EP0643803A1 - Geberanordnung zur schnellen zylindererkennung bei einer mehrzylindrigen brennkraftmaschine. - Google Patents

Geberanordnung zur schnellen zylindererkennung bei einer mehrzylindrigen brennkraftmaschine.

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EP0643803A1 EP94910344A EP94910344A EP0643803A1 EP 0643803 A1 EP0643803 A1 EP 0643803A1 EP 94910344 A EP94910344 A EP 94910344A EP 94910344 A EP94910344 A EP 94910344A EP 0643803 A1 EP0643803 A1 EP 0643803A1
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cylinder
encoder
camshaft
crankshaft
internal combustion
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    • F02B2075/027—Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke having less than six strokes per cycle four

Definitions

  • the invention relates to an encoder arrangement for rapid cylinder detection in a multi-cylinder internal combustion engine.
  • crankshaft revolution rotates twice per work cycle and thus sweeps an angle of 720 degrees before a specific cylinder returns to the same working position.
  • it is therefore not sufficient to determine the angular position of the crankshaft within one revolution; rather, it must be determined whether the first or the second crankshaft revolution is present.
  • the two output signals are combined in the control device and the cylinder identification is carried out from the sequence of high and low phases of different lengths obtained in this way.
  • This known arrangement has the disadvantage that a relatively complex evaluation is required and the sequence of several segments has to be evaluated in order to unambiguously assign the cylinders, thereby preventing rapid ignition output.
  • a further sensor arrangement for cylinder recognition in which a sensor disk which rotates synchronously with the ignition distributor and which is scanned by a sensor has several aperture cutouts, one being widened and a disk having a reference mark connected to the crankshaft being present, which is scanned by a second transducer is known from DE-OS 36 34 587. With this arrangement, the crankshaft must rotate twice under unfavorable circumstances before cylinder identification is possible.
  • the sensor arrangement according to the invention for cylinder detection in a multi-cylinder internal combustion engine has the advantage that a simple evaluation is possible and the number of different segments on the disc connected to the camshaft is minimal even with a large number of cylinders, and the different segments are therefore good differentiate from each other.
  • These advantages are achieved by not only evaluating the sequences of the markings or segments of the camshaft disk, but also checking the occurrence of the reference mark, so that a combination of the signals from the camshaft sensor and the crankshaft sensor is used for cylinder detection. In order for such an evaluation to be possible, however, it must be ensured that an unambiguous assignment of the crankshaft and camshaft is guaranteed.
  • the length of the high and low phases can be achieved by simply counting the pulses generated by the large number of markings on the crankshaft encoder. It is also advantageous that a clear cylinder assignment can be made with the evaluation of only one segment, and so a fast ignition output and also a fast sequential injection is possible when starting.
  • FIGS. 2, 3 and 4 signal curves are given which are obtained for sensor disks which are adapted to four-, five- or six-cylinder internal combustion engines. Description of the embodiment
  • 10 denotes an encoder disk that is rigidly connected to the crankshaft 11 of the internal combustion engine and has a large number of similar angle marks 12 on its circumference.
  • a reference mark 13 is provided, which is formed, for example, by two missing angle marks.
  • a second encoder disk 14 is connected to the camshaft 15 of the internal combustion engine and has segments of different length on its circumference, the shorter ones being denoted by 17 and the longer ones by 16. There are spaces between these angle marks or segments, the longer ones have the reference symbol 18, the shorter ones 19.
  • the encoder disk 14 shown in FIG. 1 is shown for a six-cylinder internal combustion engine, the number of segments 16, 17 is selected so that it corresponds to the number of cylinders in the internal combustion engine.
  • the exact arrangement of the angular marks and the assignment of the angular marks 16, 17 to the marks of the crankshaft encoder disk is to be carried out in such a way that the signal sequences shown in FIG. 2 are obtained.
  • Corresponding arrangements are to be used for internal combustion engines with a different number of cylinders.
  • the two encoder disks 10, 14 are scanned by sensors 20, 21, for example inductive sensors or Hall sensors, the signals generated in the sensors as the angular marks pass by are fed to a control unit 22 and processed there.
  • the encoder disk 10 and the sensor 20 are referred to in the following as the crankshaft sensor, the sensor disk 14 and the sensor 21 as the camshaft sensor.
  • the control unit 22 receives, via inputs 23, 24, 25, further input variables required for controlling the internal combustion engine, which are supplied by suitable sensors. On the output side, the control unit 22 provides signals for the ignition and injection for components of the internal combustion engine that are not described in greater detail; the outputs of the control unit 22 are identified with 27 and 28.
  • the processed signal SK supplied by the crankshaft encoder is plotted in FIG. 2a.
  • the number of angle marks is 60-2, the missing two angle marks form the reference mark. Since one working cycle of the internal combustion engine extends over two crankshaft revolutions, twice 60-2 pulses must be generated by the crankshaft encoder with the selected arrangement.
  • FIG. 2b shows the signal curve SN for a four-cylinder internal combustion engine.
  • the camshaft encoder disc has two different segments, which lead to two different low and high phases in the signal. Because both the crankshaft sensor signal and that supplied by the camshaft sensor Signal evaluated, the same segments can be distinguished by the existing or non-existent reference mark in the segment.
  • the signal curve for a five-cylinder internal combustion engine is shown in FIG. 2c.
  • Three different segments are formed on the camshaft disk, which lead to three different low and high phases; the same segments can be differentiated into segments by the existing or non-existent reference mark.
  • the third segment can be distinguished from the other segments by the different low and high phases. In this case, it is also possible for the third segment to be characterized by equally large low and high phases.
  • FIG. 2d shows the signal curve for a six-cylinder internal combustion engine.
  • the camshaft disk has four different segments, which lead to four different low and high phases, the same segments differing in the segment by the existing or non-existing reference mark and the third and fourth segments differing in the different low - and distinguish high phases from others.
  • the signal sequences shown in FIG. 2 are evaluated in the control unit 22 of the internal combustion engine.
  • the signals according to FIG. 2a are always counted between edges of the signals 2b, c, d, the counting values achieved in this way, which are entered in FIGS. 2b, c, d, are cylinder-specific, so that the comparison of these counting values can be seen leaves what the current position of the crankshaft or camshaft is.
  • ZOT top dead center in which the ignition takes place
  • the differences between the different long low or high phases can be made the same, so that the possibility of differentiation is also as large as possible and the tolerance bands can be chosen large.
  • control unit 22 there is an assignment of the increments or angles in the low or high phases and the reference mark, so that a cylinder assignment together with the evaluation of the crankshaft signal is possible.
  • the resolution in determining the angles of the low and high phases is improved by means of an increment refinement of the crankshaft signal.
  • Such an incremental refinement is achieved in that five pulses are formed in the control unit 22, for example from each pulse of the signal according to FIG. 2a.
  • the increments are learned during start or operation by comparison with expected values or angles of the low and high phases, so that a permanent correction is possible.
  • the adjustment angle can be determined by evaluating these flanks.
  • the adaptation of the flanks with the same angular spacing can be used for the precise output of the ignition or / and the precise adjustment angle detection of a variable camshaft adjustment.
  • the timing of the injection is determined using the cylinder assignment found.

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Abstract

Es wird eine Geberanordnung zur Zylindererkennung bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine angegeben, mit einem Kurbelwellengeber mit einer Inkrementscheibe mit Bezugsmarke und einem Nockenwellengeber mit langen und kurzen Segmenten sowie kurzen und langen Zwischenräumen zwischen den Segmenten. Durch gemeinsame Auswertung der von den beiden Gebern gelieferten Pulsfolgen läßt sich die Länge der High- und Low-Phasen ermitteln. Da die Bezugsmarke bei der Auswertung mit berücksichtigt wird, kann die Anzahl verschiedener Segmentlängen auf der Nockenwellengeberscheibe verringert werden und eine schnelle und eindeutige Zylindererkennung erreicht werden. Die Auswertung des Kurbelwellen- und Nockenwellensignales ermöglicht eine zuverlässige Steuerung der Brennkraftmaschine. Bei Ausfall des Kurbelwellengebers kann allein mit Hilfe des Nockenwellengebers ein Notlauf der Brennkraftmaschine realisiert werden.

Description

Geberanordnung zur schnellen Zylindererkennung bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine
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 Asuwertung 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 Figur 1 eine grobe Übersicht der erfindungsgemäßen Geberanordnung, in den Figuren 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 Figur 1 sind in einer groben Übersicht die wesentlichsten Elemen¬ te der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer Brennkraftma¬ schinensteuerung dargestellt. Eine solche Anordnung ist prinzipiel bereits bekannt und wird beispielsweise in der noch nicht veröffent¬ lichten Patentanmeldung P 41 41 713 in ähnlicher Weise bereits ange¬ geben.
In Figur 1 ist mit 10 eine Geberscheibe bezeichnet, daß 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 Figur 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 Figur 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 Figur 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 Figur 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 Figur 2b ist der Signalverlauf SN für eine Vierzylinder-Brenn¬ kraftmaschine dargestellt. Die NockenweUengeberscheibe 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 Figur 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 in 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 Figur 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 Bezugzsmarke im Segment unterschei¬ den und das dritte und vierte Segment sich durch unterschiedliche Low- und High-Phasen von übrigen unterscheiden.
Die in Figur 2 dargestelten Signalabläufe werden im Steuergerät 22 der Brennkraftmaschine ausgewertet. Dabei werden die Signale nach Figur 2a immer zwischen Flanken der Signale 2b, c, d gezählt, die so erreichten Zählwerte, die in den Figuren 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 Figuren 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 NockenweUengeberscheibe 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 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

Ansprüche
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.
EP94910344A 1993-03-31 1994-03-18 Geberanordnung zur schnellen zylindererkennung bei einer mehrzylindrigen brennkraftmaschine Expired - Lifetime EP0643803B1 (de)

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