EP0678159B1 - Einrichtung zur kurbelwellensynchronen erfassung einer sich periodisch ändernden grösse - Google Patents

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EP0678159B1
EP0678159B1 EP94918296A EP94918296A EP0678159B1 EP 0678159 B1 EP0678159 B1 EP 0678159B1 EP 94918296 A EP94918296 A EP 94918296A EP 94918296 A EP94918296 A EP 94918296A EP 0678159 B1 EP0678159 B1 EP 0678159B1
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EP
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segment
crankshaft
dependent signal
signal
internal combustion
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Andreas Roth
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Robert Bosch GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/18—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow
    • F02D41/187—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow using a hot wire flow sensor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/18—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow

Definitions

  • the invention relates to a device crankshaft synchronous detection of a periodically changing size in an internal combustion engine, in particular the burden, according to the genus of the main claim.
  • features of the main claim have the advantage that on the one hand a very precise averaging is possible and on the other hand the exact intake manifold pressure curve or exact course of the intake air quantity can be determined can. So it is also possible to do that per work cycle to determine the intake air mass precisely. Overall is one particularly accurate and reliable load determination possible.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the device according to the invention
  • FIG. 2 are associated Signal sequences shown, based on which the invention is explained.
  • the surface of the disk 12 has a number of markings 13a, 13b, 13c which is matched to the number of cylinders of the internal combustion engine. In the case shown in Figure 1, there are three markings, such a disc is used in a six-cylinder internal combustion engine. An area labeled ⁇ KW forms a so-called segment. This area is defined in FIG. 1 as the angle between the rear flank of the mark 13a and the rear flank of the mark 13b.
  • the disk 12 is scanned by a fixed sensor 14, the output signal of which is fed to the control unit 10 as the input signal E 1 and is further processed there.
  • the intake manifold of the internal combustion engine is designated, 16 schematically represents the throttle valve which is arranged in the intake manifold. 17 shows an area of the intake manifold that acts as a pneumatic filter and 18 is a hot-wire air mass meter HLM that registers the air flowing through and the output signal of which is supplied to control unit 10 as signal U LH .
  • An HFM can also be used instead of an HLM.
  • 19 denotes a pressure sensor which is arranged in the intake manifold, for example at one of the locations shown, and measures the intake manifold pressure. This sensor is also connected to the control unit 10, in which the output signals U LP of the pressure sensor are also processed. The control unit 10 supplies output signals A for regulating the internal combustion engine, in particular the ignition and injection.
  • the output signals of the load sensor i.e. the pressure sensor or the air mass meter are suitably processed, in particular they can be filtered so that a periodic waveform arises, which then is processed further.
  • FIG. 2a shows one obtained from the crankshaft sensor Signal shown, only these signal parts applied as the backs of the brands pass by 13a, 13b, 13c are generated on the crankshaft sensor 14.
  • the Distance between the signal edges is for that Embodiment according to Figure 1 120 ° / KW, so it corresponds just one segment.
  • the course of the load signal U L is shown in FIG. 2c. This is either the signal U LH coming from the hot wire or hot film air mass meter or the signal from the pressure sensor U LP arranged in the intake manifold. This signal fluctuates periodically with a period length that corresponds to a segment length or an angle of ⁇ KW .
  • the output signal of the pressure sensor is set in essentially linearly dependent on the pressure DC voltage signal with a superimposed sinusoidal pulsation in the entire speed range.
  • actual waveform is for understanding the Invention irrelevant, it is therefore only periodic Share shown.
  • the pressure sensor is installed directly in the intake manifold, a additional filters can be used, but it is not absolutely necessary for a reliably evaluable signal be preserved.
  • the signal according to Figure 2c is in one in the control unit special grid, for example in a 1 millisecond grid. It is essential that the sampling starts in the same place for each segment. The Synchronization of the scanning takes place depending on the Signal edges according to Figure 2a. Would this synchronization would not be carried out because of the constant Sampling intervals even when the engine is stationary a beat in the load signal.
  • the first scan takes place in the illustrated Embodiment one millisecond after the occurrence of the first edge of the signal according to FIG. 2a.
  • the first scan is designated 1 in Figures 2b and 2c.
  • the second scan occurs a millisecond later and is labeled 2.
  • the fourth scan is the last in the first segment.
  • the fifth scan is not made a millisecond after fourth, but a millisecond after the appearance of the second edge of the signal according to FIG. 2a. So it won't sampled at the point labeled 5, but at the with 5 'designated place.
  • For the sixth to eighth Sampling applies analogously that sampling is carried out at 6 'to 8' and not at 6 to 8 as in the unsynchronized case. This is ensured that the sampling for each segment is synchronized and takes place in the same place.
  • the sampling takes place at 9 "and not 9 or 9 '.
  • the digit 9" follows one Millisecond after the third edge of the signal according to the figure 2a.
  • the averaging takes place over one segment each.
  • the average load signal of the first segment is therefore from the first four sampled load signal values are formed.
  • This Mean corresponds to the mean of the second segment, which is formed from the samples 5 'to 8'.
  • In the third Samples become 9 "to 12" for the segment Averaging used.
  • the load signal (from the HLM or HFM) is integrated over a work cycle, i.e. over a period length, the following applies: where n and n + 1 represents a segment, or between t n and t n + 1 the crankshaft rotates through an angle ⁇ KW .
  • the specified method can be used for both printing and HFM / HLM systems are used.
  • the sensor interface can process the signals Control unit is therefore identical to the hardware by switching over Data records optionally for both data acquisition systems be used.
  • the determined load is used in the control unit to regulate the Internal combustion engine, especially in connection with optimized ignition and injection.
  • Figure 1 shows an embodiment with a segment disc.
  • An incremental disk can also be used, with a large number, for example 60-2 markings, the two missing markings forming a reference mark.
  • the disc can also be used with the Connect camshaft. It is crucial that the Sampling of the periodic signal to be evaluated with a Period of one segment length in each segment on the same place ( Figure 2c).

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur kurbelwellensynchronen Erfassung einer sich periodisch ändernden Größe bei einer Brennkraftmaschine, insbesondere der Last, nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Es ist bekannt, daß der Unterdruck im Saugrohr einer Brennkraftmaschine im Arbeitstakt der Brennkraftmaschine pulsiert. Zur exakten Regelung der Brennkraftmaschine wird jedoch der tatsächlich Luftdurchsatz benötigt. In vielen Fällen wird eine Ersatzgröße wie der Mittelwert des Saugrohrdruckes herangezogen. Es wird deshalb beispielsweise in der DE-OS 38 03 276 vorgeschlagen, den Saugrohrdruck winkelsynchron zweimal pro Periodendauer abzutasten und entweder das erhaltene Signal oder den Saugrohrdruck selbst durch geeignete Filter so zu dämpfen, daß ein quasi sinusförmiger Signalverlauf erhalten wird. Wird dieses Signal zweimal pro Zündabstand abgetastet, kann aus zwei aufeinanderfolgenden Werten direkt der Mittelwert berechnet werden.
Für moderne Brennkraftmaschinen ist diese Mittelwertbildung immer noch zu ungenau. Außerdem läßt sich mit dieser Methode nur der Mittelwert und nicht der genaue Druckverlauf bzw. der genaue Luftdurchsatz bestimmen, gerade dies wird für einige Regelmaßnahmen jedoch gewünscht.
Aus der EP-A-0 92 828 ist eine Einrichtung zur kurbelwellensynchronen Erfassung einer sich periodisch ändernden Größer einer Brennkraftmaschine, beispielsweise der Last bekannt, bei der mit Hilfe eines Kurbelwellensensors der Kurbelwellenwinkel erfaßt wird und mit Hilfe eines Lastsensors das Lastsignal ermittelt wird. Zur Auswertung des Lastsignales wird dieses in festem Kurbelwellenwinkel abgetastet, wobei die Abtastschritte so gewählt sind, daß eine vorgebbare Anzahl von Abtastungen pro Segment erfolgt, wobei jeweils eine Abtastung auf der Segmentgrenze liegt. Die bekannte Vorgehensweise einer winkelfesten Signalabtastung führt dazu, daß die Zeitabstände zwischen zwei Abtastungen drehzahlabhängig schwanken.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß einerseits eine sehr genaue Mittelwertbildung möglich ist und andererseits der genaue Saugrohrdruckverlauf bzw. der genaue Verlauf der angesaugten Luftmenge bestimmt werden kann. Es ist also auch möglich, die pro Arbeitstakt angesaugte Luftmasse genau zu ermitteln. Insgesamt ist eine besonders genaue und zuverlässige Lastermittlung möglich.
Es ist weiterhin vorteilhaft, daß die erzielten Meßwerte von Segment zu Segment und damit von Arbeitstakt zu Arbeitstakt miteinander vergleichbar sind, es lassen sich dabei zu den einzelnen Segmenten gehörende Mittelwerte bilden, die dann auch für die Regelung der Brennkraftmaschine zur Verfügung stehen.
Erzielt werden diese Vorteile, indem der Signalverlauf mit einer hohen Abtastrate abgetastet wird, wobei der Beginn der Abtastung kurbelwellenbezogen synchronisiert ist, es wird also für jedes Segment an der selben Stelle mit der Abtastung begonnen. Dies ermöglicht eine Synchronisation auf das periodisch oszillierende Lastsignal. Durch Integration über einen Arbeitstakt wird die zugehörige angesaugte Luftmenge berechnet.
Eine geeignete Filterung des periodisch oszillierenden Signales kann vor der Abtastung durchgeführt werden, ist aber im Gegensatz zu der aus der DE-OS 38 03 276 bekannten Lösung nicht unbedingt erforderlich.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrichtung möglich.
Zeichnung
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargetellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Im einzelnen zeigt Figur 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung, in Figur 2 sind zugehörige Signalabläufe dargestellt, anhand derer die Erfindung erläutert wird.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In Figur 1 sind die erfindungswesentlichen Teile einer Brennkraftmaschine schematisch dargestellt. Dabei ist mit 10 das Steuergerät bezeichnet, mit 11 die Kurbelwelle und mit 12 eine Scheibe, die mit der Kurbelwelle 11 verbunden ist und sich mit dieser dreht.
Die Oberfläche der Scheibe 12 weist eine Anzahl von Markierungen 13a, 13b, 13c auf, die auf die Zahl der Zylinder der Brennkraftmaschine abgestimmt ist. Im in Figur 1 dargestellten Fall sind es drei Markierungen, eine solche Scheibe findet Verwendung bei einer Sechszylinderbrennkraftmaschine. Ein Bereich, der mit αKW bezeichnet ist, bildet ein sogenanntes Segment. Dieser Bereich ist in Figur 1 definiert als Winkel zwischen der Rückflanke der Marke 13a und der Rückflanke der Marke 13b.
Die Scheibe 12 wird von einem feststehenden Sensor 14 abgetastet, dessen Ausgangsignal dem Steuergerät 10 als Eingangssignal E1 zugeführt wird und dort weiterverarbeitet wird.
Mit 15 ist das Saugrohr der Brennkraftmaschine bezeichnet, 16 stellt schematisch die Drosselklappe dar, die im Saugrohr angeordnet ist. Mit 17 ist ein Bereich des Saugrohres dargestellt, der als pneumatisches Filter wirkt und 18 ist ein Hitzdraht-Luftmassenmesser HLM, der die durchströmende Luft registriert und dessen Ausgangssignal dem Steuergerät 10 als Signal ULH zugeführt wird.
An Stelle eines HLM kann auch ein HFM eingesetzt werden. 19 bezeichnet einen Drucksensor, der im Saugrohr, beispielsweise an einer der gezeigten Stellen angeordnet ist und den Saugrohrdruck mißt. Dieser Sensor ist ebenfalls mit dem Steuergerät 10 verbunden, in dem auch die Ausgangssignale ULP des Drucksensors verarbeitet werden. Das Steuergerät 10 liefert Ausgangssignale A zur Regelung der Brennkraftmaschine, insbesonders der Zündung und Einspritzung.
Die Ausgangssignale des Lastsensors, also des Drucksensors oder des Luftmassenmessers werden in geeigneter Weise aufbereitet, insbesondere können sie so gefiltert werden, daß ein periodischer Signalverlauf entsteht, der dann weiterverarbeitet wird.
In Figur 2a ist ein aus dem Kurbelwellensensor erhaltenes Signal dargestellt, dabei sind nur diese Signalteile aufgetragen, die beim Vorbeilaufen der Rückseiten der Marken 13a, 13b, 13c am Kurbelwellensensor 14 erzeugt werden. Der Abstand zwischen den Signalflanken beträgt für das Ausführungsbeispiel nach Figur 1 120 °/KW, er entspricht also gerade einem Segment.
In Figur 2c ist der Verlauf des Lastsignales UL dargestellt. Dieses ist entweder des vom Hitzdraht- bzw. Heißfilm-Luftmassenmesser stammende Signal ULH oder das Signal des im Saugrohr angeordneten Drucksensors ULP. Dieses Signal ist periodisch schwankend mit einer Periodenlänge, die einer Segmentlänge bzw. einem Winkel von αKW entspricht.
Der Lastverlauf nach Figur 2c ist im übrigen nur schematisch dargestellt, dies ist für das Verständnis der Erfindung jedoch nicht wesentlich. Genaugenommen liefert der Hitzdrahtluftmassenmesser ein im wesentlichen vom Luftmassenstrom abhängiges Gleichspannungssignal mit einer sinusartigen Pulsation, deren Amplitude zu höheren Drehzahlen hin kleiner wird. Im Rückströmbereich bei ca. 800 bis 1400 U/min, je nach Motor entspricht das Ausgangssignal bei Pulsation dem Absolutbetrag einer Sinusschwingung.
Das Ausgangssignal des Drucksensors stellt ein im wesentlichen vom Druck linear abhängiges Gleichspannungssignal dar mit einer überlagerten sinusförmigen Pulsation im gesamten Drehzahlbereich. Der tatsächliche Signalverlauf ist jedoch für das Verständnis der Erfindung unerheblich, es ist deshalb nur der periodische Anteil dargestellt.
Wird der Drucksensor direkt im Saugrohr angebracht, kann ein zusätzliches Filter eingesetzt werden, es ist aber nicht unbedingt erforderlich um ein zuverlässig auswertbares Signal erhalten werden.
Das Signal nach Figur 2c wird im Steuergerät in einem speziellen Raster abgetastet, beispielsweise in einem 1-Millisekunden-Raster. Dabei ist wesentlich, daß die Abtastung für jedes Segment an der gleichen Stelle beginnt. Die Synchronisation der Abtastung erfolgt in Abhängigkeit von den Signalflanken nach Figur 2a. Würde diese Synchronisation nicht durchgeführt werden, so würde aufgrund der konstanten Abtastintervalle auch im stationärem Motorbetriebszustand eine Schwebung im Lastsignal auftreten.
Die erste Abtastung erfolgt beim dargestellten Ausführungsbeispiel eine Millisekunde nach dem Auftreten der ersten Flanke des Signales nach Figur 2a. Die erste Abtastung ist in Figur 2b und 2c mit 1 bezeichnet. Die zweite Abtastung erfolgt eine Millisekunde später und ist mit 2 bezeichnet. Die vierte Abtastung ist die letzte im ersten Segment.
Die fünfte Abtastung erfolgt nicht eine Millisekunde nach der vierten, sondern eine Millisekunde nach dem Auftreten der zweiten Flanke des Signales nach Figur 2a. Es wird also nicht an der mit 5 bezeichneten Stelle abgetastet, sondern an der mit 5' bezeichneten Stelle. Für die sechste bis achte Abtastung gilt analog, daß bei 6' bis 8' abgetastet wird und nicht bei 6 bis 8 wie im unsynchronisierten Fall. Dadurch ist sichergestellt, daß die Abtastung für jedes Segment synchronisiert ist und an derselben Stelle erfolgt.
Beim Übergang ins dritte Segment erfolgt die Abtastung bei 9" und nicht bei 9 oder 9'. Dabei folgt die Stelle 9" eine Millisekunde nach der dritten Flanke des Signales nach Figur 2a.
Die Mittelwertbildung erfolgt über je ein Segment. Das mittlere Lastsignal des ersten Segmentes wir also aus den erste vier abgetasteten Lastsignalwerten gebildet. Dieser Mittelwert entspricht dem Mittelwert des zweiten Segmentes, der aus den Abtastwerten 5' bis 8' gebildet wird. Im dritten Segment werden die Abtastwerte 9" bis 12" zur Mittelwertbildung verwendet.
Zur Bestimmung der pro Arbeitstakt angesaugten Luftmenge wird das Lastsignal (vom HLM oder HFM) über einen Arbeitstakt, also über eine Periodenlänge aufintegriert, es gilt:
Figure 00080001
wobei n und n+1 ein Segment darstellt, bzw. zwischen tn und tn+1 die Kurbelwelle sich um einen Winkel αKW dreht.
Bei einer Brennkraftmaschine mit wahlweise einem Drucksensor oder einem Luftmassenmesser ist eine Kombination der beiden Erfassungssysteme denkbar, wenn beide Signale so aufbereitet werden, daß die Filter-Zeitkonstanten in der gleichen Größenordnung liegen. Eine kurbelwellen- bzw. drehzahlsynchronisierte Abtastung im 1ms-Raster ermöglicht dann eine einheitliche Lasterfassung.
Das angegebene Verfahren kann sowohl für Druckals auch für HFM/HLM-Systeme eingesetzt werden. Bei kompatibler Sensorschnittstelle kann ein die Signale verarbeitendes Steuergerät somit hardwareidentisch durch Umschalten von Datensätzen wahlweise für beide Datenerfassungssysteme eingesetzt werden.
Die ermittelte Last wird im Steuergerät zur Regelung der Brennkraftmaschine verwertet, insbesondere im Zusammenhang mit einer optimierten Zündung und Einspritzung.
Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer Segmentscheibe. Es kann ebenso eine Inkrementscheibe verwendet werden, mit einer Vielzahl, z.B. 60-2 Markierungen, wobei die beiden fehlenden Markierungen eine Bezugsmarke bilden. Die Inkrementscheibe ist dann so auszugestalten, daß eine bestimmte Zahl von Markierungen, z.B. zehn eine Segmentscheibe bilden, sich also über einen Winkel von αKW = 60° bei einem Sechszylindermotor erstrecken.
Mit entsprechender Anpassung kann die Scheibe auch mit der Nockenwelle in Verbindung stehen. Entscheidend ist, daß die Abtastung des auszuwertenden periodischen Signales mit einer Periodendauer von einer Segmentlänge in jedem Segment an der gleichen Stelle erfolgt (Figur 2c).

Claims (10)

  1. Einrichtung zur kurbelwellensynchronen Erfassung einer sich periodisch ändernden Größe einer Brennkraftmaschine, insbesonders der Last, mit einem Sensor, der ein kurbelwellenwinkelabhängiges Signal abgibt, das wenigstens eine Flanke pro Segment aufweist, wobei ein Segment einem wählbaren Kurbelwellenwinkelbereich entspricht, mit einem weiteren Sensor, der ein lastabhängiges Signal abgibt, wobei das lastabhängige Signal in einem wählbaren Raster abgetastet wird und der Beginn der Abtastung in jedem Segment im gleichen Abstand von der entsprechenden Flanke des kurbelwellenwinkelabhängigen Signales erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß das wählbare Raster ein Zeitraster ist, daß die Synchronisation der Abtastung jeweils in Abhängigkeit von den Flanken des kurbelwellenwinkelabhängigen Signales erfolgt, so daß die Abtastung in jedem Segment im gleichen Zeitabstand von der zugehörigen Flanke des kurbelwellenwinkelabhängigen Signales beginnt.
  2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den abgetasteten Werten ein Mittelwert gebildet wird, wobei über jeweils ein Segment gemittelt wird.
  3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbelwellenwinkelbereich, der eine Segmentlänge bildet, von der Zahl der Zylinder der Brennkraftmaschine abhängt und so festgelegt wird, daß er einer Periodenlänge der sich periodisch ändernden Größe entspricht.
  4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des kurbelwellenwinkelabhängigen Signales eine mit der Kurbelwelle verbundene Scheibe mit einer der halben Anzahl der Zylinder entsprechenden Zahl von Markierungen von einem Aufnehmer abgetastet wird.
  5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung der sich periodisch ändernden Größe im Millisekundenabstand erfolgt.
  6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sich periodisch ändernde Größe der Luftstrom im Saugrohr der Brennkraftmaschine ist und als Sensor ein Luftmassen- oder Luftmengenmesser, insbesondere ein HFM oder HLM eingesetzt wird und/oder daß die sich periodisch ändernde Größe der Druck im Saugrohr der Brennkraftmaschine ist und als Sensor ein Drucksensor eingesetzt wird.
  7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung und die Auswertung der Signale mit Hilfe des Steuergerätes der Brennkraftmaschine erfolgt.
  8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das lastabhängige Signal so gefiltert wird, daß ein periodischer Signalverlauf entsteht.
  9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lastsignal über ein Segment integriert wird, zur Ermittlung der pro Arbeitstakt angesaugten Luftmenge.
  10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3 oder 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung des kurbelwellenwinkelabhängigen Signales eine Inkrementscheibe, die mit der Kurbel- oder Nockenwelle in Verbindung steht, abgetastet wird und die Scheibe eine Vielzahl von Markierungen aufweist, wobei eine vorgebbare Zahl von Markierungen sich über einen Winkelbereich αKW erstreckt, der einer Segmentlänge entspricht.
EP94918296A 1993-07-05 1994-06-22 Einrichtung zur kurbelwellensynchronen erfassung einer sich periodisch ändernden grösse Expired - Lifetime EP0678159B1 (de)

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