EP0262166B1 - Verfahren zur erkennung des arbeitstaktes eines zylinders einer brennkraftmaschine - Google Patents

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EP0262166B1
EP0262166B1 EP87901383A EP87901383A EP0262166B1 EP 0262166 B1 EP0262166 B1 EP 0262166B1 EP 87901383 A EP87901383 A EP 87901383A EP 87901383 A EP87901383 A EP 87901383A EP 0262166 B1 EP0262166 B1 EP 0262166B1
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cylinder
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Jörg BONITZ
Robert Entenmann
Siegmar FÖRSTER
Rochus Knab
Walter KÜNZEL
Wolfgang Kugler
Alfred Mahlberg
Bernhard Miller
Matthias Philipp
Siegfried Rohde
Stefan Unland
Walter Viess
Herbert Winter
Jürgen Zimmermann
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Robert Bosch GmbH
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D2041/0092—Synchronisation of the cylinders at engine start

Definitions

  • the invention relates to a method for recognizing the operating cycle of a cylinder of an internal combustion engine according to the preamble of the main claim.
  • the known ignition system comprises two sensors that are able to express the state parameters of the engine as electrical signals. These sensors are a piston stroke position sensor, with which the stroke of the individual pistons can be determined, and a pressure sensor, which supplies a signal representing the load on the engine. In addition to these two encoders, a speed encoder is also provided. The ignition can be controlled by evaluating the various encoder signals.
  • a device for measuring the angle of rotation of a rotary element in which an encoder disk connected to the crankshaft, which has several markings, is scanned by one or more sensors.
  • the instantaneous rotation angle of the crankshaft can be determined from the sequence of the individual pulses which are generated when the markings pass the sensor or sensors.
  • the present invention is based on the object of finding a method for detecting the operating cycle of a cylinder of an internal combustion engine, which has the high accuracy of the angular resolution of a sensor system and whose sensor wheel is located directly on the crankshaft of the internal combustion engine.
  • the method according to the invention with the characterizing features of the main claim has the particular advantage that it needs only one encoder. This is noticeable on the cost side. Another particular advantage is that the operational reliability of the system is increased, since the number of possible failures is reduced by the reduced number of system components.
  • Figure 1 shows a signal diagram to explain the mode of operation
  • Figure 2 shows a circuit diagram of the embodiment.
  • FIG. 1 In the first line of FIG. 1, an ignition sequence Z of a running five-cylinder internal combustion engine is shown during two crankshaft revolutions above the elapsed crankshaft angle. The firing order 1-2-4-5-3 of the individual cylinders is also given. It can be seen from this that a distance of two crankshaft revolutions is necessary from one working cycle of a cylinder to the next.
  • the illustration in FIG. 1 corresponds almost exactly to the behavior of the internal combustion engine during a quiet idling operation.
  • the second line of FIG. 1 shows a signal SK which originates from an encoder which responds to a label attached to an encoder disk which rotates synchronously with the crankshaft.
  • the signal SK thus corresponds to a pulse sequence which is formed by a sequence of individual pulses which are triggered every full revolution of the encoder disk.
  • the third line in FIG. 1 shows a signal SM which is proportional to the instantaneous speed of the crankshaft.
  • the signal SM is composed of a constant component SN, to which an oscillation resulting from the combustion processes in the internal combustion engine is superimposed.
  • SN constant component
  • the ripple of the signal SM is brought about by the successive change of the individual cylinders in the firing order, which are in a fixed phase relationship to one another via the crankshaft.
  • a signal SD is drawn, which was created by a digital comparison of the signal SM with its own direct component SN. That is, the signal SD changes its state each time the modulated signal SM becomes larger or smaller than its own mean value SN.
  • the detection of the operating cycle of cylinder no. 1 can be recognized in a simple manner from a joint examination of the signals SK and SD.
  • a simple logical combination of the signals SK and SD thus results in a detection signal SE, as is plotted in the fifth and last line of FIG. 1. Since the individual cylinders of the internal combustion engine are in a fixed phase relationship to one another, the work cycles of any cylinder can also be recognized by simple angle addition, but this is not shown further here to simplify the illustration.
  • FIG. 2 shows an encoder disk 1 which corresponds to an encoder disk on the internal combustion engine that actually rotates with the crankshaft.
  • the encoder disc 1 has a reference mark 11 and further angle marks 12.
  • the reference mark 11 simply consists of an angle mark 12 which has been divided for reference recognition.
  • a transmitter 2 is attached, the output signal of which is fed to a converter amplifier 3.
  • the converter amplifier 3 processes the voltage signals induced in the transmitter 2 into signals SM and SK, as shown in FIG. 1.
  • the signal SM appears at an output 31 and the signal SK at an output 32 of the converter amplifier 3.
  • the signal SM is passed on the one hand to a low-pass filter 4 and on the other hand to the inverting input of a comparator 5.
  • the comparator 5 has a low hysteresis, that is to say represents a Schmitt trigger.
  • the low-pass filter 4 forms the direct component SN of the signal SM at its output in accordance with the representations in FIG. 1.
  • the signal SK from the converter amplifier 3 and the output signal of the comparator 5, which corresponds to the signal SD of FIG. 1, is fed to a logic combination stage 6, which is connected such that a signal corresponding to the detection signal SE of FIG. 1 is produced at its output.
  • the logic stage 6 thus represents an AND stage with an inverting input.
  • the signals SE and SN can be tapped at two signal terminals 7, 8 for further processing, which is not shown for reasons of simplification.
  • the circuit shown in FIG. 2 can also be implemented in the software of a microcomputer. Last but not least, this solution is also available This is because the output signals of the encoder 2 are already in a form that is well suited for digital processing.
  • the signals of an increment system are used for cylinder detection according to the invention.
  • other signals are available for the cylinder detection according to the invention, which, like the rotation of the crankshaft, are also modulated by the combustion processes in the internal combustion engine.
  • Pressure signals in the intake tract, in the combustion chamber or in an exhaust pipe are particularly suitable.
  • battery voltage, temperature and mechanical vibrations of the motor are also suitable physical quantities.

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Description

  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Erkennung des Arbeitstaktes eines Zylinders einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruches.
  • Bei gewissen Arten von Steuerungen bei Brennkraftmaschinen, insbesondere der Zündung oder Einspritzung, ist eine Erkennung des Arbeitstaktes eines bestimmten Zylinders erforderlich. Üblicherweise ist hierfür ein Geber vorgesehen, der auf eine an der Nockenwelle der Brennkraftmaschine angebrachten Marke anspricht. Da aber hauptsächlich aufgrund des mechanischen Spiels die Winkelgenauigkeit dieses Gebers nicht ausreicht, wird dieses Gebersignal mit einem Signal eines Drehzahlgebers verknüpft, der auf Marken einer sich mit der Kurbelwelle drehenden Geberscheibe anspricht.
  • Aus der US-PS 3 592 178 ist ein elektronisches Zündsystem bekannt, bei dem zur Zündwinkelregelung und Zylindererkennung eine sich synchron mit dem Verteilerfinger des Zündverteilers drehende Geberscheibe verwendet wird. Ein Geber ist für eine kontinuierliche Drehwinkelinformation vorgesehen, ein weiterer Geber ist für eine Zylindererkennung vorgesehen.
  • Eine weitere elektronische Zündanlage für einen Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern, die es gestattet, den Zeitpunkt des Zündens des in den Zylinder eingespritzten Luft-Kraftstoff-Gemisches zu steuern, ist aus der Druckschrift FR-A-2 374 528 bekannt. Die bekannte Zündanlage umfaßt zwei Geber, die in der Lage sind, die Zustandsparameter des Motors als elektrische Signale auszudrücken. Diese Geber sind ein Kolbenhub-Positionsgeber, mit dem der Hub der einzelnen Kolben ermittelt werden kann, sowie ein Druckgeber, der ein die Belastung des Motors darstellendes Signal liefert. Neben diesen beiden Gebern ist auch noch ein Drehzahlgeber vorgesehen. Durch Auswertung der verschiedenen Gebersignale ist eine Steuerung der Zündung möglich.
  • Aus der DE-A-2 836 479 ist eine Einrichtung zur Messung des Drehwinkels eines Rotationselementes bekannt, bei der eine mit der Kurbelwelle verbundene Geberscheibe, die mehrere Markierungen aufweist, von einem oder mehreren Sensoren abgetastet wird. Aus der Aufeinanderfolge der einzelnen Impulse, die beim Vorbeilaufen der Markierungen an dem oder den Sensoren erzeugt werden, läßt sich der augenblicklich vorliegende Drehwinkel der Kurbelwelle ermitteln.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erkennung des Arbeitstaktes eines Zylinders einer Brennkraftmaschine zu finden, das die hohe Genauigkeit der Winkelauflösung eines Gebersystems besitzt und dessen Geberrad sich direkt an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine befindet.
  • Die gestellte Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den besonderen Vorteil, daß es mit einem einzigen Geber auskommt. Das macht sich vorteilhaft auf der Kostenseite bemerkbar. Ein weiterer besonderer Vorteil besteht darin, daß die Betriebssicherheit des Systems erhöht wird, da durch die verringerte Anzahl von Systemkomponenten die Anzahl der möglichen Ausfälle verringert wird.
  • Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben. Sie beruhen auf der Verwendung von physikalischen Größen der Brennkraftmaschine, die durch die laufenden Arbeitsprozesse der Brennkraftmaschine eine Veränderung erfahren. Die Signale von möglicherweise bereits für andere Zwecke an der Brennkraftmaschine angebrachten Gebern können bei der erfindungsgemäßen Lösung mitverwandt werden. Durch die damit mögliche Doppelausnutzung von Systemkomponenten ist eine weitere besonders vorteilhafte Kostenreduzierung für das Gesamtsystem möglich.
    • Zeichnung
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1 zeigt ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise; Figur 2 zeigt ein Schaltdiagramm des Ausführungsbeispieles.
    • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • In der ersten Zeile der Figur 1 ist eine Zündreihenfolge Z einer laufenden Fünfzylinder-Brennkraftmaschine während zwei Kurbelwellenumdrehungen über dem abgelaufenen Kurbelwellenwinkel dargestellt. Weiterhin ist die Zündreihenfolge 1-2-4-5-3 der einzelnen Zylinder angegeben. Es ist daraus ersichtlich, daß von einem Arbeitstakt eines Zylinders bis zum nächsten jeweils ein Abstand von zwei Kurbelwellenumdrehungen notwendig ist. Die Darstellung in der Figur 1 entspricht ziemlich genau dem Verhalten der Brennkraftmaschine während eines ruhigen Leerlaufbetriebes.
  • In der zweiten Zeile der Figur 1 ist ein Signal SK dargestellt, das von einem Geber herrührt, der auf eine an einer sich mit der Kurbelwelle synchron drehenden Geberscheibe angebrachten Marke anspricht. Das Signal SK entspricht also einer Pulsfolge, die durch eine Folge von Einzelimpulsen gebildet wird, welche bei jeder vollen Umdrehung der Geberscheibe ausgelöst werden.
  • In der dritten Zeile der Figur 1 ist ein Signal SM dargestellt, das proportional zur augenblicklichen Drehzahl der Kurbelwelle ist. Das Signal SM setzt sich zusammen aus einem Gleichanteil SN, dem eine von den Verbrennungsvorgängen in der Brennkraftmaschine herrührende Schwingung überlegert ist. Wälrend jedes Arbeitstaktes eines Zylinders wird nämlich die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine beschleunigt, während sich die anderen Zylinder im Verdichtungs-, Ausstoß- oder Ansaugtakt befinden und dabei Leistung verbrauchen. Durch den in der Zündreihenfolge aufeinanderfolgenden Wechsel der einzelnen Zylinder, die über die Kurbelwelle in einer festen Phasenbeziehung zueinander stehen, kommt dabei die Welligkeit des Signals SM zustande.
  • In der vierten Zeile der Figur 1 ist ein Signal SD eingezeichnet, das durch einen digitalen Vergleich des Signals SM mit seinem eigenen Gleichanteil SN entstanden ist. D.h., das Signal SD wechselt jedesmal dann seinen Zustand, wenn das modulierte Signal SM jeweils größer oder kleiner als sein eigener Mittelwert SN wird.
  • Wie nun leicht ersichtlich ist, läßt sich aus einer gemeinsamen Betrachtung der Signale SK und SD in einfacher Weise die Erkennung des Arbeitstaktes des Zylinders Nr. 1 erkennen. Durch eine einfache logische Verknüpfung der Signale SK und SD ergibt sich also ein Erkennungssignal SE, wie es in der fünften und letzten Zeile der Figur 1 aufgetragen ist. Da die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine in einer festen Phasenbeziehung zueinander stehen, lassen sich durch einfache Winkeladdition gleichfalls die Arbeitstakte jedes beliebigen Zylinders erkennen, was zur Vereinfachung der Darstellung aber hier nicht weiter gezeigt ist.
  • In Figur 2 ist eine Geberscheibe 1 dargestellt, die einer in Wirklichkeit sich mit der Kurbelwelle drehenden Geberscheibe an der Brennkraftmaschine entspricht. Die Geberscheibe 1 weist eine Bezugsmarke 11 und weitere Winkelmarken 12 auf. Die Bezugsmarke 11 besteht einfach aus einer Winkelmarke 12, die zur Bezugserkennung geteilt wurde. Gegenüber den Marken der Geberscheibe 1 ist ein Geber 2 angebracht, dessen Ausgangssignal auf einen Wandler-Verstärker 3 geführt wird. Der Wandlerverstärker 3 verarbeitet die in Geber 2 induzierten Spannungssignale zu Signalen SM und SK, wie sie in Figur 1 dargestellt sind. Dabei erscheint das Signal SM an einen Ausgang 31 und das Signal SK an einem Ausgang 32 des Wandlerverstärkers 3. Das Signal SM wird einerseits auf ein Tiefpaßfilter 4 und andererseits auf den invertierenden Eingang eines Vergleichers 5 geführt. Zur Verringerung der Störempfindlichkeit weist der Vergleicher 5 eine geringe Hysterese auf, stellt also einen Schmitt-Trigger dar. Das Triefpaßfilter 4 bildet an seinem Ausgang den Gleichanteil SN des Signales SM entsprechend den Darstellungen in der Figur 1. Das Signal SK aus dem Wandlerverstärker 3 und das Ausgangssignal des Vergleichers 5, das dem Signal SD der Figur 1 entspricht, werden auf eine logische Verknüpfungsstufe 6 geführt, die so geschaltet ist, daß an ihrem Ausgang ein Signal entsprechend dem Erkennungssignal SE der Figur 1 entsteht. Die Verknüpfungsstufe 6 stellt also eine UND-Stufe mit einem invertierenden Eingang dar. An zwei Signalklemmen 7, 8 können für eine aus Gründen der Vereinfachung nicht näher dargestellte Weiterverarbeitung die Signale SE bzw. SN abgegriffen werden.
  • In glatt äquivalenter Weise kann die in Figur 2 gezeigte Schaltung auch in der Software eines Mikrorechners realisiert werden. Diese Lösung bietet sich nicht zuletzt auch deswegen an, weil die Ausgangssignale des Gebers 2 bereits in einer für digitale Verarbeitung gut geeignten Form vorliegen.
  • Im bevorzugten Ausführungsbeispiel werden zur erfindungsgemäßen Zylindererkennung die Signale eines Inkrementsystems verwendet. Bei anderen bekannten Segmentsystemen bieten sich zur erfindungsgemäßen Zylindererkennung andere Signale an, die ebenfalls wie die Rotation der Kurbelwelle durch die Verbrennungsvorgänge in der Brennkraftmaschine moduliert werden. Hierbei sind insbesondere Drucksignale im Ansaugtrakt, im Verbrennungsraum oder in einer abgasführenden Leitung geeignet. Es bieten sich aber auch Batteriespannung, Temperatur und mechanische Schwingungen des Motors als geeignete physikalische Größen an.

Claims (7)

  1. Verfahren zur Erkennung des Arbeitstaktes eines Zylinders bei einer Brennkraftmaschine mit ungerader Zylinderzahl, insbesondere bei einem Viertakt-Kolbenmotor, wobei ein erstes Signal (SK) durch Abtastung einer sich mit der Kurbelwelle synchron drehenden Geberscheibe mit einer Marke erhalten wird, wobei das erste Signal (SK) einem festen Kurbelwellenwinkel zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Signal (SD) gebildet wird, das der Grundfrequenz der Verbrennungsvorgänge in der Brennkraftmaschine zugeordnet ist und daß ein Erkennungssignal (SE) durch eine logische Verknüpfung des ersten und zweiten Signals gebildet wird, wenn diese logische Verknüpfung einen vorgegebenen Zusammenhang zwischem dem ersten (SK) und dem zweiten Signal (SD) zeigt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal durch eine Drehzahlvariation oder Beschleunigung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gebildet wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal durch ein Drucksignal der Brennkraftmaschine gebildet wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal durch die Batteriespannung gebildet wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal durch ein Temperatursignal der Brennkraftmaschine gebildet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Signal digitale Signale sind, daß das erste Signal dann einen bestimmten logischen Zustand einnimmt, wenn sich in einem Zylinder der Brennkraftmaschine durch die Kolbenbewegung der Arbeitsraum vergrößert und daß das zweite Signal dann einen bestimmten logischen Zustand einnimmt, wenn in der Brennkraftmaschine ein Verbrennungsvorgang stattfindet.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Verknüpfung eine UND-Verknüpfung ist.
EP87901383A 1986-04-04 1987-03-06 Verfahren zur erkennung des arbeitstaktes eines zylinders einer brennkraftmaschine Expired - Lifetime EP0262166B1 (de)

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