WO1988001691A1 - Device for controlling an internal combustion engine - Google Patents

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WO1988001691A1
WO1988001691A1 PCT/DE1987/000347 DE8700347W WO8801691A1 WO 1988001691 A1 WO1988001691 A1 WO 1988001691A1 DE 8700347 W DE8700347 W DE 8700347W WO 8801691 A1 WO8801691 A1 WO 8801691A1
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perforation
internal combustion
segments
combustion engine
receiving element
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PCT/DE1987/000347
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Inventor
Richard Schleupen
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P7/00—Arrangements of distributors, circuit-makers or -breakers, e.g. of distributor and circuit-breaker combinations or pick-up devices
    • F02P7/06—Arrangements of distributors, circuit-makers or -breakers, e.g. of distributor and circuit-breaker combinations or pick-up devices of circuit-makers or -breakers, or pick-up devices adapted to sense particular points of the timing cycle
    • F02P7/067—Electromagnetic pick-up devices, e.g. providing induced current in a coil
    • F02P7/0675—Electromagnetic pick-up devices, e.g. providing induced current in a coil with variable reluctance, e.g. depending on the shape of a tooth

Definitions

  • the invention relates to a device according to the preamble of the main claim.
  • sensors for controlling an internal combustion engine of a motor vehicle in particular the ignition and the like, it is known to use sensor systems for detecting the angular position of a shaft of the internal combustion engine, in particular the crankshaft or the camshaft.
  • Such systems are designed, for example, as segment systems in which sensor disks rotate with the shaft, the circumference of which is provided with a number of segments proportional to the number of cylinders of the internal combustion engine, ie elongated marked areas.
  • the number of segments When determining the angular position of the crankshaft, the number of segments is half the number of cylinders.
  • the number of segments When the angular position of the camshaft is detected, the number of segments is equal to the number of cylinders, since it is known that the crankshaft rotates at twice the speed of the camshaft.
  • Each segment is assigned to a cylinder (s) of the internal combustion engine when the crankshaft is detected, and each ignition process is controlled as a function of the passage of the associated segment.
  • segment systems with segments of the same size have the disadvantage that it is not possible to assign them sufficiently for a distributor-free or two-circuit (eg eight-cylinder engine) high-voltage distribution.
  • segment systems are known in which individual segments are subdivided by a number of teeth and tooth spaces, and the signals generated by the teeth or tooth spaces in the recording element are fed to a control circuit.
  • the angular position of the shaft is determined by counting the passing teeth or tooth gaps. This method is complex and requires an additional counting device.
  • the device according to the invention with the characterizing features of the main claim has the advantage that it is possible to assign the firing pulses for a distributor-free or dual-circuit high-voltage distribution with a single transmitter while maintaining the two electrical marks at the beginning and end of the segment Electrical signals (marks) can be clearly assigned to the cylinder groups in the case of a distributor-free high-voltage distribution. There are no changes to the profile of the segments is necessary, so that no cracks due to tension can occur, particularly at high engine output moments.
  • FIG. 1 shows a basic illustration of a sensor disk
  • FIG. 2 shows a detail
  • FIG. 3 shows a modification of the detail according to FIG. 2
  • FIG. 4 shows a pulse diagram
  • FIG. 5 shows a representation according to the circuit.
  • 10 denotes an encoder disk which rotates with the crankshaft or the camshaft of an internal combustion engine.
  • the encoder disk 10 has segments 11, 12 as well as gaps 13, 11 in between on its circumference. If, as shown in FIG. 1, there are two segments or two gaps and the encoder disk is attached to the crankshaft of the internal combustion engine, it is suitable for devices for controlling four-cylinder engines.
  • the segments 11, 12 are of the same length and are diametrically opposite.
  • the segment 11 is shown in more detail. It has a sickle-like perforation 15 on its surface, which increases in width with increasing angle of the crankshaft.
  • the perforation 15 can consist of holes 16 with the same diameter, which are evenly distributed over the perforation 15.
  • the perforation 15 can also consist of a series of holes 17 exist, the diameter increases according to the increasing width of the perforation 15.
  • the perforation 15 can also be designed as an isosceles triangle.
  • the encoder disk 10 In the vicinity of the circumference of the encoder disk 10 there is a spatially fixed receiving element 20 which in turn is operatively connected to a control circuit 21.
  • the type of interaction between the encoder disk 10 and the receiving element 20 can be very different.
  • the encoder disk 10 can be punched out of ferromagnetic sheet metal, and an inductive transmitter is used as the receiving element 20, which in the idle state already has a magnetic flux.
  • the diameter of the pole core of the receiving element 20 should be larger than the diameter of the holes 16.
  • the recording element 20 is initially - for example in the segment 11 - the leading edge of the segment 11 detected.
  • the ignition process can then be triggered, for example, at the end of segment 11 at an angular position corresponding to the rear flanks of segment 11.
  • FIG. 4a shows a transmission of the rotary movement of the crankshaft ( ⁇ KW) to the rotation of the encoder disc 10 as a function of the angle of rotation (o ⁇ ) of the encoder disc.
  • FIG. 4b shows the magnetic flux ( ⁇ ) generated in the receiving element 20 as a function of the angle of rotation (o ⁇ ) of the encoder disk 10. If the encoder disk 10 moves clockwise, a magnetic flux change is generated in the receiving element 20 on the front flank of the segment 11, ie at the angular position ex, t .
  • the magnetic flux runs at the same level as the segment 11 moves past the receiving element 20 until the perforation 15 begins, consequently no voltage is induced. If the receiving element 20 reaches the perforation 15 of the segment 11, ie if the sensor disc 10 is in the angular position ° C.sub.p » , the magnetic flux drops due to the increasing width of the perforation 15. Reaches the receiving element 20, the angular position O ⁇ so en ⁇ det where the perforation 15 and the magnetic flux increases again to the same height as between the angular position K -., And (at Located at the receiving element 20 j in angular position O ⁇ 1 of the trailing edge.
  • the magnetic flux drops completely, and the perforation 15 causes both an additional change in the magnetic flux and, if the angular positions o ⁇ and o ⁇ , ü are close to one another, the change in No significant magnetic flux is generated as the gap 13 now moves past the receiving element 20.
  • the segment 12 now also acts on its front flank and on the rear flank, ie with the angular position 0 (-. and 0 ⁇ , produces a magnetic flux change.
  • FIG. 4c now shows the pulses generated in the recording element 20. Each on the leading edge of the segments 11, 12, i.e. at the angular
  • the voltages generated on the flanks of the segments 11 and 12 and the perforation 15 in the receiving element 20 are fed via the two Schmitt triggers of different switching thresholds to the two input terminal blocks E1 and E2 of the evaluation circuit shown in the basic circuit diagram in FIG.
  • An inverter 27 is connected to the input terminal El, to which the voltage U is applied.
  • a non-inverting driver stage 28 is connected to the input terminal E2 at which the voltage U is present.
  • the output of the inverter 27 is connected to the inverting reset input of a flip-flop 29.
  • the output of driver stage 28 is connected to its inverting set input.
  • a line leads from the output Q of the flip-flop 29 to the clear enable input of a counter 30.
  • the inverting clear input of the counter 30 is connected to the output of the driver stage 28. Furthermore, the voltage U tapped before the inverter 27 is present at the counter input of the counter 30. Lines lead from the two outputs of the counter 30 to the two cylinder groups of a four-cylinder engine. This circuit is used to obtain a synchronous pulse in order to enable an exact assignment of the position of the transmitter wheel to the respective rotation of the shaft already when the internal combustion engine starts. This principle of evaluation can of course be used for all engines with an even number of cylinders. In the case of asymmetrical engines, care must be taken that the asymmetry occurs within one revolution of the crankshaft.

Description

Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Vorrichtung nach der Gattung des Hauptanspruchs. Bei Vorrichtungen zum Steuern einer Brennkraftma¬ schine eines Kraf fahrzeugs, insbesondere der Zündung und der¬ gleichen, ist es bekannt, Sensorsysteme zur Erfassung der Winkel¬ stellung einer Welle der Brennkraftmaschine, insbesondere der Kur¬ belwelle oder der Nockenwelle, einzusetzen.
Solche Systeme sind z.B. als Segmentsysteme ausgebildet, bei denen Geberscheiben mit der Welle umlaufen, die an ihrem Umfang mit einer zur Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine proportionalen Anzahl von Segmenten, d.h. langgestreckten markierten Bereichen, versehen sind. Bei der Erfassung der Winkelstellung der Kurbelwelle beträgt die Anzahl der Segmente dabei die Hälfte der Zylinderzahl. Bei Er¬ fassung der Winkelstellung der Nockenwelle ist die Anzahl der Seg¬ mente gleich der Zylinderzahl, da die Kurbelwelle bekanntlich mit der doppelten Drehzahl der Nockenwelle umläuft. Dabei ist jedes Seg¬ ment einem (bei Erfassung der Kurbelwelle zwei) Zylinder (n) der Brennkraftmaschine zugeordnet, und jeder Zündungsvorgang wird in Ab¬ hängigkeit vom Vorbeilaufen des zugehörigen Segmentes gesteuert. In einem ortsfesten Aufnahmeeleraent wird die Vorderflanke des Segmentes erkannt, und durch geeignete Zeitsteuerung über die gesamte Segment¬ länge werden die Steuervorgänge für die Brennkraftmaschine ausge¬ löst. SegmentSysteme mit gleich großen Segmenten haben demgegenüber den Nachteil, daß keine für eine verteilerlose oder Zweikreis- (z.B. Achtzylindermotor) Hochspannungsverteilung ausreichende Zuordnung möglich ist.
Ferner sind Segmentsysteme bekannt, bei denen einzelne Segmente durch eine Anzahl von Zähnen und Zahnlücken unterteilt sind, und die von den Zähnen bzw. Zahnlücken im Au nahmeelement erzeugten Signale einer Steuerschaltung zugeführt werden. Dabei wird die Winkelstel¬ lung der Welle durch Auszählen der vorbeilaufenden Zähne bzw. Zahn¬ lücken ermittelt. Dieses Verfahren ist aufwendig und erfordert eine zusätzliche Zähleinrichtung.
Bildet man ferner nur eine einzige Zahnlücke in einem Segment aus, so besteht die Gefahr, daß die zusätzliche Rückflanke eine zusätz¬ liche Zündung auslöst.
Bei allen hier aufgeführten Vorrichtungen sind bei Start der Brenn¬ kraftmaschine mindestens eine Umdrehung notwendig, um eine genaue Zuordnung der Markierung zu erkennen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß eine Zuordnung der ZUndimpulse für eine verteilerlose oder Zweikreis-Hochspannungs¬ verteilung mit einem einzigen Geber unter Beibehaltung der beiden elektrischen Marken am Segmentanfang und Segmentende möglioh ist.. Aufgrund der sich ergebenden elektrischen Signale (Marken) kann man eindeutig die Zylindergruppen bei einer verteilerlosen Hochspan¬ nungsverteilung zuordnen. Es sind dabei keine Änderungen des Profils der Segmente notwendig, so daß insbesondere bei hohen Motorabtriebs¬ momenten keine Risse durch Verspannungen auftreten können.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor¬ teilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Vorrich¬ tung möglich.
Zeichnung
Ein Ausfuhrungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung darge¬ stellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 eine Prinzipdarstellung einer Geberscheibe, Figur 2 eine Einzelheit, Figur 3 eine Abwandlung der Einzelheit nach Figur 2, Figur 4 ein Impulsdiagramm und Figur 5 eine schaltungsgemäße Dar¬ stellung.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In Figur 1 bezeichnet 10 eine Geberscheibe, die mit der Kurbelwelle oder der Nockenwelle einer Brennkraftmaschine umläuft. Die Geber¬ scheibe 10 weist an ihrem Umfang Segmente 11, 12 sowie dazwischen¬ liegende Lücken 13, 11 auf. Sind wie in Figur 1 dargestellt zwei Segmente bzw. zwei Lücken vorhanden und ist die Geberscheibe an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine befestigt, so eignet sie sich für Vorrichtungen zum Steuern von Vierzylindermotoren. Die Segmente 11, 12 sind gleich lang ausgebildet und liegen sich diametral gegenüber.
In Figur 2 ist das Segment 11 näher dargestellt. Es weist an seiner Oberfläche eine sichelartige Perforation 15 auf, die mit steigendem Winkel der Kurbelwelle in seiner Breite zunimmt. Die Perforation 15 kann aus Löchern 16 mit gleichem Durchmesser bestehen, die über die Perforation 15 gleichmäßig verteilt sind. Wie in Figur 3 darge¬ stellt, kann die Perforation 15 auch aus einer Reihe von Löchern 17 bestehen, deren Durchmesser entsprechend der zunehmenden Breite der Perforation 15 zunimmt. Auch kann die Perforation 15 als ein gleich¬ schenkliges Dreieck ausgebildet sein.
In der Nähe des Umfangs der Geberscheibe 10 befindet sich ein raum¬ festes Au nahmeelement 20, das seinerseits mit einer Steuerschaltung 21 in Wirkverbindung steht. Die Art der Wechselwirkung von Geber¬ scheibe 10 und Aufnahmeelement 20 kann dabei sehr verschiedenartig sein. Bei Ausnutzung von magnetischen Wechselwirkungen kann die Ge¬ berscheibe 10 aus ferromagnetischem Blech gestanzt sein, und als Aufnahmeelement 20 wird ein Induktivgeber verwendet, der im Ruhezu¬ stand bereits einen magnetischen Fluß aufweist. Beim Ausführungsbei¬ spiel nach Figur 2 sollte der Durchmesser des Polkerns des Aufnahme¬ elements 20 größer sein als der Durchmesser der Löcher 16.
Wenn die Geberscheibe 10, wie in Figur 1 angezeigt, im Uhrzeigersinn umläuft, wird vom Au nahmeelement 20 zunächst - beispielsweise im Segment 11 - die Vorderflanke des Segments 11 erfaßt. Der Zündvor¬ gang kann dann beispielsweise am Ende des Segments 11 bei einer der Rückflanken des Segments 11 entsprechenden Winkelstellung ausgelöst werden.
Zur Veranschaulichung der Wirkungsweise der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung ist in Figur 4 der zeitliche Verlauf der von den Segmen¬ ten 11, 12 bzw. von den Lücken 13ι 14 und von der Perforation 15 er¬ zeugten Signale dargestellt. Figur 4a zeigt eine Übertragung der Drehbewegung der Kurbelwelle (Δ KW) auf die Umdrehung der Geber¬ scheibe 10 in Abhängigkeit vom Drehwinkel (oς ) der Geberscheibe. In Figur 4b ist der im Aufnahmeeleraent 20 erzeugte magnetische Fluß (Δ ) in Abhängigkeit vom Drehwinkel (oς) der Geberscheibe 10 auf¬ gezeigt. Bewegt sich die Geberscheibe 10 im Uhrzeigersinn, so wird an der Vorderflanke des Segments 11, d.h. bei der Winkelstellung ex, t im Aufnahmeelement 20 eine magnetische Flußänderung erzeugt. Der magnetische Fluß verläuft in gleicher Höhe, während sich das Segment 11 bis zum Beginn der Perforation 15 am Aufnahmeelement 20 vorbeibewegt, folglich wird keine Spannung induziert. Erreicht das Aufnahmeelement 20 die Perforation 15 des Segments 11, d.h. befindet sich die Geberscheibe 10 in Winkelstellung °Cp» so fällt der ma¬ gnetische Fluß aufgrund der zunehmenden Breite der Perforation 15 ab. Erreicht das Aufnahmeelement 20 die Winkelstellung Oζ , so en¬ det dort die Perforation 15 und der magnetische Fluß steigt wieder auf die gleiche Höhe, wie zwischen der Winkelstellung K - und ( an. Befindet sich das Aufnahmeelement 20 in Winkelstellung Oζj.1 der Rückflanke des Segments 11, so fällt der magnetische Fluß völlig ab. Durch die Perforation 15 wird sowohl eine zusätzliche Än¬ derung des magnetischen Flusses als auch, falls die Winkelstellun¬ gen o< - und o<, ü nahe beieinander liegen, scheinbar die Änderung des magnetischen Flusses vergrößert. Während sich nun die Lücke 13 am Aufnahmeelement 20 vorbeibewegt, wird kein wesentlicher magne¬ tischer Fluß erzeugt. Analog zum Segment 11 wird nun auch vom Seg¬ ment 12 an dessen Vorderflanke als auch an der Rückflanke, d.h. bei der Winkelstellung 0( -. und 0< , eine magnetische Flußänderung erzeugt.
Figur 4c zeigt nun die im Aufnahmeeleraent 20 erzeugten Impulse. Je¬ weils an der Vorderflanke der Segmente 11, 12, d.h. bei der Winkel-
Stellung ot. „ bzw. (X .-, wird ein positiver Impuls erzeugt. Er- ι _> reicht das Aufnahmeelement 20 die Rückflanke der Segmente 11, 12, d.h. befindet sich die Geberscheibe 10 in der Winkelstellung 0 ü bzw. (X -t so wird ein negativer Impuls hervorgerufen. Aufgrund der Perforation 15 im Segment 11 und des sich dadurch ändernden magne¬ tischen Flusses ist in diesem Bereich, d.h. zwischen der Winkelstel¬ lung (X. - und <X _ ein geringes in etwa gleich hohes Impulsniveau vorhanden. Am Ende der Perforation 15, d.h. bei Winkelstellung 0^ _ entsteht wieder ein positiver Impuls. Dieser zusätzliche Impuls, hervorgerufen durch das Ende der Perforation 15, kann nun als Mar- kierung verwendet werden. Gleichzeitig wird auch durch den Übergang von einem positiven auf einen negativen Impuls die Rückflanke des Segmentes 11 deutlich erkennbar und von übrigen Impulsen unter¬ scheidbar.
Die an den Flanken der Segmente 11 bzw. 12 und der Perforation 15 im Aufnahmeelement 20 erzeugten Spannungen werden über die zwei Schmitt-Trigger unterschiedlicher Schaltschwelle den beiden Ein- gangsklemraen E1 und E2 der in Figur 5 im Prinzipschaltbild darge¬ stellten Auswerteschaltung zugeführt. An die Eingangsklemme El, an der die Spannung U anliegt, ist ein Inverter 27 angeschlossen. An die Eingangsklemme E2 an der die Spannung U anliegt, ist hingegen eine nichtinvertierende Treiberstufe 28 angeschlossen. Der Ausgang des Inverters 27 ist mit dem invertierenden Reset-Eingang eines Flip-Flops 29 verbunden. An dessen invertierenden Set-Eingang ist der Ausgang der Treiberstufe 28 angeschlossen. Vom Ausgang Q des Flip-Flops 29 führt eine Leitung zum Clear-Enable-Eingang eines Zäh¬ lers 30. Der invertierende Clear-Eingang des Zählers 30 ist mit dem Ausgang der Treiberstufe 28 verbunden. Ferner liegt am Zähleingang des Zählers 30 die vor dem Inverter 27 abgegriffene Spannung U an. Von den beiden Ausgängen des Zählers 30 führen Leitungen zu den beiden Zylindergruppen eines Vierzylindermotors. Diese Schaltung dient zur Gewinnung eines Synchronimpulses, um bereits beim Start der Brennkraftmaschine eine genaue Zuordnung der Stellung des Geber¬ rades zur jeweiligen Drehung der Welle zu ermöglichen. Dieses Prin¬ zip der Auswertung ist selbstverständlich für alle Motoren mit gera¬ der Zylinderanzahl anwendbar. Bei asymmetrischen Motoren ist darauf zu achten, daß die Asymmetrie innerhalb einer Kurbelwellenumdrehung auftritt.

Claims

Ansprüche
1. Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahr¬ zeugs mit einem Sensorsystem, bei dem eine mit einer Welle der Brennkraftmaschine umlaufende Geberscheibe (10) mit einem raumfesten Aufnahmeelement (20) in Wirkverbindung steht, die an ihrem Umfang mit einer zur Anzahl der Zylinder der Brennkraftmaschine proportio¬ nalen Anzahl von das Aufnahmeelement (20) beeinflussenden Segmenten (11, 12), die eine steil abfallende Vorder- und Rückflanke haben, versehen ist und das Aufnahmeelement (20) mit einer Steuerschaltung (21) für die Zündung oder dergleichen des Kraftfahrzeugs verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der Segmente (11, 12) eine Perforation (15) aufweist, deren Breite mit steigendem Winkel der Welle zunimmt und die ein der Steuerschaltung (21) als Markierung dienendes Signal zuführt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Per¬ foration (15) aus mehreren Löchern (16) besteht.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Löcher (16) gleich ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Löcher (17) mit steigendem Winkel der Welle zunimmt und die Löcher (17) der jeweiligen Breite der Perforation (15) ent¬ sprechen.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß das Aufnahmeelement (20) ein Induktivgeber ist, dessen Polkern größer ist als der Durchmesser der Löcher (16, 17)«
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Perforation (15) sichelförmig ausgebildet ist.
7« Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn¬ zeichnet, daß die Geberscheibe (10) Teil einer Zündung mit vertei¬ lerloser oder Zweikreis-Hochspannungsverteilung ist.
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