DE3828735C2

DE3828735C2 -

Info

Publication number: DE3828735C2
Application number: DE3828735A
Authority: DE
Inventors: Kunihiro Higashimurayama Tokio/Tokyo Jp Abe
Original assignee: Fuji Jukogyo KK
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 1987-08-28
Filing date: 1988-08-24
Publication date: 1992-07-23
Also published as: US4869221A; GB8820059D0; JP2627152B2; DE3828735A1; JPS6460772A; GB2209190A

Description

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

Herkömmliche Vorrichtungen zum Überwachen des Zündzeitpunkts 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-OSen 1 83 304/1984 und 61 617/1985 werden zu diesem Zweck spezielle Pulspositionen besonders nah beieinander 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 Fehlzündungen zu ergreifen, wodurch die Genauigkeitsverbesserung gegenüber der durch die Erhöhung der Anzahl der Pulse erwarteten zurückbleibt. Darüber hinaus erhöht die Harware 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 Genauigkeit der Zündüberwachung.

Aus der DE-OS 28 30 538 ist die Verwendung von Marken in Form von Magneten in unregelmäßigen Winkelabständen auf einer Kurbelwellenscheibe bekannt. Auch nach dieser Druckschrift arbeitet eine Zündsteuerung ausschließlich ausgehend von den Kurbelwinkelsignalen, die mittels eines maschinenfesten Sensors beim Vorbeistreichen der Magnete abgegeben werden. Dasselbe Funktionsprinzip ist auch aus der DE-OS 36 02 994 bekannt, wenngleich hier die Winkelspulse durch auf der Nockenwelle axial im Abstand angeordnete Rotoren und daran angeordnete Vorsprünge erzeugt werden.

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, wobei der Aufwand für die zugehörige Software und Hardware der Vorrichtung unverändert bleiben soll.

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

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Erfindungsgedankens ist in Unteranspruch 2 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 Nockenpulssignale gleicher Teilung (beispielsweise 90°), welche von dem zweiten (Nockenwinkel-)Sensor erfaßt werden, feststellen, ob ein großer Winkel (beispielsweise 110°) zwischen den ersten Marken liegt; Berechnen der Kreisperiode T₁₁₀ in dem Intervall des Kurbelwinkels 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 Maschinendrehzahl, 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 zeigen:

Fig. 1 eine Kombination einer schematischen perspektivischen Ansicht, eines Blockschaltbilds und eines Schaltplans, die die gesamte Organisation eines Ausführungsbeispiels 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 gesamten 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 2a, 2b, 2c, 2d vorgesehen, welche als erfaßbare Marken zum Erzeugen von Pulsen an bestimmten Winkelpositionen 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 Kurbelwellenscheibe 2 gegenüber angeordnet.

Unabhängig davon ist ein zweites drehendes Teil mit einer Nockenwellenscheibe 5 zum Erfassen der Winkelposition der Nockenwelle koaxial an der Nockenwelle 4 angebracht, wobei die Nockenwelle sich einmal pro zwei Umdrehungen der Kurbelwelle dreht. Am Umfang der Nockenwellenscheibe 5 sind vier Ansätze 5a, 5b, 5c und 5d mit einem gegenseitigen Winkelabstand von 90° angeordnet, welche zur Erzeugung von Pulsen an bestimmten Nockenwinkelpositionen dienen. Die vier Ansätze 5a, 5b, 5c und 5d dienen als erfaßbare Marken dazu, die genannten Kurbelwinkelpulse 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 Regeleinheit 10 eingegeben, welche einen Mikrocomputer für die Überwachung des Zündzeitpunkts umfaßt. Die Regeleinheit 10 umfaßt im wesentlichen eine Eingangs/Ausgangs-Schnittstelle 10a, eine CPU 10b, einen Lesespeicher 10c, in dem Überwachungsprogramme und dergleichen abgelegt sind, einen Speicher mit wahlfreiem Zugriff 10d zum zeitweiligen Ablegen von Daten usw. und ermittelt entsprechend bestimmten Programmen den Zündzeitpunkt. Die resultierenden Zündsignale werden an eine Steuerschaltung 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 Vorsprünge oder Marken 2a, 2b, 2c und 2d in zwei Arten A (2a und 2c) und B (2b und 2d) eingeteilt. Der Ansatz 2a liegt 10° vor dem oberen Totpunkt (o. T.); der Vorsprung 2b liegt um einen Kurbelwinkel α = 110° von der Position des Ansatzes 2a entfernt; der Vorsprung 2c ist um einen weiteren Kurbelwinkel β = 70° von dem Vorsprung 2b entfernt angebracht; der Vorsprung 2d liegt weitere 110° (α) von 2c entfernt. Die beiden Arten von Vorsprüngen A und B sind folgendermaßen voneinander unterscheidbar. Da der Nockenwinkelsensor 6 zum Erfassen der Vorsprünge 5a bis 5d auf der Nockenwellenscheibe 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 Regeleinheit 10. Die genannten Pulssignale von dem Kurbel- und Nockenwellensensoren 3 und 6 werden Kurbelpulserkennungsvorrichtung 20 der Regeleinheit 10 zugeführt. Die Kurbelpulserkennungsvorrichtung 20 entscheidet auf der Grundlage eines Pulssignals von dem Kurbelwinkelsensor 6, ob das Pulssignal von dem Kurbelwinkelsensor 3 ein A- (2a, 2c) oder ein B-Signal (2b, 2d) ist, und geben ihr Ausgangssignal an einem Kreisperiodenrechner 21 und an einen Zeitgeber 26. Der Kreisperiodenrechner 21 ermittelt aus der Differenz zwischen dem Zeitpunkt der Erkennung eines A-Vorsprungs und dem unmittelbar folgenden B-Vorsprung eine Kreisperiode oder zyklisches Periodensignal T₁₁₀, d. h. Daten betreffend die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 1. Diese Daten über die Winkelgeschwindigkeit T₁₁₀ werden einem Drehzahlrechner 22 für die Maschine (tachometrisch) zugeführt, welcher die Drehzahl Ne der Maschine berechnet.

Unabhängig davon wird das Drucksignal für den Ansaugstutzen von dem Drucksensor 7 von einem Druckrechner 23 für den Ansaugstutzen empfangen, welcher den Druck P in dem Ansaugstutzen entsprechend der Maschinenlast berechnet. Auf der Grundlage des Drucks P und der Drehzahl Ne der Maschine bestimmt ein Zündwinkelrechner 24 den Zündwinkel ANG_SPK beispielsweise mittels einer Matrix und gibt ein Ausgangssignal an einen Zündzeitpunktsrechner 25.

Der Zündzeitpunktsrechner 25 ermittelt den Zündzeitpunkt T_SPK aus Gleichung (1), wobei der Zündwinkel ANG_SPK als Zeitspanne seit dem Zeitpunkt 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 Kurbelpulserkennungsvorrichtung 20 empfängt und entsprechend dem Pulssignal B des Vorsprungs B (2b, 2d), der von den Kurbelpulserkennungsvorrichtung 20 erkannt ist, zu zählen beginnt. Wird der so gesetzte Zündzeitpunkt T_SPK erreicht, gibt der Zeitgeber 26 ein Zündzeitpunktssignal 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 Vorsprungs B (2b, 2d), welcher die Standard- oder Bezugsposition anzeigt, dem tatsächlichen Zündwinkel an, wodurch die Genauigkeit des Zündzeitpunkts erheblich verbessert wird. Dies gilt auch unter extremen Bedingungen, wie der Beschleunigung, wenn die Drehzahl der Maschine stark schwankt.

Das beschriebene Verfahren wird nachstehend unter Bezugnahme 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 S100 eingegeben. In Schritt S101 wird festgestellt, ob ein Nockenpuls zwischen dem vorhergehenden und dem momentanen Kurbelpuls eingegeben worden ist. Ist kein Nockenpuls eingegeben worden, so wird in Schritt S102 geschlossen, daß der momentane Kurbelpuls auf einen A-Vorsprung zurückgeht, während in Schritt S103 ein B-Vorsprung (Bezugssignal) als Ursache angenommen wird, wenn ein Nockenpuls eingegeben worden ist.

Entsprechend dem Berechnungsvorgang für den Zündzeitpunkt nach Fig. 6 werden ein Kurbelpuls und ein Nockenpuls zunächst in Schritt S200 eingegeben. Daraufhin wird in Schritt S201 entsprechend dem Verfahren gemäß dem Flußdiagramm nach Fig. 5 ein Kurbelpuls der A- oder B-Klasse erkannt. In Schritt S202 wird die Kreisperiode T₁₁₀, welche eine Information 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 S203 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 S204 wird der Zündwinkel ANG_SPK aus der Drehzahl Ne der Maschine und dem Druck P in dem Ansaugstutzen ermittelt. In Schritt S205 wird der Zündzeitpunkt T_SPK aus der Gleichung (1) mit dem Zündwinkel ANG_SPK als Zeitspanne seit dem Kurbelpuls B, d. h. dem Referenzsignal, 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 Vorsprüngen A ausgeführt, welche symmetrisch an Positionen angeordnet sind, die 10° v. o. T. auf der Kurbelwellenscheibe liegen, wobei Vorsprünge B an Positionen 110° hinter den Vorsprüngen 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 Zündzeitpunks 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 vorteilhafte Merkmale: Die Variationsmöglichkeiten in der Auslegung der Software betreffend das Nockenpulssignal werden vergrößert.

Claims

1. Vorrichtung zum Überwachen der Zündzeitpunkte einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle (1), einer Nockenwelle (4) zur Ventilbetätigung, einer Kurbelwellenscheibe (2) an der Kurbelwelle (1) mit Marken zum Markieren von Kurbelwinkeln, einem maschinenfesten Kurbelwinkelsensor (3) zum Erfassen der Kurbelwinkel der Kurbelwelle (1) an den Marken und zum Erzeugen von Kurbelwinkelsignalen und einer Regeleinheit (10), welche ausgehend von den Kurbelwinkeln die Zündzeitpunkte der Maschine einstellt, dadurch gekennzeichnet,
daß eine gerade Anzahl Vorsprünge (2a-2d) am Umfang der Kurbelwellenscheibe (2) zum Markieren der Kurbelwinkel symmetrisch zu einer Diagonalen angeordnet sind, wobei jedes Paar aufeinanderfolgende Vorsprünge (2a, 2b, 2c, 2d) jeweils um mindestens zwei unterschiedliche Kurbelwinkel (α, β) zueinander versetzt angeordnet ist;
daß mehrere Nockenvorsprünge (5a-5d) am Umfang einer an der Nockenwelle (4) angeordneten Nockenwellenscheibe (5) zum Markieren von Nockenwinkelstellungen um vorbestimmte Winkel versetzt zueinander angeordnet sind; daß ein Nockenwinkelsensor (6) zum Messen der Winkelstellung der Nockenwelle (4) und zum Erzeugen von Nockenwinkelsignalen vorgesehen ist,
daß die Nockenvorsprünge (5a-5d) an der Nockenwellenscheibe (5) zum Erfassen der Nockenwinkelstellung und damit eines Nockenwinkelsignals innerhalb eines größeren (β) der beiden unterschiedlichen Kurbelwinkel (α, β) der Kurbelwellenscheibe (2) angeordnet sind;
daß eine Kurbelpulserkennungsvorrichtung (20) der Regeleinheit (10) auf die Kurbelwinkel- und die Nockenwinkelsignale zum Identifizieren des Kurbelwinkels und zum Erzeugen von Kurbelpulsen (A, B) anspricht, um die Zündzeitpunkte zu regeln, wobei einer der Kurbelpulse (B) angenähert an einen aktuellen Zündzeitpunkt eingestellt ist, und
daß ein Kreisperiodenrechner (21) der Regeleinheit (10) auf die Kurbelpulse (A, B) zum Erzeugen einer Kreisperiode entsprechend der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle (1) und zum Erzeugen eines zyklischen Periodensignals (T₁₁₀) anspricht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kreisperiodenrechner (21) auf der Grundlage des Ausgangssignals der Kurbelpulserkennungsvorrichtung (20) eine Kreisperiode T aus der Differenz zwischen den Meßzeitpunkten zweier an der Kurbelwellenscheibe (2) aufeianander folgender erster Vorsprünge (2a, 2b) mit einem großen Winkelabstand berechnet; daß ein Drehzahlrechner (22) die Drehzahl Ne aus der berechneten Kreisperiode T ermittelt; daß ein Druckrechner (23) den Druck im Ansaugstutzen auf der Grundlage eines von einem Drucksensor (7) abgegebenen Drucksignals für den Ansaugstutzendruck P entsprechend der Maschinenlast berechnet; daß ein Zündwinkelrechner (24) aus dem Ansaugstutzendruck P und der Maschinendrehzahl Ne den Zündwinkel ANG_SPK bestimmt; daß ein Zündzeitpunktsrechner (25) den Zündzeitpunkt T_SPK mit dem Zündwinkel ANG_SPK als Zeitspanne ab dem Zeitpunkt der Erfassung der ersten Vorsprünge (2a, 2b) ermittelt und daß ein Zeitgeber (26), in dem ein Zündzeitpunkt T_SPK gesetzt ist, die Zeit vom Empfang des Ausgangssignals der Kurbelpulserkennungsmittel (20) an zählt und bei Erreichen des Zündzeitpunktes T_SPK ein Zündzeitsignal an eine Steuerschaltung zum Erzeugen einer Zündspannung für die betreffende Zündkerze abgibt.