DE3913464A1 - Steuersystem fuer eine brennkraftmaschine - Google Patents

Steuersystem fuer eine brennkraftmaschine

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Description

Die Erfindung betrifft ein Steuersystem für eine Brennkraftma­ schine nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Insbesondere handelt es sich um ein System zum Feststellen der Winkelposition einer Kurbelwelle in bezug auf einen speziellen Zylinder einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges. Hier­ bei soll insbesondere ein System zur Bestimmung eines bestimm­ ten Zylinders und zum Steuern der Brennkraftmaschine in Über­ einstimmung mit dem bestimmten Zylinder aufgezeigt werden, wobei es sich um die Festlegung des Zündzeitpunktes oder an­ derer kurbelwellenwinkelabhängiger Zeitpunkte handelt.
Es sind verschiedene Systeme zum Steuern des Zündzeitpunktes einer Brennkraftmaschine für Kraftfahrzeuge vorgeschlagen wor­ den.
Aus der japanischen Patentanmeldung mit der Offenlegungsnummer 60-27 785 ist ein System bekannt, bei welchem eine Nockenwelle mit einer Steuerscheibe verbunden ist, die Vorsprünge aufweist und fest auf der Nockenwelle montiert ist. Durch Abtasten der Position der Vorsprünge mittels eines Photosensors wird ein Nockenwellenwinkel erkannt. Dadurch wird der obere Totpunkt des Kompressionshubs eines zu steuernden Zylinders festgestellt. Durch Feststellen der Nockenwellenposition relativ zum speziel­ len Zylinder werden die anderen Nockenwellenpositionen in bezug auf die übrigen Zylinder festgelegt.
Aus der japanischen Patentanmeldung 62-2 90 227 ist ein System bekannt, bei welchem ein Sensor an einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine montiert ist, der ein Bezugs-Kurbelwellen­ signal in Form eines Pulses abgibt. Auf einer Nockenwelle ist ein Sensor montiert und gibt ein Nockenwellensignal ab, um den oberen Totpunkt eines Zylinders festzustellen, so daß alle Zy­ linder unterscheidbar sind und dadurch der Zündzeitpunkt eines entsprechenden Zylinders steuerbar ist.
Beim ersten System ist die Nockenwelle mit der Kurbelwelle über einen Steuerriemen so verbunden, daß sie mit der halben Dreh­ zahl der Kurbelwelle dreht. Gerade aber kurz nach dem Starten der Brennkraftmaschine kann es geschehen, daß die Nockenwelle nicht ganz synchron zur Kurbelwelle dreht. Dadurch kann das bekannte System den Zündzeitpunkt nicht exakt steuern, so daß die Maschine nicht anspringt. Beim zweiten oben genannten Sy­ stem kann es geschehen, daß die Kurbelwelle nicht ganz synchron zur Nockenwelle läuft und zwar aufgrund von Toleranzen bei der Herstellung. Es muß darum ein freier Zeitabschnitt zwischen dem Kurbelwellenbezugssignal und dem Zylinderunterscheidungs­ signal vorgesehen werden.
Wenn ein magnetischer Aufnehmer als Sensor benutzt wird, so muß dessen Pulsbreite und/oder die Anzahl von Pulsen vergrößert werden, um ein Ausgangssignal mit hinreichender Spannung zu gewährleisten. Bei Maschinen mit mehreren Zylindern ist es jedoch schwierig, die Anzahl von Pulsen zu erhöhen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuersystem der eingangs genannten Art auf einfache Weise dahingehend weiterzu­ bilden, daß eine exakte Zeitpunktsteuerung ermöglicht wird.
Mit der Erfindung wird ein System zum Steuern einer Brennkraft­ maschine vorgeschlagen, die eine gerade Zylinderanzahl auf­ weist, wobei eine Kurbelwellenscheibe, die synchron zu einer Kurbelwelle der Maschine mitläuft, mindestens zwei erste Mar­ ken auf der Kurbelwellenscheibe aneinander diametral gegenüber­ liegenden Positionen entsprechend besonderen Kurbelwinkelposi­ tionen für mindestens zwei Gruppen von Zylindern, von denen ein Paar von Zylindern einander entgegengesetzten Phasen auf­ weist, ein erster Sensor zum Abtasten der ersten Marken und zum Abgeben eines Kurbelwinkelsignals, eine Nockenwellenschei­ be, die synchron zur Kurbelwelle der Maschine dreht, minde­ stens zwei zweite Marken auf der Nockenwellenscheibe aneinander diametral gegenüberliegenden Positionen entsprechend mit be­ stimmten Nockenwinkelpositionen für mindestens zwei Gruppen von Zylindern, bei denen ein Paar in einander entgegengesetzten Phasen läuft, ein zweiter Sensor zum Abtasten der zweiten Mar­ ken und zum Abgeben eines Nockenwinkelsignals, eine dritte Marke an der Nockenwellenscheibe, die einen speziellen Zylin­ der bezeichnet, Diskriminatoreinrichtungen, die auf ein Aus­ gangssignal des zweiten Sensors beim Feststellen der dritten Marke ein Diskriminatorsignal abgeben, und Steuereinrichtungen aufweist, die auf das Kurbelwinkelsignal und das Nockenwinkel­ signal den Betrieb der Zylinder in jeder Gruppe steuert und auf das Diskriminatorsignal, das Nockenwinkelsignal und das Kurbel­ winkelsignal hin unabhängig den Betrieb eines jeden Zylinders steuert.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfassen die ersten und zweiten Marken Vorsprünge, die am Umfang der Scheiben ausgebildet sind. Die besonderen Positionen der er­ sten Marken sind die oberen Totpunkte der Zylinder.
Weitere erfinderische Merkmale ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausfüh­ rungsformen der Erfindung, die anhand von Abbildungen näher erläutert werden. Hierbei zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Systems,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Nockenwellenscheibe,
Fig. 3 eine Draufsicht auf eine andere bevorzugte Ausfüh­ rungsform der Nockenwellenscheibe,
Fig. 4 ein Diagramm zur Erläuterung des Zündzeitpunktes in bezug auf das Kurbelwinkel- und das Nockenwinkelsignal, und
Fig. 5 und 6 Flußdiagramme zur Erläuterung des erfindungsge­ mäßen Systems bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 1 zeigt ein Steuersystem für eine Vierzylinderbrennkraft­ maschine eines Kraftfahrzeugs entsprechend der vorliegenden Erfindung. Hierbei ist an einer Kurbelwelle 1 der Maschine eine Kurbelwellenscheibe 2 fest angebracht. Die vier Zylinder der Maschine können in zwei Gruppen unterteilt werden, wobei die eine Gruppe die Zylinder Nr. 1 und Nr. 2, die andere Grup­ pe die Zylinder Nr. 3 und Nr. 4 umfaßt. Bei jeder Gruppe sind der Einlaßhub und der Auslaßhub einander entgegengesetzt. In anderen Worten, die Hübe der beiden Zylinder in jeder Gruppe verlaufen in einander entgegengesetzten Phasen (180° Phasen­ differenz). Wenn insbesondere der Kolben des Zylinders Nr. 1 an seinem oberen Totpunkt steht, so ist auch der Kolben des Zylinders Nr. 2 an seinem oberen Totpunkt. Um den oberen Tot­ punkt für jede Gruppe zu erkennen, sind am Außenumfang der Kurbelwellenscheibe 2 Vorsprünge (oder Schlitze) 2 a und 2 b ausgebildet, welche die oberen Totpunkte eines Paars von Zy­ lindern in jeder Gruppe repräsentieren. Nahe bei der Kurbel­ wellenscheibe 2 ist ein Kurbelwinkelsensor 3 zum Abtasten der Positionen der Vorsprünge 2 a und 2 b vorgesehen, wenn die Scheibe 2 sich dreht. So werden Kurbelwinkelsignale am oberen Totpunkt in Form von Pulsen erzeugt, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist.
An einer Nockenwelle 4 ist eine Nockenwellenscheibe 5 zum Feststellen der Nockenwinkel angebracht. Die Nockenwelle 4 dreht sich einmal, wenn sich die Kurbelwelle 1 zweimal dreht. Die Nockenwellenscheibe 5 ist mit einem Vorsprung 5 a, einem Paar von Vorsprüngen 5 b, 5 b′, einem Vorsprung 5 c und mit drei Vorsprüngen 5 d, 5 d′ und 5 dp an ihrem Außenumfang versehen.
Wie in Fig. 2 gezeigt, sind die Vorsprünge 5 a, 5 b, 5 c und 5 d in gleichen Winkelabständen (90°) und in Positionen entspre­ chend der Zündfolge der Zylinder vorgesehen. Insbesondere repräsentiert der Vorsprung 5 a den Zylinder Nr. 1, die Vor­ sprünge 5 b und 5 b′ den Zylinder Nr. 3, der Vorsprung 5 c den Zylinder Nr. 2 und die Vorsprünge 5 d und 5 d′ den Zylinder Nr. 4.
Die einander gegenüberliegenden Vorsprünge 5 a und 5 c reprä­ sentieren die Zylinder Nr. 1 und Nr. 2 und entsprechen einer der oben genannten Gruppen. Die einander gegenüberliegenden Vorsprünge 5 b, 5 b′ und 5 d, 5 d′ repräsentieren die Zylinder Nr. 3 und Nr. 4 entsprechend der anderen Gruppe. Der Vorsprung 5 dp ist (in Drehrichtung) hinter dem Vorsprung 5 d′ vorgese­ hen und repräsentiert den Zylinder Nr. 4 als Zylinderunter­ scheidungssignal. Ein Nockenwinkelsensor 6 ist bei der Nocken­ wellenscheibe 5 vorgesehen, um die Vorsprünge abzutasten und ein Nockenwinkelsignal zur Darstellung der Zündfolge der Zy­ linder in Form von Pulsen abzugeben, wie dies in Fig. 4 ge­ zeigt ist.
Das Nockenwinkelsignal und das Kurbelwinkelsignal aus den Sensoren 3 und 6 sowie ein Ansaugdrucksignal, das von einem Ansaugrohrsensor 7 abgetastet wird, werden einer elektroni­ schen Steuereinheit 10 zugeführt, die einen Mikrocomputer um­ faßt. Die Steuereinheit 10 umfaßt ein Eingangs-/Ausgangsin­ terface 10 a, eine CPU 10 b, ein ROM 10 c zum Speichern von Steuerprogrammen und ein RAM 10 d zum zeitweisen Speichern von Daten. In Übereinstimmung mit einem vorbestimmten Programm und einem Zeitgebersignal wird ein Zündzeitpunkt errechnet. Dieser wird Treibern 11 a und 11 b einer jeden Gruppe zugeführt, die einen Leistungstransistor umfassen. In Übereinstimmung mit den Signalen werden die Treiber 11 a oder 11 b gesperrt, so daß ein Hochspannungssignal einer Zündkerze 14 a oder 14 b der ent­ sprechenden Zylindergruppe über einen Strom zugeführt wird, der durch eine Zündspule 12 a bzw. 12 b hochgespannt wird.
Wenn die Maschine startet, so stellt der Nockenwinkelsensor 6 die Vorsprünge 5 a bis 5 dp der Nockenwellenscheibe 5 fest und gibt ein Pulssignal ab, das der Steuereinheit 10 zugeführt wird. Die Anzahl von Pulsen im Pulssignal wird von einem Zähler in der Steuereinheit 10 gezählt. Wenn der Zähler einen Puls zählt, so wird der Zylinder Nr. 1 oder Nr. 2 festge­ stellt. Wenn der Zähler 2 Pulse zählt, so wird der Zylinder Nr. 3 oder Nr. 4 festgestellt. Bis der Zylinder Nr. 4 festge­ stellt wird, werden die Zündzeitpunkte für zwei Zylinder in jeder Gruppe in Übereinstimmung mit demselben Kurbelwinkel­ signal gesteuert, welches die oberen Totpunkte für die bei­ den Zylinder repräsentiert. Wenn der Zähler drei Pulse zählt, so bedeutet dies, daß der Vorsprung 5 dp für den vierten Zy­ linder festgestellt wurde. Auf diese Weise wird der Zylinder Nr. 4 festgelegt. Danach werden die übrigen Zylinder in Über­ einstimmung mit dem Diskriminatorsignal für den vierten Zy­ linder festgelegt und der Zündzeitpunkt wird unabhängig für jeden Zylinder eingestellt.
Im folgenden wird die Betriebsweise des Systems (bzw. des Ver­ fahrens) unter Bezug auf die Flußdiagramme nach den Fig. 5 und 6 erläutert. Beim Starten der Maschine wird eine Subroutine durchgeführt, die im Flußdiagramm nach Fig. 5 gezeigt ist. In einem Schritt S 101 werden die Pulssignale vom Kurbelwinkel­ sensor 3 und vom Nockenwinkelsensor 6 gelesen. Es wird abge­ fragt, ob das Diskriminatorsignal entsprechend dem Vorsprung 5 dp festgestellt wurde oder nicht. Wenn zwei Pulse vom Zähler gezählt wurden und das Diskriminatorsignal vom Nockenwinkel­ sensor 6 nicht festgestellt wurde, so schreitet das Programm zu einem Schritt S 102 fort, in welchem abgefragt wird, ob der Zähler einen Puls gezählt hat oder nicht. Wenn der Nocken­ winkelsensor 6 den Vorsprung 5 a oder 5 c feststellt, so zählt der Zähler einen Puls und die Gruppe bestehend aus den Zylin­ dern Nr. 1 und Nr. 2 wird erkannt. Das Programm schreitet zu einem Schritt S 103 fort, in welchem Zündzeitpunktsignale für die Zylinder Nr. 1 und Nr. 2 erzeugt werden. Der Zündzeitpunkt wird in Übereinstimmung mit dem Zeitpunkt der Basisposition (z. B. dem oberen Totpunkt) festgelegt, der vom Kurbelwinkel­ sensor 3 abgetastet wurde. Nun wird der Zündvorgang für die Zündkerze durchgeführt. Das Programm kehrt zum Schritt S 101 zurück.
Wenn jedoch beim Schritt S 102 zwei Pulse gezählt wurden, der Nockenwinkelsensor 6 also die Vorsprünge 5 b, 5 b′ oder 5 d, 5 d′ erkannt hat, wird die Gruppe bestehend aus den Zylindern Nr. 3 und Nr. 4 erkannt. Das Programm schreitet zu einem Schritt S 104 fort, in welchem ein Zündzeitpunktsignal für die Zylin­ der Nr. 3 und Nr. 4 festgelegt wird. Das Programm kehrt daraufhin zum Schritt S 101 zurück.
Wenn der Zähler im Schritt S 101 drei Pulse zählt, so bedeu­ tet dies, daß der Nockenwinkelsensor 6 den Vorsprung 5 dp erkannt hat. Dann schreitet das Programm zu einem Schritt S 105, in welchem die Zündzeitpunktsteuerung unabhängig für jeden Zylinder durchgeführt wird.
In Fig. 6 ist der Vorgang nach dem Erkennen der Zylinder auf­ gezeigt. In einem Schritt S 201 werden Pulssignale aus den Sensoren 3 und 6 ausgelesen. In einem Schritt S 202 werden die Zylinder erkannt. In einem Schritt S 203 wird die Pulswieder­ holungsfrequenz gemessen. In einem Schritt S 204 wird die Mo­ tordrehzahl berechnet und der Einlaßdruck ausgelesen. In einem Schritt S 205 wird ein Zündwinkel aus einer Tabelle in Überein­ stimmung mit Signalen ausgelesen, die im Schrit S 204 hergelei­ tet wurden. In einem Schritt S 206 wird der Zündzeitpunkt er­ rechnet. In einem Schritt S 207 wird der Zündzeitpunkt in einem Zeitgeber festgelegt. In einem Schritt S 208 wird die Zünd­ spannung an die Zündkerze eines entsprechenden Zylinders der Gruppe angelegt.
Fig. 3 zeigt eine andere bevorzugte Ausführungsform der Noc­ kenwellenscheibe 5. Hier umfaßt eine Nockenwellenscheibe 15 einen Vorsprung 15 a, der den Zylinder Nr. 3 repräsentiert, und einen Vorsprung 15 b, der den Zylinder Nr. 4 repräsentiert. Die Vorsprünge sind am Außenumfang der Scheibe in gleichen Winkelabständen (180°) angeordnet. Ein Vorsprung 15 ap ist (in Drehrichtung) hinter dem Vorsprung 15 a vorgesehen, um den Zylinder Nr. 3 zu erkennen. Mittels einer solchen Scheibe mit einander gegenüberliegenden Vorsprüngen können die Zylinder erkannt werden. Es ist auch möglich, die beiden Ausführungs­ formen miteinander zu kombinieren.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsformen sind die Vor­ sprünge an Scheiben angebracht, die an der Kurbelwelle bzw. an der Nockenwelle sitzen. Es ist auch möglich, direkt an der Kurbelwelle, der Nockenwelle oder anderen drehenden Teilen die Vorsprünge anzubringen, welche synchron zur Kurbelwelle drehen.
Das System kann nicht nur zur Einstellung des Zündzeitpunktes sondern auch zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung der Brennkraftmaschine verwendet werden. Auch hier dreht es sich darum, einen Zeitpunkt für jeden Zylinder zu erkennen.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein Paar von Zylindern einander entgegengesetzter Phasen beim Starten der Maschine in Übereinstimmung mit einem einzigen Signal gesteuert. Wenn ein spezieller Zylinder erkannt wird, so wird jeder Zylinder unabhängig gesteuert. Dadurch ist ein besonders weiches Starten der Maschine möglich. Da die Anzahl von Vorsprüngen auf der Nockenwellenscheibe zum Unterschei­ den der Zylinder nur gering ist, können die Intervalle zwi­ schen den Vorsprüngen ausgedehnt werden. Auf diese Weise kann die Unterscheidung der Zylinder mit hoher Genauigkeit erfol­ gen.

Claims (4)

1. Steuersystem für eine Brennkraftmaschine mit gerader Zylin­ derzahl, gekennzeichnet durch
eine Kurbelwellenscheibe (2), die synchron zu einer Kur­ belwelle (1) der Brennkraftmaschine dreht;
mindestens zwei erste Marken (2 a, 2 b) auf der Kurbelwel­ lenscheibe (2) an einander diametral gegenüberliegenden Positionen entsprechend bestimmten Kurbelwinkelpositio­ nen,
ein erster Sensor (3) zum Abtasten der ersten Marken (2 a, 2 b) und zum Abgeben eines Kurbelwinkelsignals,
eine Nockenwellenscheibe (5), die synchron zu einer Noc­ kenwelle (4) der Brennkraftmaschine dreht,
mindestens zwei zweite Marken (5 a, 5 c; 15 a, 15 b) an der Nockenwellenscheibe (5) in einander diametral gegenüber­ liegenden Positionen entsprechend spezifischen Nockenwin­ kelpositionen für mindestens zwei Gruppen von Zylindern, in welchen ein Paar von Zylindern einander entgegengesetzte Phasen aufweist,
ein zweiter Sensor (6) zum Abtasten der zweiten Marken (5 a, 5 c) zum Abgeben eines Nockenwinkelsignals, eine dritte Marke (5 dp; 15 ap) auf der Nockenwellenscheibe (5), welche einen speziellen Zylinder repräsentiert;
Diskriminatoreinrichtungen (10), die in Übereinstimmung mit einem Ausgangssignal des zweiten Sensors (6) ein Diskri­ minatorsignal dann abgeben, wenn die dritte Marke (5 dp; 15 dp) erkannt wird,
Steuereinrichtungen (10), die auf das Kurbelwinkelsignal und das Nockenwinkelsignal hin den Betrieb der Zylinder einer jeden Gruppe steuert und auf das Diskriminatorsignal, das Nockenwinkelsignal und das Kurbelwinkelsignal hin jeden Zylinder für sich steuert.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und die zweiten Marken (2 a, 2 b′; 5 a, 5 c) Vorsprünge sind, welche jeweils am Außenumfang der Scheiben (2, 5) angebracht sind.
3. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebssteuerung eines jeden Zylinders die Einstellung des Zündzeitpunktes ist.
4. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die speziellen Positionen der ersten Marken die oberen Totpunkte der Kolbenhübe sind.
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