechender Pulssignale ist dem äußeren Umfang der Kurbelwellen­ platte 2 gegenüber angeordnet.

Unabhängig davon ist ein zweites drehendes Teil mit einer Nockenwellenscheibe 5 zum Erfassen der Winkelposition der Nockenwelle koaxial an der Nocken­ welle 4 angebracht, wobei die Nockenwelle sich einmal pro zwei Umdrehungen der Kurbelwelle dreht. Am Umfang der Nockenwellenscheibe 5 sind vier Ansätze 5 a, 5 b, 5 c und 5 d mit einem gegenseitigen Winkelab­ stand von 90° angeordnet, welche zur Erzeugung von Pulsen an bestimmten Nockenwinkelpositionen dienen. Die vier Ansätze 5 a, 5 b, 5 c und 5 d dienen als erfaßbare Marken dazu, die genannten Kurbelwinkel­ pulse in zwei Arten, Pulse A und Pulse B, einzuteilen. Ein Nockenwinkelsensor 6 ist gegenüber dem äußeren Umfang der Nockenwellenscheibe 5 angeordnet. Ein Zylindererkennungsansatz (hier nicht gezeigt) ist auf der Nockenwellenscheibe 5 angeordnet.

Die von den genannten Sensoren 3 und 6 abgegebenen Erfassungspulssignale werden zusammen mit einem Erfassungssignal von einem Drucksensor 7 zum Erfassen des Drucks in dem Ansaugstutzen als Eingangssignal in eine Überwachungseinheit 10 eingegeben, welche einen Mikrocomputer für die Überwachung des Zündzeit­ punkts umfaßt. Die Überwachungseinheit 10 umfaßt im wesentlichen eine Eingangs/Ausgangs-Schnittstelle 10 a, eine CPU 10 b, einen Lesespeicher 10 c, in dem Überwachungsprogramme und dergleichen abgelegt sind, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff 10 d zum zeitweiligen Ablegen von Daten usw. und ermittelt entsprechend bestimmten Programmen den Zündzeitpunkt. Die resultierenden Zündsignale werden an eine Steuer­ schaltung 11 mit Leistungstransistoren und dgl. gegeben, um die Steuerschaltung von EIN auf AUS zu schalten, wodurch mittels einer Zündspule 12 und einem Verteiler 13 eine Zündspannung nacheinander an Zündkerzen 14 einzelner Zylinder gegeben wird.

Wie in den Fig. 1 und 3 gezeigt, sind die vier um die Kurbelwellenscheibe 2 herum angeordneten Ansätze 2 a, 2 b, 2 c und 2 d in zwei Arten A (2 a und 2 c) und B (2 b und 2 d) eingeteilt. Der Ansatz 2 a liegt 10° vor dem oberen Totpunkt (o. T.); der Ansatz 2 b liegt um einen Kurbelwinkel α = 110° von der Position des Ansatzes 2 a entfernt; der Ansatz 2 c ist um einen weiteren Kurbelwinkel β = 70° von dem Ansatz 2 b entfernt angebracht; der Ansatz 2 d liegt weitere 110° ( α) von 2 c entfernt. Die beiden Arten von Ansätzen A und B sind folgendermaßen voneinander unterscheidbar. Da der Nockenwinkelsensor 6 zum Erfassen der Ansätze 5 a bis 5 d auf der Nocken­ wellenscheibe 5 so angeordnet ist, daß er Pulssignale in Intervallen entsprechend einem großen Kurbelwinkel von α = 110° (Fig. 4) erzeugt, liegen die Pulssignale des Nockenwinkelsensors 6 in dem mit der gestrichelten Linie in Fig. 3 bezeichneten Bereich und können so erkannt werden.

Fig. 2 zeigt den Aufbau der genannten Überwachungs­ einheit 10. Die genannten Pulssignale von dem Kurbel- und Nockenwellensensoren 3 und 6 werden Kurbelpuls­ erkennungsmitteln 20 der Überwachungseinheit 10 zugeführt. Die Kurbelpulserkennungsmittel 20 ent­ scheiden auf der Grundlage eines Pulssignals von dem Kurbelwinkelsensor 6, ob das Pulssignal von dem Kurbelwinkelsensor 3 ein A- (2 a, 2 c) oder ein B-Signal (2 b, 2 d) ist, und geben ihr Ausgangssignal an Kreisperiodenberechnungsmittel 21 und an einen Zeitgeber 26. Die Kreisperiodenberechnungsmittel 21 ermitteln aus der Differenz zwischen dem Zeitpunkt der Erkennung eines A-Ansatzes und dem unmittelbar folgenden B-Ansatz eine Kreisperiode T₁₁₀, d. h. Daten betreffend die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 1. Diese Daten über die Winkelgeschwindigkeit T₁₁₀ werden Geschwindigkeitsberechnungsmitteln 22 für die Maschine (tachometrisch) zugeführt, welche die Drehzahl Ne der Maschine berechnen.

Unabhängig davon wird das Drucksignal für den Ansaug­ stutzen von dem Drucksensor 7 von Druckberechnungs­ mitteln 23 für den Ansaugstutzen empfangen, welche den Druck P in dem Ansaugstutzen entsprechend der Maschinenlast berechnen. Auf der Grundlage des Drucks P und der Drehzahl Ne der Maschine bestimmen Zündwinkelberechnungsmittel 24 den Zündwinkel ANG _SPK beispielsweise mittels einer Matrix und geben ein Ausgangssignal an Zündzeitpunktsberechnungsmittel 25.

Die Zündzeitpunktsberechungsmittel 25 ermitteln den Zündzeitpunkt T _SPK aus Gleichung (1), wobei der Zündwinkel ANG _SPK als Zeitspanne seit dem Zeit­ punkt eingeht, zu dem der Ansatz B (Bezugsposition) erfaßt wird, was der Kreisperiode T₁₁₀ entspricht, d. h. den Daten über die Kurbelgeschwindigkeit.

T _SPK = (ANG_SPK/110°) × T₁₁₀ (1)

Der so ermittelte Zündzeitpunkt T _SPK wird in den Zeitgeber 26 gesetzt, welcher auch das Ausgangssignal der Kurbelpulserkennungsmittel 20 empfängt und entsprechend dem Pulssignal B des Ansatzes B (2 b, 2 d), der von den Kurbelpulserkennungsmitteln 20 erkannt ist, zu zählen beginnt. Wird der so gesetzte Zünd­ zeitpunkt T _SPK erreicht, gibt der Zeitgeber 26 ein Zündzeitpunktsignal an die Steuerschaltung 11, wodurch deren Leistungstransistor ausgeschaltet wird und die Zündspannung an die Zündkerze 14 des jeweiligen Zylinders gegeben wird.

Durch diesen Steuervorgang nähert sich das Signal des Ansatzes B (2 b, 2 d), welcher die Standard- oder Bezugsposition anzeigt, dem tatsächlichen Zündwinkel an, wodurch die Genauigkeit des Zündzeitpunkts erhebliche verbessert wird. Dies gilt auch unter extremen Bedingungen, wie der Beschleunigung, wenn die Drehzahl der Maschine stark schwankt.

Das beschriebene Verfahren wird nachstehend unter Bezugsnahme auf die Flußdiagramme in den Fig. 5 und 6 näher erläutert. Zunächst sei auf Fig. 5 eingegangen, welche das Verfahren zur Erkennung des Kurbelpulses zeigt. Ein Kurbelpuls von dem Kurbelwinkelsensor 3 und ein Nockenpuls von dem Nockenwinkelsensor 6 werden im Schritt S 100 eingegeben. In Schritt S 101 wird festgestellt, ob ein Nockenpuls zwischen dem vorhergehenden und dem momentanen Kurbelpuls eingegeben worden ist. Ist kein Nockenpuls eingegeben worden, so wird in Schritt 102 geschlossen, daß der momentane Kurbelpuls auf einen A-Ansatz zurückgeht, während in Schritt S 103 ein B-Ansatz (Bezugssignal) als Ursache angenommen wird, wenn ein Nockenpuls eingegeben worden ist.

Entsprechend dem Berechnungsvorgang für den Zündzeit­ punkt nach Fig. 6 werden ein Kurbelpuls und ein Nockenpuls zunächst in Schritt S 200 eingegeben. Daraufhin wird in Schritt S 201 entsprechend dem Verfahren gemäß dem Flußdiagramm nach Fig. 5 ein Kurbelpuls der A- oder B-Klasse erkannt. In Schritt S 202 wird die Kreisperiode T₁₁₀, welche eine Informa­ tion über die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle darstellt, aus der Differenz zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der Kurbelpuls A eingegeben wird, und dem Zeitpunkt berechnet, zu dem der nächste Kurbelpuls B eingegeben wird.

In dem darauf folgenden Schritt S 203 wird die Drehzahl Ne der Maschine aus der berechneten Kreisperiode T₁₁₀ ermittelt. Gleichzeitig wird der der Maschinenlast entsprechende Druck in dem Ansaugstutzen (oder die mittels eines Luftströmungsmessers gemessene Ansaugluftmenge) eingegeben. In Schritt S 204 wird der Zündwinkel ANG _SPK aus der Drehzahl Ne der Maschine und dem Druck P in dem Ansaugstutzen ermittelt. In Schritt S 205 wird der Zündzeitpunkt T _SPK aus der Gleichung (1) mit dem Zündwinkel ANG _SPK als Zeitspanne mit dem Kurbelpuls B, d. h. dem Referenz­ signal, ermittelt und in den Zeitgeber 26 gesetzt. Wie beschrieben beginnt daraufhin der Zeitgeber 26 entsprechend dem Kurbelpuls B zu zählen. Ist der Zündzeitpunkt T _SPK erreicht, gibt der Zähler ein Zündsignal ab. Da dieser Vorgang bei jeder halben Umdrehung der Kurbelwelle 1 wiederholt wird, werden die Zündkerzen 4 der entsprechenden Zylinder nacheinander gezündet.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Erfindung nicht auf die vorstehend beispielhaft angegebenen Details beschränkt ist. Beispielsweise können die erfaßbaren Marken nicht nur als Ansätze sondern auch als Schlitze in den Scheiben ausgeführt sein.

Wie anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert wird die Vorrichtung zum Überwachen des Zündzeitpunkts in einer Brennkraftmaschine erfindungsgemäß mit zwei Ansätzen A ausgeführt, welche symmetrisch an Positionen angeordnet sind, die 10° v. o. T. auf der Kurbelwellenscheibe liegen, wobei Ansätze B an Positionen 110° hinter den Ansätzen A vorgesehen sind und die Kreisperiode, welche ein Maß für die Kurbelwinkelgeschwindigkeit darstellt, aus der Differenz zwischen dem Zeitpunkt, zu dem der durch einen Nockenpuls erkannte Kurbelpuls A eingegeben wird, und dem Zeitpunkt, zu dem der nächste Kurbelpuls B eingegeben wird, berechnet wird, wobei weiter der Kurbelpuls B als Bezugsposition für die Berechnung des Zündzeitpunkts genommen wird.

Daher kann der Kurbelpuls B als Bezugsposition dem tatsächlichen Zündwinkel angenähert und die Genauigkeit des Zündzeitpunkts verbessert werden, ohne daß die Software oder die Hardware mehr belastet würde. Da der Winkel, innerhalb dessen der Nockenpuls eingegeben wird, vergrößert ist, ergeben sich vorteil­ hafte Merkmale. Die Variationsmöglichkeiten in der Auslegung der Software betreffend das Nockenpuls­ signal werden vergrößert.

Claims (3)

1. Vorrichtung zum Überwachen des Zündzeitpunkts in einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle, einer Nockenwelle und einer Zündspule, welche eine Zündspannung über einen Verteiler an Zündkerzen in den Zylindern abgibt, gekennzeich­ net durch
ein erstes drehendes Teil (2), das koaxial an der Kurbelwelle (1) befestigt ist und eine gerade Anzahl von ersten durch Pulse erfaßbaren Marken (2 a, 2 b, 2 c, 2 d) umfaßt, welche paarweise einander gegenüberliegend um das erste drehende Teil herum angeordnet sind, wobei mindestens zwei unterschiedliche bestimmte Winkel ( α, β ) zwischen je zwei benachbarten Marken (2 a, 2 b; 2 c, 2 d) auftreten;
ein zweites drehendes Teil (5), das koaxial an der Nockenwelle (4) befestigt ist und mehrere zweite durch Pulse erfaßbare Marken (5 a, 5 b, 5 c, 5 d) umfaßt, welche um das zweite drehende Teil herum in bestimmten Winkelpositionen angeordnet sind;
einen ersten Sensor (3), der am ersten drehenden Teil (2) beim Drehen gegenübersteht und die ersten Marken (2 a, 2 b, 2 c, 2 d) erfaßt, um so Kurbel­ winkel zu erfassen und entsprechende Kurbelpulse zu erzeugen;
einen zweiten Sensor (6), der dem zweiten drehenden Teil (5) beim Drehen gegenübersteht und die zweiten Marken (5 a, 5 b, 5 c, 5 d) erfaßt, um so Nocken­ winkel zu erfassen und entsprechende Nockenpulse zu erzeugen;
einen dritten Sensor (7), der den Druck in dem Ansaugstutzen der Brennkraftmaschine erfaßt und ein entsprechendes Drucksignal erzeugt; eine Überwachungseinheit (10), welche die Kurbel­ pulse, die Nockenpulse und das Drucksignal von den drei Sensoren (3, 6, 7) empfängt und verarbeitet und entsprechend dem Druck in dem Ansaugstutzen, der Drehzahl der Kurbelwelle und dem Kurbelwinkel Zündsteuersignale erzeugt; und
eine Steuerschaltung (11), welche die Zündspule (12) entsprechend den Steuersignalen ansteuert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Setzen der Nockenwinkelerfassungsposition eines jeden Nocken­ winkels innerhalb eines weiten Winkels des Kurbel­ winkels mit ungerader Teilung ausgeführt wird, wobei der Winkel zwischen den ersten Marken (2 a, 2 b) des ersten drehenden Teiles (2) groß ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungs­ einheit (10) umfaßt: Kurbelpulserkennungsmittel (20), welche die Kurbelpulse und die Nockenpulse von dem ersten (3) bzw. dem zweiten Sensor (6) empfangen und auf der Basis eines Nockenpulses erkennen, daß es sich um die ersten Marken (2 a, 2 b, 2 c, 2 d) handelt, welche einen Kurbelpuls erzeugen; Kreisperiodenberechnungsmittel (21), welche auf der Grundlage des Ausgangssignals der Kurbelpuls­ erkennungsmittel (20) eine Kreisperiode T als Winkelinformation der Kurbelwelle aus der Differenz zwischen den Zeitpunkten des Erfassens zweier nebeneinanderliegender erster Marken (2 a, 2 b) mit einem großen Winkelabstand berechnen; Drehzahl­ berechnungsmittel (22) zum Berechnen der Drehzahl Ne aus der berechneten Kreisperiode T; Druckberech­ nungsmittel (23) für den Druck in dem Ansaugstutzen, welche auf der Grundlage des Drucksignals für den Ansaugstutzen von dem dritten Sensor (7) den Ansaugstutzendruck P entsprechend der Maschinen­ last berechnen; Zündwinkelberechnungsmittel (24), die aus dem Ansaugstutzendruck P und der Maschinendrehzahl Ne den Zündwinkel oder Über­ schlagswinkel ANG _SPK bestimmen; Zündzeitpunkts­ berechnungsmittel (25) zum Berechnen des Zündzeit­ punkts T _SPK mit dem Überschlagswinkel ANG _SPK als Zeitspanne ab dem Zeitpunkt der Erfassung der ersten Marken (2 a, 2 b), was eine Bezugsposition für die Kreisperiode T anzeigt; und Zeitgebermittel (26), in die der Zündzeitpunkt T _SPK gesetzt ist und die die Zeit vom Empfang des Ausgangssignals der Kurbelpulserkennungsmittel (20) an zählen und dann, wenn der Zündzeitpunkt T _SPK erreicht ist, ein Zündzeitsignal als eines der Steuersignale an die Steuerschaltung abgeben, wodurch eine Zündspannung an die betreffende Zündkerze abgegeben wird.