DE4216058A1 - Verfahren zur Korrektur der Lage einer Bezugsmarke - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Korrektur der Lage einer Bezugsmarke nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist bekannt, zur Erfassung einer bestimmten Stellung einer Welle, beispielsweise der Kurbelwelle oder der Nockenwelle einer Brenn­ kraftmaschine, eine Geberscheibe mit wenigstens einer Bezugsmarke an der betreffenden Welle zu befestigen und mittels eines feststehenden Aufnehmers abzutasten. Das Passieren der Bezugsmarke am Aufnehmer wird in einer nachfolgenden Auswerteschaltung erkannt, damit kann die Stellung der Welle festgelegt werden.

Eine Vorrichtung, mit der die Winkelstellung einer Welle auf diese Art ermittelt wird, ist beispielsweise aus der EP 01 88 433 bekannt. Die dort beschriebene Geberscheibe weist eine Vielzahl gleichartiger Markierungen und eine unterschiedliche Markierung auf, die als Be­ zugsmarke dient. Aus der zeitlichen Abfolge gleichartiger Winkel­ markenflanken wird die Bezugsmarke dann erkannt, wenn wenigstens ein signifikanter Zeitunterschied auftritt.

Diese bekannte Einrichtung hat den Nachteil, daß insbesondere die Winkelmarke, die die Bezugsmarke darstellt, besonders exakt ausge­ führt sein muß, da sonst die Lage der Bezugsmarke nicht genau genug festgelegt werden kann. Eine solche exakte Fertigung der Geber­ scheibe ist jedoch kostenintensiv, außerdem können auch bei einer sehr exakt gefertigten Geberscheibe infolge von Verschleißerschei­ nungen Ungenauigkeiten auftreten.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß auch mit einer weniger exakt gefertigten Geberscheibe die Bezugsmarke sehr genau festgelegt werden kann, weiterhin können Ungenauigkeiten, die in­ folge von Verschleißerscheinungen auftreten, laufend korrigiert werden.

Dazu wird mit einem Sensor die Geberscheibe mit der Bezugsmarke abgetastet und mit Hilfe eines oder mehrerer weiterer Sensoren bei verbrennungsfreiem Betrieb der Zylinderdruck in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel ermittelt und gespeichert. Aus diesem Zylinder­ druckverlauf wird der Differenzdruckverlauf bestimmt, indem vom ab­ gespeicherten Zylinderdruck ein durch Spiegelung an einer Spiegel­ marke erhaltener gespiegelter Druckverlauf abgezogen wird.

Durch geeignete Verschiebung der Spiegelmarke wird eine Anzahl von verschiedenen Differenzdruckverläufen erhalten, der Vergleich dieser Druckverläufe miteinander ermöglicht die Festlegung des oberen Tot­ punktes, da die Spiegelmarke, die sich am oberen Totpunkt befindet, einen Differenzdruckverlauf ergibt, der nur wenig kleiner als Null ist. Durch Identifizierung dieses Differenzdruckverlaufs läßt sich somit der obere Totpunkt festlegen und damit die gemessene Lage der Bezugsmarke korrigieren.

Aus dem Druckmaximum, das die im verbrennungsfreien Betrieb aufge­ nommene Druckkurve aufweist, ließe sich die genaue Lage des OT eben­ falls bestimmen, das Maximum verläuft jedoch üblicherweise recht flach, so daß eine genaue Lagebestimmung schwierig ist. Dies ist viel einfacher, wenn der Differenzdruckverlauf betrachtet wird.

Eine besonders vorteilhafte Auswertung der Differenzdruckverläufe ist möglich, wenn diese in einem bestimmten Kurbelwellenwinkelbe­ reich aufintegriert werden und die so erhaltenen Integrale mitein­ ander verglichen werden.

Besonders vorteilhaft ist außerdem, daß das Verfahren zur Korrektur der Lage einer Bezugsmarke in wählbaren Zeitabständen während des Betriebes der Brennkraftmaschine durchgeführt werden kann, es ist dazu lediglich festzustellen, wann sich ein Zylinder in verbren­ nungsfreiem bzw. geschlepptem Betrieb befindet.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen lassen sich weitere Vorteile des in Anspruch 1 beanspruchten Verfahrens erzie­ len.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge­ stellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 eine Einrichtung, mit der das erfindungsgemäße Verfahren realisiert werden kann, in Fig. 2 sind verschiedene Druckverläufe bzw. Differenzdruckverläufe über dem Kurbelwellen­ winkel (in °KW) aufgetragen, in Fig. 3 ist ein Druckverlauf bei verbrennungsfreiem Betrieb sowie zugehörige Differenzdruckverläufe bei unterschiedlichen Spiegelmarken über der Zeit aufgetragen und in Fig. 4 ist das Integral verschiedener Differenzdruckverläufe über der Zeit aufgetragen und zum Vergleich ein Druckverlauf im geschleppten Zylinder, also bei verbrennungs­ freiem Betrieb.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Bei der in Fig. 1 abgebildeten Einrichtung, mit der das erfindungs­ gemäße Verfahren zur Korrektur der Lage einer Bezugsmarke durchge­ führt werden kann, ist mit 10 das Steuergerät bezeichnet, in dem alle erforderlichen Berechnungen und Speichervorgänge ablaufen.

Diesem Steuergerät 10 werden alle benötigten Informationen zugeführt, im Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 sind die erfindungswesentlichen Sensoren skizziert. Dabei stellt 11 einen Induktivsensor dar, der eine mit einer Welle einer Brennkraftmaschine, beispielsweise der Kurbelwelle 14 verbundene Geberscheibe 15 abtastet, die an ihrer Oberfläche eine Vielzahl von gleichartigen Marken 12 sowie eine, als wenigstens eine fehlende Marke ausgebildete Bezugsmarke 13 aufweist.

Bei Bedarf sind mehrere voneinander unterscheidbare oder gleichar­ tige Bezugsmarken möglich, ihre Zahl kann beispielsweise der Zylin­ derzahl oder der halben Zylinderzahl entsprechen.

Wenn sich die Kurbelwelle 14 dreht, werden im Induktivsensor 11 beim Vorbeilaufen der Markierungen 12 Spannungen induziert, diese werden nach einer Signalaufbereitung im Steuergerät 10 ausgewertet, dabei lassen sich aus den zeitlichen Abständen der einzelnen Impulse in bekannter Weise sowohl die Drehzahl der Kurbelwelle 14 als auch die Lage der Bezugsmarke 13 bestimmen.

Die Bezugsmarke 13 legt die Stellung der Kurbelwelle 14 eindeutig fest, sie ist üblicherweise dem oberen Totpunkt eines Zylinders der Brennkraftmaschine fest zugeordnet, d. h. bei erkannter Bezugsmarke besteht ein bestimmter Kurbelwellenwinkel-Abstand zum oberen Tot­ punkt.

Im Steuergerät 10 werden außer dem vom Induktivsensor gelieferten Signal weitere Signale ausgewertet, es sind dies beispielsweise die Fahrpedalstellung, der Saugrohrdruck oder eine Temperatur, diese Signale werden mit Hilfe von Sensoren 16, 17 und 18 sowie gegebenen­ falls von weiteren Sensoren, die hier nicht dargestellt sind, gelie­ fert.

Ein Drucksensor 19 ist einem Zylinder 20 der nicht dargestellten Brennkraftmaschine zugeordnet und mißt den in diesem Zylinder 20 herrschenden Brennraumdruck. Es kann auch vorgesehen sein, daß jedem Zylinder ein solcher Drucksensor zugeordnet ist, so daß der Brenn­ raumdruck in jedem Zylinder ermittelbar ist. Das Ausgangssignal des Drucksensors 19 bzw. der weiteren nicht dargestellten Drucksensoren wird ebenfalls dem Steuergerät zugeführt und von diesem ausgewertet.

In Abhängigkeit von den verarbeiteten Signalen steuert das Steuer­ gerät 10 die Brennkraftmaschine, in Fig. 1 ist dies durch einen Ausgang 21 des Steuergerätes 10 symbolisiert.

In Fig. 2 ist der Druck p bzw. der Differenzdruck d für verschie­ dene Bedingungen über den Kurbelwellenwinkel KW (in Grad) aufgetra­ gen. Dabei stellt die Kurve A den Druckverlauf bei normaler Verbren­ nung dar. Das Maximum der Kurve A liegt etwa 15° Kurbelwellenwinkel nach dem oberen Totpunkt OT.

In Kurve C ist der Druckverlauf in einem Zylinder aufgetragen für den Fall, daß keine Verbrennung stattfindet, also beispielsweise im geschleppten Betrieb der Brennkraftmaschine. In diesem Fall liegt das Maximum den Druckkurve etwa beim oberen Totpunkt OT, aus ther­ modynamischen Gründen etwas davor.

Zur Ermittlung des Differenzdrucks, also des Drucks, der durch die Verbrennung verursacht wird, sind zwei Möglichkeiten gegeben. Eine Möglichkeit besteht darin, eine Spiegelmarke SM in den Bereich des oberen Totpunkt OT bzw. exakt an den OT zu legen und die Druckkurve A an dieser Spiegelmarke zu spiegeln. Kurve B gibt den Zusammenhang an. Der Differenzdruck wird entweder aus der Differenz zwischen der Kurve A und der Kurve C ermittelt, es ergibt sich dann ein Verlauf des Differenzdrucks, der mit D bezeichnet ist.

Wird dagegen die Differenz zwischen den Kurven A und B gebildet, er­ gibt sich ein Differenzdruck, der durch die Kurve E charakterisiert wird. Die Differenzdruckermittlung mit Hilfe einer Spiegelmarke SM, die sich im oberen Totpunkt befindet, erlaubt eine präzise Bestim­ mung dieses Differenzdrucks, denn ohne Verbrennung würde die Druck­ kurve, wie in C dargestellt, symmetrisch um den oberen Totpunkt OT liegen. Diese Symmetrie der Druckkurve in verbrennungsfreiem Betrieb wird erfindungsgemäß ausgenutzt, um die exakte Lage des oberen Tot­ punktes zu bestimmen, es läuft dabei folgendes Verfahren ab:

Im Steuergerät 10 wird aus den von den einzelnen Sensoren geliefer­ ten Daten erkannt, wenn sich einer oder mehrere Zylinder der Brenn­ kraftmaschine in verbrennungsfreiem Zustand bzw. in geschlepptem Zu­ stand befinden. Dies ist der Fall im Schubbetrieb, bei abgeschalte­ ter Einspritzung oder bei abgeschalteter Zündung. Es wird dann der Differenzdruckverlauf des bzw. der geschleppten Zylinder ermittelt, nach dem in Fig. 2 dargestellten Prinzip der Differenzdruckermitt­ lung mit Hilfe einer Spiegelmarke.

Die Spiegelmarke befindet sich dabei an einer Stelle bzw. wird an eine Stelle gelegt, von der angenommen wird, daß sie etwa mit dem oberen Totpunkt OT zusammenfällt.

Nachdem der erste Differenzdruckverlauf aufgenommen ist, wird die Lage der Spiegelmarke verändert, wobei eine solche Veränderung bei­ spielsweise um ein oder mehrere Inkremente erfolgen kann und jeweils der Differenzdruck erfaßt und abgespeichert wird.

Im nächsten Schritt wird die Spiegelmarke in die andere Richtung verschoben, wobei die Meßwerte symmetrisch zur ersten Lage der Spie­ gelmarke liegen sollen.

Auf die Kurbelwellenstellung bezogen wird die Spiegelmarke zunächst in eine Lage gelegt, die etwa dem oberen Totpunkt entspricht, danach wird sie zunächst in Richtung spät (auf die Nomenklatur bei der Zün­ dung bezogen) verschoben und danach in Richtung früh, wobei in jeder Lage der Spiegelmarke ein Differenzdruckverlauf aufgenommen wird.

In Fig. 3 sind fünf verschiedene Differenzdruckverläufe aufgetra­ gen, wobei die Kurve F den Differenzdruck wiedergibt, der bei Lage der Spiegelmarke in der Nähe des oberen Totpunktes erhalten wird, diese Spiegelmarke ist die in der richtigen Lage, die zur Korrektur verwendet werden kann, während die Kurven G und H eine Verschiebung nach spät und die Kurven J und K eine Verschiebung nach früh aufweisen. Der Differenzdruck nach F weicht über die Zeit betrachtet nur geringfügig von seinem konstanten Wert bzw. von Null ab, während die Differenzdrücke, die mit einer Spiegelmarke an der falschen Stelle aufgenommen wurden, größere Abweichungen aufweisen.

Zum Vergleich ist in Fig. 3 mit Kurve C der Druckverlauf selbst in Abhängigkeit von der Zeit aufgetragen, also p(t).

Voraussetzung, daß das beschriebene Verfahren ordnungsgemäß funk­ tioniert, ist, daß ausgehend von einer eventuell falschen Anfangslage der Spiegelmarke die symmetrische Verstellung der Spiegelmarke über einen Bereich erfolgt, der größer ist als der zu erwartende Fehler bei der Bezugsmarkenfestlegung.

Werden die Kurven F, G, H, E, K in einem Kurbelwellenwinkelbereich, der etwa zwischen dem oberen Totpunkt OT und 80° KW liegt, aufinte­ griert, können die erhaltenen Integralwerte dazu benutzt werden, die richtige Lage der Spiegelmarke und damit die richtige Lage des obe­ ren Totpunktes bzw. die richtige Lage der Bezugsmarke zu erkennen. Ist die Spiegelmarke an der richtigen Stelle, muß der Wert des Inte­ grales minimal sein, unter Berücksichtigung von thermodynamischen Verlusten der Brennkraftmaschine muß der Wert des Integrales leicht negativ sein.

Die zu den in Fig. 3 abgebildeten Differenzdruckverläufen gehörenden Differenzdruckintegrale sind in Fig. 4 dargestellt, das zur richtigen Lage der Spiegelmarke gehörende Integral, das sich durch den kleinsten Integralwert auszeichnet, ist mit L bezeichnet, wobei sich dieses Integral durch Aufintegrierung der Kurve F nach Fig. 3 ergibt und für die richtige Lage der Spiegelmarke rehalten wird.

Ist über die richtige Lage der Spiegelmarke der obere Totpunkt OT erkannt, besteht die Möglichkeit, die Lage der Bezugsmarke zu korri­ gieren, da der Abstand zwischen Bezugsmarke und oberen Totpunkt de­ finiert vorgegeben ist.

Claims (8)

1. Verfahren zur Korrektur der Lage einer Bezugsmarke, die einer be­ stimmten Stellung einer Brennkraftmaschine, vorzugsweise dem oberen Totpunkt zugeordnet ist und von einem Aufnehmer abgetastet wird und in einer zugehörigen Auswerteeinrichtung einen Erkennungsimpuls aus­ löst, dadurch gekennzeichnet, daß der Brennraumdruckverlauf in we­ nigstens einem Zylinder der Brennkraftmaschine bei verbrennungs­ freiem Betrieb in Abhängigkeit vom Kurbelwellenwinkel ermittelt und gespeichert und an einer durch den Kurbelwellenwinkel bestimmten Spiegelmarke gespiegelt wird und der gespiegelte Druckverlauf vom gespeicherten Brennraumdruckverlauf abgezogen wird, zur Bestimmung eines ersten Differenzdruckverlaufs, daß weitere Differenz­ druckverläufe bei unterschiedlichen Lagen der Spiegelmarke bestimmt werden und die Differenzdruckverläufe miteinander verglichen werden, und die Lage der Spiegelmarke, bei der der Differenzdruck um einen vorgebbaren kleinen Wert von Null verschieden ist, den oberen Tot­ punkt definiert und zur Korrektur der Lage der Bezugsmarke verwendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage der Spiegelmarke über einen vorgebbaren Bereich verschiebbar ist und dieser Bereich größer ist als die maximal zu erwartende Ungenauig­ keit der Lage der Bezugsmarke.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spiegelmarke zunächst in die Mitte des Bereiches gelegt wird und dann symmetrisch in die eine und die andere Richtung verschoben wird und bei jeder Lage der Spiegelmarke der Differenzdruck ermittelt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver­ schiebung der Spiegelmarke jeweils um ein Inkrement erfolgt.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die für verschiedene Spiegelmarken ermittelten Differenz­ druckverläufe integriert werden und die Integrale miteinander ver­ glichen werden und der obere Totpunkt in Abhängigkeit dieser Inte­ grale erkannt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Inte­ gration in einem bestimmten Kurbelwellenwinkelbereich erfolgt, vor­ zugsweise im Bereich zwischen dem oberen Totpunkt und 80° Kurbel­ wellenwinkel.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, da­ durch gekennzeichnet, daß die Korrektur bei jeder erkannten und eine vorgebbare Zeitdauer überschreitenden verbrennungsfreien Phase er­ folgt.

8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Auswertung im Steuergerät der Brennkraftma­ schine erfolgt.