DE69922840T2 - Vorrichtung in einer brennkraftmaschine - Google Patents

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Description

  • FACHGEBIET DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung für Verbrennungsmotoren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
  • STAND DER TECHNIK
  • Während des Startens eines Vier-Takt-Motors ist es von Bedeutung, dass die Zündung an der richtigen Phasenstellung für jeden Zylinder so früh wie möglich stattfindet. Ottomotoren haben herkömmlicherweise eine integrierte mechanische Kopplung zwischen der Kurbelwelle des Motors und einem Zündverteiler, der von einer Nockenwelle angetrieben wird, und es war in analoger Weise üblich, Dieselmotoren mit einer Kraftstoffeinspritzpumpe auszustatten, die mit der Kurbelwelle des Motors mechanisch gekoppelt ist. Die Herstellung von Motoren hat somit die Einrichtung einer direkten mechanischen Verbindung zwischen der Kurbelwelle des Motors und der die Zündung auslösenden Vorrichtung umfasst. Bestimmte Motoren jüngerer Bauart, sowohl Ottomotoren als auch Dieselmotoren, haben keine derartige direkte mechanische Kopplung zum Bestimmen der Zündung, sondern nutzen stattdessen Mittel, um zu Bestimmen, in welcher Phasenposition sich der Motor befindet und wann die Zündung in jedem Zylinder einzuleiten ist. Eine derartige Lösung ist in EP-A2-486 088 beschrieben.
  • Es wurden verschiedene Verfahren zum Minimieren der Startzeit angegeben, umfassend dass "trial and error"-Prinzip (Versuchs- und Irrtums-Verfahren), wodurch eine bestimmte Phasenposition für jeden Zylinder angenommen wird, wobei es in derartigen Systemen allerdings eine bestimmte Anzahl von Kurbelwellenumdrehungen erfordert, um sicherzustellen, dass die Annahme richtig war.
  • Eine weitere Anordnung der eingangs erwähnten Art ist aus der DE-A1-42 30 616 bekannt. Diese bekannte Anordnung setzt einen ersten Sensor ein, um Referenzmarkierungen auf einer Sensorscheibe auszulesen, die dem Schwungrad des Motors zugeordnet ist, während ein zweiter Sensor dazu verwendet wird, um eine Referenzmarkierung auf einer Sensorscheibe auszulesen, die der Nockenwelle des Motors zugeordnet ist. Das Ausschalten des Motors führt dazu, dass die letzte Win kelposition gemessen und in einem nicht-flüchtigen Speicher gespeichert wird. Der Grund für diese Anordnung liegt in dem Bestreben, dazu in der Lage zu sein, unmittelbar nach dem Starten die Einspritzung in jeden Zylinder von der korrekten Zylinderfolge und der korrekten Phasenposition abhängig zu machen.
  • Allerdings bringt die bekannte Anordnung bestimmte Probleme mit sich, von denen eines darin besteht, dass ein Nockenwellensensor eine große Ausleseunsicherheit aufweist, da die relativ kleine Sensorscheibe eine kleine Anzahl von Pulsen pro Umdrehung erzeugt, bei der bekannten Anordnung lediglich einen Puls pro Nockenwellenumdrehung. Darüber hinaus führt das System dann, wenn der nicht-flüchtige Speicher fehlerhaft arbeitet oder eine Motorbewegung stattfindet, nachdem der Motor ausgeschaltet wurde, zu einer relativ langen Startprozedur, da in derartigen Situationen eine relativ lange Motordrehung, das heißt im Prinzip gemäß der erstgenannten Technik, erforderlich ist, um die korrekte Kurbelwellenposition zu bestimmen, was zu einem verzögerten Starten des Motors führt. Ferner bringt das Prinzip der Verwendung eines Kurbelwellensensors oder eines Nockenwellensensors Zuverlässigkeitsprobleme hinsichtlich des Betriebs des Motors mit sich, da im Prinzip lediglich ein Sensor, nämlich der Kurbelwellensensor, in der Praxis die Einspritzung in die Zylinder des Motors steuert. Mechanisches oder elektrisches Versagen dieses Sensors führt zu Problemen beim Betrieb des Dieselmotors.
  • Allgemeiner Stand der Technik hinsichtlich der Bestimmung der Drehrichtung einer Achse an sich ist aus einer Vielzahl von Patenten bekannt. US 5,447,143 beschreibt eine derartige Lösung zur Anwendung bei einem Generator, wobei zwei Sensoren dazu angeordnet sind, um ein und dieselbe Öffnung in einer Scheibe zu erfassen. Die Sensoren müssen nahe zueinander angeordnet werden, um eine gleichzeitige Erfassung der Öffnung zu ermöglichen. Diese Lösung ermöglicht nicht die Erfassung einer Drehposition der Achse und ist deshalb nicht dazu geeignet, in einer Anwendung in einem Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung eingesetzt zu werden.
  • AUFGABE UND EIGENSCHAFTEN DER ERFINDUNG
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Probleme gemäß dem Stand der Technik zu beseitigen und eine Lösung anzugeben, die zu einer höheren Zuverlässigkeit sowohl beim Starten als auch beim dauerhaften Betrieb des Motors führt und die es ermöglicht, dass ein Starten des Motors schneller erreicht werden kann.
  • Diese Aufgabe wird in einer Anordnung der vorstehend bezeichneten Art mittels der Merkmale des Kennzeichens von Patentanspruch 1 gelöst.
  • Beide der Sensoren, die Kurbelwellensensoren sind, führen zu einer verdoppelten Betriebszuverlässigkeit und verbessern die Möglichkeit, schnell die Position des Motors zu bestimmen, insbesondere in einem Fall eines plötzlichen Stoppens und anschließenden Fortsetzens der Kurbelwellendrehung oder einer Drehung der Kurbelwelle in verschiedenen Richtungen. Die angegebene Verlagerung macht es somit einfach für das Steuersystem, sehr schnell die Richtung zu bestimmen, in der sich der Motor dreht.
  • Gemäß der Erfindung arbeiten die beiden Sensoren (S1, S2) mit derselben Gruppe von Drehpositionsmarkierungen (r) zusammen. Dies führt zu einer vereinfachten und kostengünstigeren Montage einer Anordnung gemäß der Erfindung.
  • Jede Gruppe von Drehpositionsmarkierungen (r) weist einen Drehpositionsmarkierungszwischenraum (L) auf, wobei sich als Ergebnis eine geeignete Möglichkeit zur Bestimmung der Drehposition der Kurbelwelle ergibt.
  • Das Anordnen der beiden Sensoren in einem winkelmäßigen Abstand in der Drehrichtung, der größer als der Synchronisationszwischenraum ist, führt auch zu der Möglichkeit, die Schwungradposition mit größerer Genauigkeit bei jeder Umdrehung zu messen. Verwendet man einen Sensor, wenn der Synchronisationszwischenraum den anderen Sensor gerade passiert und dieser deshalb "blind" ist, so werden dadurch Nachteile beseitigt, die daraus resultieren, dass das System während des Zeitraums "blind" ist, wenn der Zwischenraum den Sensor passiert. Gleiches gilt in umgekehrter Weise für den jeweils anderen Sensor.
  • Das Merkmal, durch welches ein Abstand der gegenseitigen Drehposition der Sensoren von 0 und von A/2 und selbst von einem Vielfachen von A abweicht, wobei A der Abstand zwischen zwei Drehpositionsmarkierungen ist, führt zu einer vorteilhaften und praktisch realisierbaren Anordnung jeweiliger Positionen der Sensoren relativ zueinander.
  • Die abhängigen Ansprüche geben vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung an.
  • Es ist vorteilhaft, dass das Steuersystem einen nicht-flüchtigen Speicher aufweist, der dazu ausgebildet ist, die Drehposition der Kurbelwelle zu speichern, wenn der Motor ausgeschaltet wird, wobei im Hinblick darauf, wenn der Motor eingeschaltet wird, dieselbe Position verwendet wird. Unter normalen Umständen bedeutet dies, dass die Motorstartzeit auf ein Minimum reduziert werden kann.
  • Es ist auch vorteilhaft, wenn der Speicher derart ausgebildet ist, dass er dauerhaft während des Motorbetriebs aktualisiert wird, um sicherzustellen, dass die richtige Zylinderposition konstant aktualisiert wird.
  • In Fällen, in denen die Drehpositionsmarkierungen (r) aus Ausnehmungen in dem Schwungrad (H) des Motors bestehen, kann eine herkömmliche einfache Anordnung von Drehpositionsmarkierungen in Verbindung mit der Erfindung verwendet werden.
  • Es ist vorteilhaft, dass der gegenseitige Drehpositionsabstand der Sensoren zwischen 20 und 30%, vorteilhafterweise bei etwa 25%, des Abstandes zwischen zwei Drehpositionsmarkierungen liegt, um eine optimale Möglichkeit einer ausgezeichneten Signalauflösung zu erzeugen.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Weitere Vorteile werden nachfolgend durch die folgende detaillierte Beschreibung eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die Zeichnungen angegeben, in denen:
  • 1 schematisch ein Schwungrad mit Referenzmarkierungen und zwei Sensoren darstellt,
  • 2 schematisch die kompletten Ausgangssignale von den Sensoren in 1 darstellt, und
  • 3 detaillierter in größerem Maßstab einen Ausschnitt der Sensorsignalsequenzen Zeigt.
  • BESCHREIBUNG EINES AUSFÜHRUNGSBEISPIELS
  • Das hierin beschriebene Ausführungsbeispiel betrifft einen Viertakt-Vierzylinder-Direkteinspritz-Dieselmotor für die Verwendung in einem Fahrzeug, wobei die Erfindung dazu eingesetzt wird, um zu bestimmen, wann eine Kraftstoffeinspritzung in einen Zylinder stattzufinden hat, und um dadurch auch zu bestimmen, wann die Einspritzung in den Zylinder stattzufinden hat. Wenn die Kurbelwellenposition für diesen Zylinder bestimmt wurde, können danach die Positionen für die weiteren Zylinder in herkömmlicher Weise bestimmt werden.
  • In 1 bezeichnet das Bezugszeichen H in üblicher Weise ein Schwungrad, das mit der Kurbelwelle des Motors gekoppelt ist und das entlang des Umfangs mit einer Anzahl von 58 Referenzmarkierungen in Form von Drehpositionsmarkierungen r 1-58 versehen ist. L bezeichnet einen Markierungszwischenraum, in dem keine Drehpositionsmarkierungen über einen Abstand vorhanden sind, der zwei derartigen Drehpositionsmarkierungen entspricht. In der Praxis bestehen die Drehpositionsmarkierungen r aus Löchern, die in das Schwungrad H eingebohrt sind. S1 und S2 bezeichnen zwei Kurbelwellensensoren, die in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen diametral einander gegenüberliegend angeordnet sind, jedoch mit einem bestimmten Versatz a, der einen kleinen Teil des Abstands A zwischen zwei einander benachbarten Drehpositionsmarkierungen r bildet. Die Kurbelwellensensoren S1 und S2 können induktive Sensoren, Hall-Effekt-Sensoren oder Sensoren irgendeiner geeigneten Art sein. Die Ausgangssignale von den Sensoren werden über Signalleitungen K1 und K2 jeweils zu dem Steuersystem des Motors geleitet.
  • 2 stellt die Ausgangssignalsequenzen von den beiden Sensoren dar, wobei die obere Signalkurve die Signale von dem einen Sensor S1 und die untere Signalkurve Signale von dem anderen Signalsensor S2 wiedergibt. Es ist ersichtlich, dass der Abstand zwischen zwei Signalspitzen 360°/60, das heißt 6° in der Drehrichtung beträgt.
  • 3 stellt im Detail in größerem Maßstab die Signalspitzen von den Kurbelwinkelsensoren S1 und S2 dar, wobei A der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgend benachbarten Referenzspitzen ist, wobei a der (kürzeste) Abstand zwischen zwei unmittelbar aufeinanderfolgenden Signalspitzen von den jeweiligen Kurbelwellensensoren ist. Die Abstände A und a beginnen in diesem Beispiel an den Mittelpunkten der jeweiligen Signale/Drehpositionsmarkierungen.
  • 3 zeigt, dass es erforderlich ist, dass der Abstand a erfassbar sich von 0 und erfassbar von A/2 unterscheidet, um dazu in der Lage zu sein, die Drehrichtung zu erfassen. Der Abstand a muss natürlich auch von geradzahligen Vielfachen von A abweichen. Eine optimale Auflösung wird erreicht, wenn a 25% von A beträgt, jedoch ist es in der Praxis vorteilhaft, wenn a zwischen etwa 20 und 30% von A beträgt. Eine Erfassung der Drehrichtung von links nach rechts in 3 (in 1 entgegen dem Uhrzeigersinn) führt anfangs zu einer Erfassung eines ersten Pulses von 51, gefolgt kurz danach (entsprechend zu a) von einem ersten Puls durch S2 und, eine längere Zeit danach (entsprechend A) des zweiten Pulses durch S1. aus dieser Information des Steuersystems kann das Steuersystem die Drehrichtung zu der jeweiligen Zeit ableiten. Wenn eine umgekehrte Drehrichtung erfasst wird, wird sich die Pulsfolge ergeben, wie sie in 3 von links nach rechts betrachtet erkennbar ist.
  • Die Erfindung wird vorteilhafterweise in Verbindung mit einem nicht-flüchtigen Speicher eingesetzt, der derart angeordnet ist, dass er dauerhaft während des Motorbetriebs aktualisiert wird und der derart angeordnet ist, dass er die letzte erfasste Motorposition speichert, wenn der Motor ausgeschaltet wird. Dies bedeutet, dass die Zeit zum Starten, das heißt der korrekte Zeitpunkt einer Einspritzung in den richtigen Zylinder, auf ein Minimum reduziert werden kann.
  • Die Erfindung kann im Rahmen der Patentansprüche modifiziert werden, beispielsweise können die Drehpositionsmarkierungen in einer andersartigen Weise vorgesehen werden und die Kurbelwellensensoren können andersartig als im Wesentlichen diametral einander gegenüberliegend angeordnet werden. In jedem Fall müssen die Sensoren derart angeordnet werden, dass im Prinzip zwei von einem Sensor erhaltene Pulse und ein Puls von dem anderen Sensor ausreichen, um die Drehrichtung des Motors zu bestimmen.
  • Es kann allgemein festgestellt werden, dass das Einspritzsystem des Motors insgesamt von dem Steuersystem abhängt, welches eine genaue Kenntnis der Position der Kurbelwelle besitzt. Die Verwendung von zwei Kurbelwellensensoren verbessert auch wesentlich die Betriebszuverlässigkeit während eines dauerhaften Betriebs des Motors, da ein Versagen eines Kurbelwellensensors in derartigen Umständen vorteilhaft von dem verbleibenden Sensor kompensiert wird. Die aktuelle Auflösung wird auch verbessert, da die Löcher in dem Schwungrad in verschiedenen Positionen ausgelesen werden, was zu einer Anzahl von Positionsmessungen führt, die doppelt so groß ist, wie die durch lediglich einen Sensor bereitgestellte Anzahl von Positionsmessungen.

Claims (6)

  1. Anordnung für Verbrennungsmotoren mit einem Steuersystem zum Bestimmen der Position und Drehrichtung der Kurbelwelle des Motors, umfassend zwei unabhängige Sensoren (S1, S2) die mit Drehpositionsmarkierungen zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, – dass beide Sensoren Kurbelwellensensoren (S1, S2) sind, von denen jeder mit ein und derselben Gruppe von der Motorkurbelwelle zugeordneten Drehpositionsmarkierungen (r) zusammenwirkt, – dass jede Gruppe von Drehpositionsmarkierungen (r) einen Drehpositionsmarkierungszwischenraum (L) aufweist, – dass die Sensoren zueinander in der Drehrichtung relativ zu den Mittelpunkten der jeweiligen Drehpositionsmarkierungen versetzt (a/A) sind, – dass der gegenseitige Drehpositionsversatz (a) der Sensoren (S1, S2) von 0 und von A/2 und von geradzahligen Vielfachen von A abweicht, wobei A der Abstand zwischen zwei Drehpositionsmarkierungen (r) ist, – dass der gegenseitige Drehpositionsversatz (a) der Sensoren (S1, S2) größer als der Markierungszwischenraum (L) ist, so dass während einer Kurbelwellendrehung die Drehrichtung durch Vergleich der Sensorsignalsequenzen von den beiden Sensoren bestimmt werden kann, – dass zwei Gruppen von Markierungszwischenräumen (A, L) zwischen den Positionsmarkierungen (r) vorgesehen sind und dass der Versatz in der Drehrichtung der beiden Sensoren (S1, S2) größer als der größte dieser Markierungszwischenräume (A, L) ist.
  2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuersystem einen nicht-flüchtigen Speicher aufweist, der derart ausgebildet ist, dass er dann, wenn der Motor ausgeschaltet wird, die Drehposition der Kurbelwelle zur Verwendung für einen Zeitpunkt speichert, wenn der Motor neu gestartet wird.
  3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher derart ausgebildet ist, dass er kontinuierlich während des Betriebs des Motors aktualisiert wird.
  4. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehpositionsmarkierungen (r) die Form von Ausnehmungen in dem Schwungrad (H) des Motors besitzen.
  5. Anordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gegenseitige Drehpositionsversatz (a/A) der Sensoren (S1, S2) zwischen etwa 20 und 30% des Abstandes (A) zwischen zwei Drehpositionsmarkierungen (r) beträgt.
  6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der gegenseitige Drehpositionsversatz (a/A) der Sensoren (S1, S2) etwa 25% des Abstandes (A) zwischen zwei Drehpositionsmarkierungen (r) beträgt.
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