EP0643803B1 - Geberanordnung zur schnellen zylindererkennung bei einer mehrzylindrigen brennkraftmaschine - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to an encoder arrangement for rapid cylinder detection in a multi-cylinder internal combustion engine according to the preamble of the main claim.
- 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 unit 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, as a result of which rapid ignition output is prevented.
- the sensor arrangement according to the invention for cylinder recognition in a multi-cylinder internal combustion engine has the advantage that a simple evaluation is possible and the number of different types of segments on the disk connected to the camshaft is minimal even with a large number of cylinders, and as a result the different segments differ well from one another.
- 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 carried out with the evaluation of only one segment and thus a fast ignition output and also a fast sequential injection is possible when starting.
- FIGS. 2, 3 and 4 show a rough overview of the sensor arrangement according to the invention, in 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.
- 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 lengths on its circumference, the shorter ones being designated 17 and the longer ones being designated 16. There are spaces between these angle marks or segments, the longer ones have the reference symbol 18, the shorter ones 19th
- the encoder disk 14 shown in Figure 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 sensor disk is to be carried out in such a way that the signal sequences shown in FIG. 2 are obtained. Appropriate arrangements must 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 further processed there.
- the encoder disk 10 and the sensor 20 are referred to below as crankshaft sensors, the sensor disk 14 and the sensor 21 as camshaft sensors.
- 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 sensor disk 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.
- FIG. 2c shows the signal curve for a five-cylinder internal combustion engine.
- Three different segments are formed on the camshaft pulley, 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.
- the signal curve for a six-cylinder internal combustion engine is shown in FIG. 2d.
- 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-existent reference mark, and the third and fourth segments differing in their 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 shows that what the current position of the crankshaft or camshaft is. It is shown in FIGS. 2b, c, d in each case which cylinder 1 to 4, 1 to 5 or 1 to 6 is currently at its top dead center in which the ignition takes place (ZOT).
- the differences between the various 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 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. With the cylinder assignment found, the timing of the injection is determined.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft eine Geberanordnung zur schnellen Zylindererkennung 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 bestimmen, vielmehr muß erfaßt werden, ob gerade die erste oder die zweite Kurbelwellenumdrehung vorliegt.
- Dazu ist es beispielsweise aus der nicht vorveröffentlichten DE-Patentanmeldung 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 verbundene Scheibe abtastet. Diese Scheibe weist unterschiedlich lange, auf die Zylinderzahl abgestimmte Markierungen auf, die im Geber ein Ausgangssignal verursachen, das zur Zylinderidentifikation herangezogen 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 Zylinderidentifikation durchgeführt.
- Diese bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß eine relativ aufwendige Auswertung erforderlich ist und zur eindeutigen Zylinderzuordnung die Folge von mehreren Segmenten ausgewertet werden muß, wodurch 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 aufweist, wobei einer verbreitert ist und weiterhin eine mit der Kurbelwelle 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 Kurbelwelle unter ungünstigen Umständen zweimal drehen, bevor eine Zylinderidentifikation möglich ist.
- Die erfindungsgemäße Geberanordnung zur Zylindererkennung bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine hat demgegenüber den Vorteil, daß eine einfache Auswertung möglich ist und die Zahl der verschiedenartigen Segmenten auf der mit der Nockenwelle verbundenen Scheibe auch bei großer Zylinderzahl minimal ist und dadurch sich die verschiedenen Segmente gut voneinander unterscheiden.
- Erzielt werden diese Vorteile, indem nicht nur die Abfolgen der Markierungen 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 sichergestellt sein, daß eine eindeutige Zuordnung von Kurbel- und Nockenwelle gewährleistet ist.
- Besonders vorteilhaft ist, daß die Länge der High- und der Low-Phasen 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 schnelle Zündausgabe und auch eine schnelle sequentielle Einspritzung im Startfall möglich ist.
- Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Geberanordnung werden mit den in den Unteransprüchen angegebenen Merkmalen erzielt.
- Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden 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 Brennkraftmaschinen angepaßt sind.
- In Figur 1 sind in einer groben Übersicht die wesentlichsten Elemente der vorliegenden Erfindung in Verbindung mit einer Brennkraftmaschinensteuerung dargestellt. Eine solche Anordnung ist prinzipiel bereits bekannt und wird beispielsweise in der noch nicht veröffentlichten Patentanmeldung P 41 41 713 in ähnlicher Weise bereits angegeben.
- 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 vorgesehen, die beispielsweise durch zwei fehlende Winkelmarken gebildet wird.
- Eine zweite Geberscheibe 14 ist mit der Nockenwelle 15 der Brennkraftmaschine 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 kürzeren 19.
- Die in Figur 1 dargestellte Geberscheibe 14 ist für eine Sechszylinder-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 Zuordnung der Winkelmarken 16, 17 zu den Marken der Kurbelwellen-Geberscheibe ist so vorzunehmen, daß die in Figur 2 dargestellten Signalabläufe erhalten werden. Für Brennkraftmaschinen mit anderer Zylinderzahl sind entsprechende Anordnungen einzusetzen.
- Die beiden Geberscheiben 10, 14 werden von Aufnehmern 20, 21, beispielsweise induktiven Aufnehmern oder Hall-Sensoren abgetastet, die beim Vorbeilaufen der Winkelmarken in den Aufnehmern erzeugten Signale werden einem Steuergerät 22 zugeführt und dort weiter verarbeitet. Die Geberscheibe 10 und der Aufnehmer 20 werden im folgenden 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 Steuergerät 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-Brennkraftmaschine 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 vorhandene bzw. nicht vorhandene Bezugsmarke im Segment unterschieden werden.
- In Figur 2c ist der Signalverlauf für eine Fünfzylinder-Brennkraftmaschine dargestellt. Auf der Nockenwellenscheibe sind drei unterschiedliche Segmente ausgebildet, die zu drei unterschiedlichen Low- und High-Phasen führen, gleiche Segmente lassen sich durch die vorhandene bzw. nicht vorhandene Bezugsmarke in Segment unterscheiden. Das dritte Segment kann durch die unterschiedlichen Low- und High-Phasen von den übrigen Segmenten unterschieden werden. In diesem 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-Brennkraftmaschine 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 unterscheiden 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 Zählwerte 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 Nockenwellengeberrad ist darauf zu achten, daß das Gebersignal in den richtigen Winkelpositionen die Übergänge von High zu Low bzw. Low zu High aufweist.
- 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 Zylinderzuordnung zusammen mit der Auswertung des Kurbelwellensignales möglich ist. Mittels einer Inkrementverfeinerung des Kurbelwellensignales 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 Abweichungen auftreten können, werden im Start oder Betrieb die Inkremente durch Vergleich mit zu erwartenden Werten oder Winkeln der Low- und High-Phasen gelernt, so daß eine permanente Korrektur möglich ist.
- Eine Anordnung der Winkelmarken in der Art, daß die Flanken mit gleichen Winkelabständen die Rückflanken der High-Phasen sind, ermöglicht folgende Funktionen:
- Im Start werden mit diesen Flanken die ersten Zündausgaben generiert.
- Bei Ausfall des Kurbelwellengebers wird mit diesen Winkelmarken allein eine Zylinderzuordnung erreicht und ein Notlauf realisiert.
- Bei einer variablen Nockenwellenverstellung läßt sich durch Auswertung 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 gefundenen Zylinderzuordnung wird die Zeitsteuerung bei der Einspritzung bestimmt.
Claims (6)
- 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, unterscheidbaren Bezugsmarke und einer von der Nockenwelle angetriebenen Geberscheibe mit einer der Zylinderzahl entsprechenden Anzahl von Winkelmarken mit unterschiedlichen Längen und unterschiedlichen Zwischenräumen, wobei eine Winkelmarke und ein benachbarter Zwischenraum ein Segment bilden, mit den Geberscheiben zugeordneten stationären Aufnehmern, die in Abhängigkeit von den vorbeilaufenden Marken Ausgangssignale mit Low- und High-Phasen abgeben, die in einem Steuergerät ausgewertet werden, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die die Zahl der Kurbelwellenimpulse zwischen einer Vorder- und einer Rückflanke des Nockenwellengebersignales zählen und aus den so erhaltenen Zählwerten auf die Winkellage der Nockenwelle schließen, wobei die Anordnung derart ist, daß gleiche Segmente mit gleich großen Low- und High-Phasen vorgesehen sind, die sich immer 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.
- Geberanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus der Abfolge der Zählwerte erkannt wird, welcher Zylinder der Brennkraftmaschine sich im oberen Totpunkt befindet.
- Geberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückflanken des Nockenwellengebersignales gleiche Abstände aufweisen.
- Geberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im Start an die erste Rückflanke nach Zylindererkennung eine Zündausgabe angehängt wird um einen schnellstmöglichen Start zu gewährleisten.
- Geberanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Ausfall des Kurbelwellengebers ein Notlauf aktiviert wird und geeignete Flanken des Nockenwellengebersignales zur Zylindererkennung und Steuerung der Zündung und/oder Einspritzung verwendet werden.
- 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.
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