DE4310460A1 - Geberanordnung zur schnellen Zylindererkennung bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Geberanordnung zur schnellen Zylinder­ erkennung bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist bekannt, daß sich bei einer Viertakt-Brennkraftmaschine die Kurbelwelle je Arbeitsspiel zweimal dreht und also einen Winkel von 720 Grad überstreicht, bevor ein bestimmter Zylinder wieder die gleiche Arbeitsstellung einnimmt. Um die momentane Stellung eines bestimmten Zylinders zu erkennen, reicht es daher nicht aus, die Winkelposition der Kurbelwelle innerhalb einer Umdrehung zu bestim­ men, vielmehr muß erfaßt werden, ob gerade die erste oder die zweite Kurbelwellenumdrehung vorliegt.

Dazu ist es beispielsweise aus der nicht vorveröffentlichten DE-Pa­ tentanmeldung P 41 41 713 bekannt, neben einem Kurbelwellengeber, der eine Scheibe mit einer Vielzahl von Markierungen und einer durch zwei fehlende Markierung gebildete Bezugsmarke abtastet, noch einen Nockenwellengeber einzusetzen, der eine mit der Nockenwelle verbun­ dene Scheibe abtastet. Diese Scheibe weist unterschiedlich lange, auf die Zylinderzahl abgestimmte Markierungen auf, die im Geber ein Ausgangssignal verursachen, das zur Zylinderidentifikation herange­ zogen werden kann.

Zu dieser Zylinderidentifikation werden im Steuergerät die beiden Ausgangssignale kombiniert und aus der so erhaltenen Abfolge von unterschiedlich langen High- und Low-Phasen wird die Zylinderidenti­ fikation durchgeführt.

Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß eine relativ aufwen­ dige Auswertung erforderlich ist und zur eindeutigen Zylinderzuord­ nung die Folge von mehreren Segmenten ausgewertet werden muß, wo­ durch eine schnelle Zündausgabe unterbunden wird.

Eine weitere Geberanordnung zur Zylindererkennung, bei der eine synchron mit dem Zündverteiler rotierende Geberscheibe, die von einem Aufnehmer abgetastet wird, mehrere Blendenausschnitte auf­ weist, wobei einer verbreitert ist und weiterhin eine mit der Kur­ belwelle verbundene, eine Bezugsmarke aufweisende Scheibe vorhanden ist, die von einem zweiten Aufnehmer abgetastet wird, ist aus der DE-OS 36 34 587 bekannt. Bei dieser Anordnung muß sich die Kurbel­ welle unter ungünstigen Umständen zweimal drehen, bevor eine Zylin­ deridentifikation möglich ist.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Geberanordnung zur Zylindererkennung bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine hat demgegenüber den Vorteil, daß eine einfache Auswertung möglich ist und die Zahl der verschieden­ artigen Segmenten auf der mit der Nockenwelle verbundenen Scheibe auch bei großer Zylinderzahl minimal ist und dadurch sich die ver­ schiedenen Segmente gut voneinander unterscheiden.

Erzielt werden diese Vorteile, indem nicht nur die Abfolgen der Mar­ kierungen bzw. Segmente der Nockenwellenscheibe ausgewertet wird, sondern zusätzlich auch noch das Auftreten der Bezugsmarke überprüft wird, so daß also eine Kombination der Signale vom Nockenwellengeber und vom Kurbelwellengeber zur Zylindererkennung verwendet wird. Damit eine solche Auswertung möglich ist, muß allerdings sicherge­ stellt sein, daß eine eindeutige Zuordnung von Kurbel- und Nocken­ welle gewährleistet ist.

Besonders vorteilhaft ist, daß die Länge der High- und der Low-Pha­ sen durch einfaches Auszählen der von der Vielzahl von Markierungen des Kurbelwellengebers erzeugten Pulse erfolgen kann. Weiterhin ist vorteilhaft, daß eine eindeutige Zylinderzuordnung mit der Auswertung nur eines Segmentes erfolgen kann und so eine schnel­ le Zündausgabe und auch eine schnelle sequentielle Einspritzung im Startfall möglich ist.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Geberan­ ordnung werden mit den in den Unteransprüchen angegebenen Merkmalen erzielt.

Zeichnung

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nach­ folgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 eine grobe Übersicht der erfindungsgemäßen Geberanordnung, in den Fig. 2, 3 und 4 sind Signalverläufe angegeben, die erhalten werden für Geberscheiben, die an Vier-, Fünf- oder Sechs-Zylinder Brennkraft­ maschinen angepaßt sind.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

In Fig. 1 sind in einer groben Übersicht die wesentlichsten Elemen­ te der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer Brennkraftma­ schinensteuerung dargestellt. Eine solche Anordnung ist prinzipiell bereits bekannt und wird beispielsweise in der noch nicht veröffent­ lichten Patentanmeldung P 41 41 713 in ähnlicher Weise bereits ange­ geben.

In Fig. 1 ist mit 10 eine Geberscheibe bezeichnet, die starr mit der Kurbelwelle 11 der Brennkraftmaschine verbunden ist und an ihrem Umfang eine Vielzahl gleichartiger Winkelmarken 12 aufweist. Neben diesen gleichartigen Winkelmarken 12 ist eine Bezugsmarke 13 vorge­ sehen, die beispielsweise durch zwei fehlende Winkelmarken gebildet wird.

Eine zweite Geberscheibe 14 ist mit der Nockenwelle 15 der Brenn­ kraftmaschine verbunden und weist an ihrem Umfang unterschiedliche lange Segmente auf, wobei die kürzeren mit 17 und die längeren mit 16 bezeichnet sind. Zwischen diesen Winkelmarken bzw. Segmenten sind Zwischenräume, die längeren tragen das Bezugszeichen 18, die kürze­ ren 19.

Die in Fig. 1 dargestellte Geberscheibe 14 ist für eine Sechszylin­ der-Brennkraftmaschine dargestellt, die Anzahl der Segmente 16, 17 ist so gewählt, daß sie der Zylinderzahl in der Brennkraftmaschine entspricht. Die genaue Anordnung der Winkelmarken sowie die Zuord­ nung der Winkelmarken 16, 17 zu den Marken der Kurbelwellen-Geber­ scheibe ist so vorzunehmen, daß die in Fig. 2 dargestellten Signal­ abläufe erhalten werden. Für Brennkraftmaschinen mit anderer Zylin­ derzahl sind entsprechende Anordnungen einzusetzen.

Die beiden Geberscheiben 10, 14 werden von Aufnehmern 20, 21, bei­ spielsweise induktiven Aufnehmern oder Hall-Sensoren abgetastet, die beim Vorbeilaufen der Winkelmarken in den Aufnehmern erzeugten Signale werden einem Steuergerät 22 zugeführt und dort weiter ver­ arbeitet. Die Geberscheibe 10 und der Aufnehmer 20 werden im folgen­ den als Kurbelwellengeber bezeichnet, die Geberscheibe 14 und der Aufnehmer 21 als Nockenwellengeber.

Das Steuergerät 22 erhält über Eingänge 23, 24, 25 weitere, für die Steuerung der Brennkraftmaschine erforderliche Eingangsgrößen, die von geeigneten Sensoren geliefert werden. Ausgangsseitig stellt das Steuergerät 22 Signale für die Zündung und Einspritzung für nicht näher bezeichnete Komponenten der Brennkraftmaschine zur Verfügung, die Ausgänge des Steuergerätes 22 sind mit 27 und 28 bezeichnet.

In Fig. 2 sind die von den Aufnehmern 20 und 21 gelieferten und bereits zu Rechtecksignalen aufbereiteten Signale, die im Steuer­ gerät ausgewertet werden, über dem Kurbelwellenwinkel bzw. über der Zeit t aufgetragen.

Im einzelnen ist in Fig. 2a das vom Kurbelwellengeber gelieferte, aufbereitete Signal SK aufgetragen. Die Zahl der Winkelmarken beträgt 60-2, die fehlenden beiden Winkelmarken bilden die Bezugsmarke. Da sich ein Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine über zwei Kurbelwellenumdrehungen erstreckt, müssen mit der gewählten Anordnung zweimal 60-2 Impulse vom Kurbelwellengeber erzeugt werden.

In Fig. 2b ist der Signalverlauf SN für eine Vierzylinder-Brenn­ kraftmaschine dargestellt. Die Nockenwellengeberscheibe weist in diesem Fall zwei unterschiedliche Segmente auf, die im Signal zu zwei unterschiedlichen Low- und High-Phasen führen. Da sowohl das Kurbelwellengebersignal als auch das vom Nockenwellengeber gelieferte Signal ausgewertet werden, können gleiche Segmente durch die vor­ handene bzw. nicht vorhandene Bezugsmarke im Segment unterschieden werden.

In Fig. 2c ist der Signalverlauf für eine Fünfzylinder-Brennkraft­ maschine dargestellt. Auf der Nockenwellenscheibe sind drei unter­ schiedliche Segmente ausgebildet die zu drei unterschiedlichen Low- und High-Phasen führen, gleiche Segmente lassen sich durch die vorhandene bzw. nicht vorhandene Bezugsmarke im Segment unterschei­ den. Das dritte Segment kann durch die unterschiedlichen Low- und High-Phasen von den übrigen Segmenten unterschieden werden. In die­ sem Fall ist es auch möglich, daß das dritte Segment durch gleich große Low- und High-Phasen gekennzeichnet ist.

In Fig. 2d ist der Signalverlauf für eine Sechszylinder-Brennkraft­ maschine dargestellt. In diesem Fall weist die Nockenwellenscheibe vier unterschiedliche Segmente auf, die zu vier unterschiedlichen Low- und High-Phasen führen, wobei sich gleiche Segmente durch die vorhandene bzw. nicht vorhandene Bezugsmarke im Segment unterschei­ den und das dritte und vierte Segment sich durch unterschiedliche Low- und High-Phasen von übrigen unterscheiden.

Die in Fig. 2 dargestellten Signalabläufe werden im Steuergerät 22 der Brennkraftmaschine ausgewertet. Dabei werden die Signale nach Fig. 2a immer zwischen Flanken der Signale 2b, c, d gezählt, die so erreichten Zählwerte, die in den Fig. 2b, c, d eingetragen sind, sind zylinderspezifisch, so daß sich aus dem Vergleich dieser Zähl­ werte erkennen läßt, wie die momentane Stellung der Kurbel- bzw. Nockenwelle ist. Es ist in den Fig. 2b, c, d jeweils eingetragen, welcher Zylinder 1 bis 4, 1 bis 5 oder 1 bis 6 sich gerade in seinem oberen Totpunkt befindet, in dem die Zündung erfolgt (ZOT).

Bei der Anordnung der Winkelmarken und Lücken auf dem Nockenwellen­ geberrad ist darauf zu achten, daß das Gebersignal in den richtigen Winkelpositionen die Übergänge von High zu Low bzw. Low zu High auf­ weist.

Mit Hilfe einer geeigneten Anordnung der Winkelmarken und Lücken auf der Nockenwellengeberscheibe lassen sich die Unterschiede zwischen den verschiedenen langen Low- bzw. High-Phasen gleich groß machen, so daß die Unterscheidungsmöglichkeit ebenfalls möglichst groß wird und die Toleranzbänder groß gewählt werden können.

Im Steuergerät 22 liegt eine Zuordnung der Inkremente oder Winkel in den Low- bzw. High-Phasen und der Bezugsmarke vor, so daß eine Zy­ linderzuordnung zusammen mit der Auswertung des Kurbelwellensignales möglich ist. Mittels einer Inkrementverfeinerung des Kurbelwellen­ signales wird die Auflösung bei der Bestimmung der Winkel der Low- und High-Phasen verbessert. Eine solche Inkrementverfeinerung wird dadurch erreicht, daß im Steuergerät 22 beispielsweise aus jedem Impuls des Signales nach 2a fünf Impulse gebildet werden.

Da aufgrund von mechanischen und elektrischen Toleranzen Ab­ weichungen auftreten können, werden im Start oder Betrieb die Inkre­ mente durch Vergleich mit zu erwartenden Werten oder Winkeln der Low- und High-Phasen gelernt, so daß eine permanente Korrektur mög­ lich ist.

Eine Anordnung der Winkelmarken in der Art, daß die Flanken mit gleichen Winkelabständen die Rückflanken der High-Phasen sind, er­ möglicht folgende Funktionen:

• - Im Start werden mit diesen Flanken die ersten Zündausgaben gene­ riert.
• - Bei Ausfall des Kurbelwellengebers wird mit diesen Winkelmarken allein eine Zylinderzuordnung erreicht und ein Notlauf realisiert.
• - Bei einer variablen Nockenwellenverstellung läßt sich durch Aus­ wertung dieser Flanken der Verstellwinkel erfassen.

Die Adaption der Flanken mit gleichen Winkelabständen läßt sich zur genauen Ausgabe der Zündung oder/und genauen Verstellwinkelerfassung einer variablen Nockenwellenverstellung heranziehen. Mit der gefun­ denen Zylinderzuordnung wird die Zeitsteuerung bei der Einspritzung bestimmt.

Claims (6)

1. Geberanordnung zur Zylindererkennung bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine mit einer von der Kurbelwelle angetriebenen Geberscheibe mit einer Vielzahl von Winkelmarken und wenigstens einer, einem festen Kurbelwellenwinkel zugeordneten, unterscheid­ baren Bezugsmarke und einer von der Nockenwelle angetriebenen Geber­ scheibe mit einer der Zylinderzahl entsprechenden Anzahl von Winkel­ marken mit unterschiedlichen Längen und unterschiedlichen Zwischen­ räumen, mit den Geberscheiben zugeordneten stationären Aufnehmern, die in Abhängigkeit von den vorbeilaufenden Marken Ausgangssignale mit Low- und High-Phasen abgeben, die in einem Steuergerät ausgewer­ tet werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Kurbelwellen­ impulse zwischen einer Vorder- und einer Rückflanke des Nockenwel­ lengebersignales gezählt werden und aus den so erhaltenen Zählwerten auf die Winkellage der Nockenwelle geschlossen wird, wobei sich gleiche Winkelmarken mit gleich großen Low- und High-Phasen durch das zusätzliche Erkennen der Bezugsmarke unterscheiden lassen und so eine eindeutige Zylinderzuordnung innerhalb eines Segmentes bei einer kleinsten Anzahl von unterschiedlichen Winkelmarken möglich ist.

2. Geberanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Abfolge der Zählwerte erkannt wird, welcher Zylinder der Brenn­ kraftmaschine sich im oberen Totpunkt befindet.

3. Geberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückflanken des Nockenwellengebersignales gleiche Abstände aufweisen.

4. Geberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Start an die erste Rückflanke nach Zylinder­ erkennung eine Zündausgabe angehängt wird um einen schnellstmögli­ chen Start zu gewährleisten.

5. Geberanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß bei einem Ausfall des Kurbelwellengebers ein Notlauf aktiviert wird und geeignete Flanken des Nockenwellengebersignales zur Zylindererkennung und Steuerung der Zündung und/oder Einsprit­ zung verwendet werden.

6. Geberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abfolge der Low- bzw. High-Phasen des Nockenwellengebersignales mit zu erwartenden, abgespeicherten Werten verglichen wird und bei Abweichung von diesen Werten eine Adaption bzw. Korrektur durchgeführt wird.