DE3933148A1 - Vorrichtung zur zylindererkennung bei einer brennkraftmaschine - Google Patents
Vorrichtung zur zylindererkennung bei einer brennkraftmaschineInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren
zur Zylindererkennung bei einer Brennkraftmaschine mit
mehreren Zylindern, und insbesondere auf eine Vorrichtung und
ein Verfahren zur Erkennung eines bestimmten Bezugszylinders
und zur Erzeugung von Regelsignalen zur Steuerung des Zündzeitpunkts
des Motors.
Zur Erzielung eines optimalen Betriebs einer Brennkraftmaschine
müssen die Kraftstoffeinspritzung und die Zündung dann erfolgen,
wenn die Kurbelwelle des Motors einen bestimmten Drehwinkel
erreicht hat, d. h. wenn sich jeder Kolben des Motors
bezüglich des oberen Totpunkts in einer vorgegebenen Stellung
befindet. Aus diesem Grunde wird ein Motor mit einem Drehstellungsmesser
ausgerüstet, der den Drehwinkel der Kurbelwelle
des Motors erfaßt. Eine verbreitete Bauform eines Stellungsmessers
besteht in einer umlaufenden Scheibe, die auf einer
umlaufenden Welle (z. B. der Verteilerwelle) angeordnet ist,
die synchron mit der Kurbelwelle des Motors umläuft. In dieser
umlaufenden Scheibe ist an vorgegebenen Stellen eine Gruppe
von Schlitzen ausgebildet, während sich auf einer Seite der
umlaufenden Scheibe eine Leuchtdiode und auf der anderen Seite
in Ausrichtung zur Leuchtdiode ein photoelektrisches Element
befindet. Dieser Lichtsensor erzeugt jedesmal, wenn einer der
Schlitze zwischen ihm und der Leuchtdiode vorbeiläuft, ein
Ausgangssignal. Die Schlitze, die zahlenmäßig den Zylindern
entsprechen, sind so angeordnet, daß sie jeweils einem vorgegebenen
Drehwinkel der Kurbelwelle und damit einer vorgegebenen
Stellung jedes Kolbens bezüglich des oberen Totpunkts entsprechen.
Es ist nicht nur erforderlich, daß der Zeitpunkt bestimmt ist,
zu dem die Kurbelwelle eine vorgegebene Drehstellung für jeden
Zylinder erreicht, sondern bei Motoren mit Einzelansteuerung
der Zylinder muß jeder Zylinder erkannt werden können.
Motoren mit Einzelzylindersteuerung sind deshalb mit einem
zweiten Stellungsmesser ausgerüstet, der erfaßt, wann der
Drehwinkel der Kurbelwelle so groß ist, daß der Kolben eines
bestimmten Bezugszylinders eine vorgegebene Stellung erreicht
hat. Der zweite Stellungsmesser umfaßt häufig einen zusätzlichen
Schlitz, der ebenfalls in der vorgespannten umlaufenden
Scheibe ausgebildet ist, sowie eine zusätzliche Leuchtdiode
und einen weiteren Lichtsensor, der den Durchtritt von Licht
durch den zusätzlichen Schlitz bei Umlauf der Scheibe erfaßt.
Unter Verwendung der Ausgangssignale beider Stellungsmesser
in Verbindung miteinander läßt sich feststellen, welcher Zylinder
des Motors zu einem bestimmten Zeitpunkt gerade gezündet
wird.
Damit wird ein herkömmlicher Motor häufig mit zwei Stellungsmessern
ausgerüstet, von denen jeder mit einer Leuchtdiode
und einem Lichtsensor verbunden ist. Da jedoch Stellungsmesser
kostspielig sind und da für jeden Stellungsmesser auch eine
eigene Schnittstellenschaltung zum Anschluß an eine Motorsteuerung
erforderlich ist, hat sich der Einsatz von zwei getrennten
Stellungsmessern als unwirtschaftlich erwiesen. Unter
dem Gesichtspunkt der Platzausnutzung im Motor ist außerdem
diese doppelte Ausrüstung nachteilig.
Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine
Vorrichtung und ein Verfahren zur Erkennung eines Zylinders
bei einer Brennkraftmaschine zu entwickeln, mit deren
Hilfe sich eine bestimmte Drehstellung der Kurbelwelle für
jeden Zylinder im Motor und auch ein bestimmter Zylinder bei
Einsatz von nur einem einzigen Stellungsmelder erkennen lassen.
Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung
zur Zylindererkennung zu schaffen, die auch im Übergangsbereich
der Motordrehzahl noch genau funktioniert, während
sie andererseits kompakt gebaut und in ihrer Herstellung
kostengünstig ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung der
eingangs genannten Art gelöst, die die folgenden Merkmale
aufweist:
- - einen Stellungsmelder zur Erzeugung einer Reihe von Signalen, wovon jedes einem Zylinder des Motors entspricht, der jeweils eine erste und eine zweite Stellung bezüglich des oberen Totpunkts eines Kolbens im entsprechenden Zylinder meldet, wobei die Anzahl der Winkelgrade in der Kurbelwellenumdrehung zwischen der ersten und der zweiten Stellung bei einem bestimmten Bezugszylinder des Motors anders als bei den anderen Zylindern des Motors ist,
- - einen ersten, auf den Stellungsmelder ansprechenden Zeitdauermelder, der eine erste Zeitdauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten erfaßt, zu denen eine der beiden Stellungen erreicht ist,
- - einen zweiten, auf den Stellungsmelder ansprechenden Zeitdauermelder, der eine zweite Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten erfaßt, zu denen die erste und die darauffolgende zweite Stellung erreicht ist,
- - einen ersten Verhältnisrechner zur Berechnung einer Reihe von Verhältnissen, wovon jedes einem Zylinder des Motors entspricht und eine Funktion von und bei dem entsprechenden Zylinder darstellt, und
- - eine Vergleicherschaltung, die nacheinander jedes Verhältnis mit einem vorgegebenen Wert vergleicht und als Information über das Vergleichsergebnis ein entsprechendes Ausgangssignal erzeugt.
Dabei ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zylindererkennung
mit einem einzigen Stellungsmelder ausgerüstet, der eine
Folge von Signalen erzeugt, von denen jedes jeweils einem Zylinder
entspricht und bezüglich des oberen Totpunkts des Kolbens
im zugehörigen Zylinder eine erste und eine zweite Stellung
meldet. Die Anzahl der Winkelgrade, die die Kurbelwelle
bei ihrer Drehung aus der ersten in die zweite Kolbenstellung
zurücklegt, ist bei einem vorgegebenen Bezugszylinder des Motors
anders als bei allen anderen Zylindern. Anhand der Ausgangssignale
des Stellungsmelders mißt ein erster Zeitdauermelder
ein erstes Zeitintervall T zwischen zwei aufeinanderfolgenden
ersten bzw. zweiten Kolbenstellungen, während ein
zweiter Zeitdauermelder einen zweiten Zeitraum t zwischen der
ersten und der anschließenden zweiten Kolbenstellungen erfaßt.
Das Verhältnis zwischen beiden Werten in Abhängigkeit von den
Zeitintervallen T und t wird in einem Verhältnisrechenwerk ermittelt,
worauf eine Vergleicherschaltung den Verhältniswert
mit einem vorgegebenen Wert vergleicht. Der vorgegebene Wert
wird so gewählt, daß das Ergebnis des Vergleichs bei dem Verhältnis
für den Bezugszylinder anders als bei dem Verhältnis
ist, das für einen der anderen Zylinder gilt. Anhand des Vergleichsergebnisses
wird der Bezugszylinder erkannt.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung ist das
vom Stellungsmelder abgegebene Signal impulsförmig. Das genannte
erste Zeitintervall entspricht dabei der Periode T der
Impulse, während das vorerwähnte zweite Zeitintervall der Impulsbreite
t vom Impuls entspricht. Außerdem wird das für den
Vergleich herangezogene Verhältnis vorzugsweise mit t/T oder
t/(T-t) ausgedrückt.
Der vorgegebene Wert für den Vergleich mit dem vorgenannten
Verhältnis kann verschiedene Werte aufweisen. Bei einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel entspricht er dem Durchschnitt bzw.
Mittelwert der Verhältniswerte, die für zwei aufeinanderfolgende
Ausgangsimpulse des Stellungsmelders gelten. Bei einem
anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht der vorgegebene
Wert dem Verhältnis, das für den vorangegangenen Ausgangsimpuls
des Stellungsmelders gilt. Bei einem dritten bevorzugten
Ausführungsbeispiel entspricht der vorgegebene Wert
einem Durchschnitt der Verhältniswerte für alle Ausgangsimpulse
während eines einzigen Arbeitszyklus des Motors.
Bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen weist der Stellungsmelder
eine umlaufende Scheibe mit einer Vielzahl darin ausgebildeter
Schlitze unterschiedlicher Länge auf, sowie eine
Lichtquelle und einen lichtempfindlichen Signalgeber, der den
Durchtritt von Licht von der Lichtquelle durch die Schlitze
erfaßt. Dieser Stellungsmelder ist jedoch nicht auf eine bestimmte
Bauform beschränkt, sondern allein ausschlaggebend
ist, daß er Signale erzeugen kann, die eine Information über
die erste und die zweite Stellung der Kolben im Motor liefern,
wobei die Anzahl der Winkelgrade, um die sich die Kurbelwelle
aus der ersten in die zweite Stellung dreht, bei einem Bezugszylinder
anders als bei den anderen Zylindern des Motors ist.
Beispielsweise könnte der Stellungsmelder auch die Form einer
Vielzahl von Vorsprüngen aufweisen, die auf einer umlaufenden
Wellen ausgebildet sind und mit einem Meßwandler zusammenwirken,
der magnetisch oder optisch mit den am Meßwandler vorbeilaufenden
Vorsprüngen in Wechselbeziehung steht.
Nachstehend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele
unter Bezugnahme auf die Zeichnung
näher beschrieben und erläutert. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils
eines Drehstellungsmelders für eine erfindungsgemäße
Vorrichtung zur Zylindererkennung;
Fig. 2 ein Schaltungsschema für den Stellungsmelder gemäß
Fig. 1;
Fig. 3 ein Blockschaltbild der Verbindung zwischen dem Drehstellungsmelder
und einem Mikrorechner;
Fig. 4 ein Diagramm mit der Darstellung der Wellenform des
Ausgangssignals des Stellungsmelders;
Fig. 5 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels
einer Schaltung zur Zylindererkennung;
Fig. 6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Zylindererkennung
unter Einsatz der Schaltung aus Fig. 5;
Fig. 7 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels
einer Schaltung zur Zylindererkennung;
Fig. 8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Zylindererkennung
unter Einsatz der Schaltung aus Fig. 7;
Fig. 9 ein Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels
einer Schaltung zur Zylindererkennung,
und
Fig. 10 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Zylindererkennung
unter Einsatz der Schaltung aus Fig. 9.
Die schematische perspektivische Ansicht eines Teils eines
Drehstellungsmelders, wie er erfindungsgemäß zur Erfassung der
Drehstellung einer Motorkurbelwelle eingesetzt wird, ist in
Fig. 1 dargestellt. Gemäß dieser Zeichnung dreht sich eine umlaufende
Welle 1 synchron mit einem nicht dargestellten Vierzylindermotor.
Beispielsweise kann es sich bei der umlaufenden
Welle 1 um die Welle eines Verteilers handeln, der durch die
Nockenwelle des Motors in Pfeilrichtung in Umlauf versetzt
wird. Eine umlaufende Scheibe 2 mit einer Vielzahl darin ausgebildeter
Schlitze 3 a und 3 b ist in ihrer Mitte fest auf der
Welle 1 angebracht. Jeder der Schlitze 3 a bzw. 3 b entspricht
einem der Zylinder des Motors, so daß bei einem Vierzylindermotor
vier Schlitze in der Scheibe 2 ausgebildet sind. Die
Schlitze 3 a und 3 b befinden sich in gleichem Abstand von der
Mitte der umlaufenden Scheibe 2. Drei der Schlitze 3 a haben
dabei die gleiche Länge in Umfangsrichtung der Scheibe 2, während
der vierte Schlitz 3 b eine andere Länge als die Schlitze
3 a aufweist. Der vierte Schlitz 3 b fungiert dabei als Bezugsschlitz
und entspricht einem Bezugszylinder des Motors, beim
vorliegenden Ausführungsbeispiel dem Zylinder 1, auch wenn
natürlich jeder andere Zylinder genauso gut als Bezugszylinder
herangezogen werden könnte. Der in der Zeichnung dargestellte
vierte Schlitz 3 b ist zwar mit größerer Länge in Umfangsrichtung
als die anderen Schlitze 3 a dargestellt, doch könnte er
auch genauso gut kürzer als diese ausgebildet sein.
Jeder der Schlitze 3 a und 3 b besitzt eine Vorderkante L und
eine Hinterkante Tr. Die Vorderkanten L aller vier Schlitze
3 a und 3 b befinden sich in gleichmäßigen Abständen auf dem Umfang
der Scheibe 2, und zwar in Abständen von jeweils 90°. Da
jedoch der vierte Schlitz 3 b länger als die übrigen Schlitze
3 a ist, ist seine Hinterkante Tr um einen vorgegebenen Winkel
gegenüber der Hinterkante Tr der anderen Schlitze 3 a versetzt
(beispielsweise um 10° von der Mitte der Scheibe 2 aus gemessen).
Eine Lichtquelle in Form einer Leuchtdiode 4 und ein auf Licht
ansprechender Sensor in Form eines Phototransistors 5 fluchten
miteinander und sind auf gegenüberliegenden Seiten der umlaufenden
Scheibe 2 angeordnet. Deckt sich einer der Schlitze 3 a
oder 3 b mit der Leuchtdiode 4 und dem Phototransistor 5, so
kann das von der Leuchtdiode 4 abgestrahlte Licht den Phototransistor
5 erreichen und diesen einschalten. Ansonsten
bleibt der Phototransistor 5 abgeschaltet.
Der Drehstellungsgeber, der die in Fig. 1 dargestellten Bauelemente
aufweist, ist in Fig. 2 unter dem Bezugszeichen 8
schematisch dargestellt. Tritt das von der Leuchtdiode 4 abgestrahlte
Licht durch einen der Schlitze 3 a bzw. 3 b in der
Scheibe 2 und trifft auf den Phototransistor 5, wird dieser
leitend, so daß Strom durch ihn und einen Widerstand R 2
fließt, welcher mit dem Emitter des Phototransistors 5 verbunden
ist. Die Spannung am Wiederstand R 2 wird durch einen Verstärker
6 verstärkt, so daß an der Basis eines Ausgangstransistors
7 mit offenem Kollektor das verstärkte Signal anliegt.
Gemäß Fig. 3 wird das Ausgangssignal des Stellungsmelders 8
über eine Schnittstelle 9 einem Mikrorechner 10 zugeführt. Anhand
des Signals vom Stellungsmelder 8 erkennt der Mikrorechner
10 den Bezugszylinder und regelt den Zündzeitpunkt, die
Kraftstoffeinspritzung und andere für den Motorbetrieb wichtigen
Parameter dementsprechend.
Fig. 4 zeigt das Ausgangssignal des Stellungsmelders 8. Dieses
Ausgangssignal ist impulsförmig und weist in Übereinstimmung
mit der Vorderkante L eine Anstiegsflanke und entsprechend der
Hinterkante Tr jedes Schlitzes der Scheibe 2 eine Abfallflanke
auf. Gemäß Fig. 4 liegt eine Anstiegsflanke im Ausgangsimpuls
vor, wenn der Kolben des entsprechenden Zylinders 75° vor dem
oberen Totpunkt steht. Bei allen Zylindern, mit Ausnahme des
Bezugszylinders, liegt die Abfallflanke vor, wenn der Kolben
des entsprechenden Zylinders 5° vor dem oberen Totpunkt steht,
während beim Bezugszylinder (hier Zylinder 1), die Abfallflanke
dann anliegt, wenn der Kolben im Bezugszylinder 5° hinter
dem oberen Totpunkt steht. Bei den im Zusammenhang mit
Fig. 4 gezeigten und hier genannten Kolbenstellungen bezogen
auf die Anstiegs- und Abfallflanken handelt es sich jedoch nur
um Beispielswerte; es kann auch mit anderen Werten genauso gut
gearbeitet werden.
Der Mikrorechner 10 umfaßt eine Schaltung zur Zylindererkennung,
die anhand des Ausgangssignals des Stellungsmelders 8
den Bezugszylinder erkennt. Ein erstes Ausführungsbeispiel
dieser Schaltung ist in Form eines Blockschaltbilds in Fig. 5
dargestellt. Gemäß dieser Abbildung wird das Ausgangssignal
des Stellungsmelders 8 einem Zeitdauermelder 11 zugeführt, der
das Zeitintervall T zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulsen
des Stellungsmelders 8 erfaßt. Bei diesem Ausführungsbeispiel
mißt der Zeitdauermelder 11 den Zeitraum zwischen
zwei aufeinanderfolgenden Anstiegsflanken des Ausgangssignals,
doch könnte er genauso gut auch den zeitlichen Abstand
zwischen aufeinanderfolgenden Abfallflanken erfassen.
Der Zeitdauermelder 11 erzeugt ein Ausgangssignal zur Information
über den gemessenen Zeitraum T, das dann einem Verhältnisrechner
13 zugeführt wird.
Das Ausgangssignal des Stellungsmelders 8 wird außerdem einem
Impulsbreitenmelder 12 zugeführt, der die Impulsbreite t der
Ausgangsimpulse des Stellungsmelders 8 mißt. Der Impulsbreitenmelder
12 erzeugt ein Ausgangssignal als Information über
die gemessene Impulsbreite t und übermittelt diese an den Verhältnisrechner
13. Im Verhältnisrechner 13 wird nun das
Verhältnis t/T der Impulsbreite t zum Intervall T berechnet,
worauf ein entsprechendes Ausgangssignal erzeugt wird, das einem
Speicher 15, einer Mittelwert-Rechenschaltung 16 und einer
Vergleicherschaltung 14 zugeleitet wird.
Die Mittelwert-Rechenschaltung 16 berechnet den Durchschnitt
des Verhältnisses t/T aus zwei aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulsen
des Stellungsmelders 8 nach der Formel
α = [(t/T) n-1 + (t/T) n]/2,
wobei (t/T) n-1 den Wert des Verhältnisses darstellt, der für
den vorangegangenen Ausgangsimpuls des Stellungsmelders 8 berechnet
und im Speicher 15 erfaßt wurde, während der Wert
(t/T) n dem zuletzt berechneten Verhältnis entspricht. Nach der
Ermittlung des Durchschnittswertes wird der alte Verhältniswert
(t/T) n-1 im Speicher 15 durch den neuen Wert (t/T) n ersetzt.
Der berechnete Mittelwert α wird dann einer Vergleicherschaltung
14 zugeführt.
In der Vergleicherschaltung 14 wird der zuletzt berechnete
Verhältniswert von (t/T) n, der aus dem Verhältnisrechner 13
eingeht, mit dem Durchschnittswert α verglichen, der aus der
Mittelwert-Rechenschaltung eingeht. Ist das Verhältnis (t/T) n
größer als der Durchschnitt α, so erzeugt die Vergleicherschaltung
14 ein Ausgangssignal mit einem ersten Signalpegel,
das einen Hinweis darauf liefert, daß der Zylinder, welcher
der zuletzt gemessenen Impulsbreite t entspricht, der Bezugszylinder
ist. Ist andererseits das Verhältnis (t/T) n kleiner
als der Mittelwert α, so erzeugt die Vergleicherschaltung 14
ein Ausgangssignal mit einem zweiten Signalpegel, der bedeutet,
daß die Impulsbreite t einem der übrigen Zylinder zuzuordnen
ist.
Das Ablaufdiagramm in Fig. 6 veranschaulicht den Ablauf einer
Routine, die der Mikrorechner 10 bei der Erkennung des Bezugszylinders
durchläuft. Im Arbeitsschritt S 1 werden die Dauer T
und die Impulsbreite t des Ausgangssignals des Stellungsmelders
8 gemessen. Im Schritt S 2 wird dann der neueste Verhältniswert
(t/T) n berechnet, der anschließend im Schritt S 3 mit
dem Durchschnittswert α verglichen wird. Ist das Verhältnis
(t/T) n größer als α, so wird im Arbeitsschritt S 4 der Bezugszylinder
erkannt, während eine entsprechende Markierung in einem
Register gesetzt wird, das dem Bezugszylinder zugeordnet
ist. Ist dagegen der Wert (t/T) n nicht größer als der Mittelwert
α, so schaltet das Programm im Schritt S 5 wieder zum Anfang
zurück.
Die Zylinder werden in einer vorgebenen Reihenfolge (z. B. 1
- 3 - 4 - 2) gezündet, so daß der Mikrorechner 10 durch Abzählen
der Ausgangsimpulse des Stellungsmelders 8, wobei ein
bestimmter Ausgangsimpuls dem Bezugszylinder zugeordnet ist,
jeden Zylinder identifizieren und einzeln ansteuern kann.
Außerdem errechnet der Mikrorechner 10 anhand verschiedener
Eingangssignale von nicht dargestellten Sensoren, Meßfühlern
und Meldern die genaue Zündpunkteinstellung für den Motor und
steuert eine nicht abgebildete Zündeinrichtung so an, daß sie
die Zündkerzen für jeden Zylinder korrekt zündet. Im Normalfall
regelt der Mikrorechner 10 die Zündeinrichtung in der
Weise, daß die Zündung in jedem Zylinder zu einem Zeitpunkt
erfolgt, zu dem die Kurbelwelle ab der Anstiegsflanke des entsprechenden
Impulses gemäß Fig. 4 eine gewisse Anzahl von Winkelgraden
durchlaufen hat. Wird der Motor angelassen, so erfolgt
allerdings die Zündung im Anschluß an die Abfallflanke
jedes Impulses. Aus diesem Grund wird während des Anlaßvorgangs
der Bezugszylinder mit einer Zeitversetzung entsprechend
10° nach dem oberen Totpunkt gezündet, verglichen mit den anderen
Zylindern. Diese relative Verzögerung bei der Zündung
des Bezugszylinders hat jedoch keinerlei Nachteile und vermeidet
eine zu frühe Zündung.
Dem Fachmann auf diesem Gebiet sind Aufbau und Funktionsweise
eines Mikrorechners zur Regelung der Zündpunkteinstellung und
der Kraftstoffeinspritzung allgemein bekannt; da die Teile des
Mikrorechners 10, die für diese Funktion vorgesehen sind,
jedoch nicht in den Rahmen der Erfindung fallen, wird hier
nicht näher auf sie eingegangen.
Da eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zylindererkennung einen
Bezugszylinder anhand des Verhältnisses t/T erkennt, hängt
die Genauigkeit der Zylindererkennung nicht von den absoluten
Werten von t bzw. T ab, und so können die Zylinder auch dann
noch präzise erkannt werden, wenn die Drehzahl des Motors in
einem Übergangsbereich liegt. Der Vergleich von Verhältniswerten
bietet außerdem den Vorteil, daß die Auswirkungen von Fehlern
in den verschiedenen Meldern und Sensoren nicht zum Tragen
kommen, die gewöhnlich in elektronischen Erfassungsschaltungen
auftreten, wobei alle Ausgangssignale dann in eine
Richtung abweichen.
Des weiteren ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Zylindererkennung
kompakt und läßt sich kostengünstig herstellen,
da sie nur einen einzigen Drehstellungsmelder 8 erfordert.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 errechnet der Verhältnisrechner
13 das Verhältnis t/T der Impulsbreite t zum
Intervall T. Genauso gut könnte der Verhältnisrechner 13 jedoch
auch das Verhältnis t/(T-t) von Impulsbreite t zum Intervall
(T-t) zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen berechnen,
während die Vergleicherschaltung 14 ebenso gut den Bezugszylinder
dadurch ermitteln könnte, daß sie dieses Verhältnis
t/(T-t) mit einem Vorgabewert vergleicht.
Fig. 7 zeigt das Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Schaltung zur Zylindererkennung.
Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 weist auch diese
Schaltung einen Zeitdauermelder 11 und einen Impulsbreitenmelder
12 auf, die beide jeweils Periode T und Impulsbreite t bei
dem Ausgangssignal vom Stellungsmelder 8 messen. Die Ausgangssignale
der beiden Melder 11 und 12 werden einem Verhältnisrechner
13 zugeführt, der das Verhältnis t/T bzw. t/(T-t)
errechnet. Das dem ermittelten Verhältnis entsprechende Signal
wird sowohl einer Vergleicherschaltung 14 als auch einem Speicher
15 zugeführt. Im Speicher 15 wird das Ausgangssignal des
Verhältnisrechners 13 vorübergehend abgespeichert und steht
dann für die Vergleicherschaltung 14 zur Verfügung. Diese Vergleicherschaltung
14 vergleicht den zuletzt berechneten und
vom Verhältnisrechner 13 gelieferten Wert des Verhältnisses
[t/T ] n bzw. [t/(T-t) ] n mit dem vorherigen Ausgangsimpuls des
Stellungsmelders 8, der im Speicher 15 erfaßt wurde. In allen
anderen Aspekten ist dieses Ausführungsbeispiel genauso wie
das erste Beispiel aufgebaut.
Fig. 8 zeigt ein Ablaufdiagramm für den Betriebsablauf der in
Fig. 7 gezeigten Schaltung zur Zylindererkennung. Im Arbeitsschritt
10 messen der Intervallmelder 11 und der Impulsbreitenmelder
12 jeweils die Periode T und die Impulsdauer t des
Ausgangssignals des Stellungsmelders 8. Die Werte für die Periode
T und die Impulsbreite t werden einem Verhältnisrechner
13 zugeleitet, der im anschließenden Schritt S 11 den Wert des
Verhältnisses [t/T ] n bzw. [t/(T-t) ] n berechnet. Dieser berechnete
Verhältniswert wird der Vergleicherschaltung 14 und
dem Speicher 15 zugeleitet, wo er abgespeichert wird. Im nächsten
Schritt S 12 vergleicht die Vergleicherschaltung 14 den
zuletzt berechneten Wert des Verhältnisses [t/T ] n bzw.
[t/(T-t) ] n aus dem Verhältnisrechner 13 mit einem Wert
[t/T ] n-1 bzw. [t/(T-t) ] n-1, der dem unmittelbar vorangegangenen
Ausgangsimpuls zuzuordnen ist, der im Speicher 15 erfaßt
wurde. Im Arbeitsschritt S 12 ermittelt die Vergleicherschaltung
14, ob die Differenz zwischen dem zuletzt berechneten
Verhältniswert und dem für den vorherigen Ausgangsimpuls
geltenden Verhältniswert, der aus dem Speicher 15 ausgelesen
wurde, größer als ein vorgegebener Wert β ist. Überschreitet
die Differenz den Wert β, so erzeugt die Vergleicherschaltung
14 im Arbeitsschritt S 13 ein Ausgangssignal mit einem ersten
Signalpegel, das anzeigt, daß der Bezugszylinder erkannt wurde,
wobei in einem dem Bezugszylinder zugeordneten Register
eine entsprechende Markierung gesetzt wird. Ist die Differenz
nicht größer als β, so erzeugt die Vergleicherschaltung 14 ein
Ausgangssignal mit einem zweiten Signalpegel, das angibt, daß
ein anderer als der Bezugszylinder erkannt wurde, worauf im
Arbeitsschritt S 14 das Programm wieder zurückspringt.
Der Mikrorechner 10 kann wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel
anhand des Ausgangssignals der Vergleicherschaltung
14 die einzelnen Zylinder des Motors ansteuern. Da auch bei
diesem Ausführungsbeispiel der Bezugszylinder anhand eines
Vergleichs von Verhältniswerten erkannt wird, bietet es die
gleichen Vorteile wie jenes.
Fig. 9 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Schaltung
zur Zylindererkennung. Diese Schaltung ist ähnlich wie die
Schaltung gemäß Fig. 7 aufgebaut, allerdings mit dem Unterschied,
daß anstelle des Speichers 15 eine Rechenschaltung 17
zur Berechnung eines Durchschnitts- bzw. Mittelwerts vorgesehen
ist. Die Mittelwert-Rechenschaltung 17 berechnet laufend
den Durchschnitt α n aus allen Ausgangssignalen des Verhältnisrechners
13 und gibt an die Vergleicherschaltung 14 ein entsprechendes
Ausgangssignal ab. Der Verhältnisrechner 14 berechnet
dann den Wert t/T bzw. t/(T-t). Auch hier vergleicht
die Vergleicherschaltung 14 den im Rechner 13 ermittelten Verhältniswert
mit dem in der Schaltung 17 berechneten Durchschnittswert
α n. Überschreitet das Verhältnis den Mittelwert
α n, so erzeugt die Vergleicherschaltung 14 ein entsprechendes
Ausgangssignal mit einem ersten Pegelwert, das meldet, daß der
Bezugszylinder erkannt wurde, während bei einem Verhältniswert
unter dem Mittelwert α n die Vergleicherschaltung 14 ein
Ausgangssignal mit einem zweiten Pegelwert erzeugt, das auf
die übrigen Zylinder hinweist. Wie bei den zuvor beschriebenen
Ausführungsbeispielen zieht der Mikrorechner 10 das Ausgangssignal
der Vergleicherschaltung 14 zur Ansteuerung der Zylinder
heran.
Bei der Mittelwert-Rechenschaltung 17 kann es sich um einen
Schaltkreis handeln, der das aktuelle arithmetische Mittel aus
den Verhältnissen t/T bzw. t/(T-t) bei vier aufeinanderfolgenden
Ausgangsimpulsen des Stellungsmelders 8 bis einschließlich
des letzten Impulses berechnet. Es ist jedoch auch möglich,
eine einfachere Schaltung einzusetzen, die ein simuliertes
Mittel nach der Formel berechnet wird:
α n = (1-k) · α n-1 + k · (t/T) n
α n = (1-k) · α n-1 + k · (t/T-t) ] n
wobei k eine Konstante ist, der Index n den zuletzt berechneten
Wert und der Index (n-1) einen Wert näher bezeichnen, der
für den vorherigen Ausgangsimpuls berechnet worden war.
Jedesmal, wenn die Rechenschaltung 17 den neuesten Mittelwert
α n berechnet, wird der Wert α n nicht nur der Vergleicherschaltung
14 zugeleitet, sondern wird auch in einem internen Speicher
der Rechenschaltung 17 selbst abgespeichert, wo er zum
vorherigen Mittelwert α n-1 wird, wenn zum Zeitpunkt des nächsten
Ausgangsimpulses des Stellungsmelders 8 der neue Wert α n berechnet wird.
Bei der Berechnung des Mittelwerts des Verhältnisses α n werden
die Terme (1-k) · a n-1 und k · (t/T) n beziehungsweise
k · [t/(T-t) ] n zum Verhältniswert t/T bzw. t/(T-t) des Bezugszylinders
hin abgerundet. Ist das für den Bezugszylinder
geltende Verhältnis größer als das durchschnittliche Verhältnis
α n, so werden diese Therme aufgerundet, während sie abgerundet
werden, wenn das Verhältnis für den Bezugszylinder unter
dem Mittelwert der Verhältnisse α n liegt. Beim vorliegenden
Ausführungsbeispiel überschreitet das Verhältnis für den
Bezugszylinder das gemittelte Verhältnis α n, und damit findet
eine Aufrundung statt. Das mittlere Verhältnis α n kommt größenmäßig
näher an das für die übrigen Zylinder geltende Verhältnis
als an den dem Bezugszylinder zugeordneten Wert heran,
und damit ermöglicht die Rundung des mittleren Verhältnisses
α n zu dem Wert des für den Bezugszylinder geltenden Verhältnisses
hin einen Spielraum, der die Genauigkeit beim Vergleich
in der Schaltung 14 erhöht, wenn diese den mittleren Verhältniswert
α n mit dem Verhältnis für einen der anderen Zylinder
vergleicht.
Ergibt sich beispielsweise bei k = 1/4 für α n-1 = 99, und ist
(t/T) n = 110, so berechnet sich der genaue Wert von α n folgendermaßen:
74,25 + 27,5 = 101,75. Wird jeder Therm aufgerundet,
so nimmt α n den Wert 75 + 28 = 103 an.
Fig. 10 zeigt schließlich das Ablaufdiagramm für den Funktionsablauf
in der Schaltung zur Zylindererkennung nach Fig. 9.
Im Arbeitsschritt S 20 mißt der Zeitdauermelder 11 die Periode
T, während der Impulsbreitenmelder 12 die Impulsbreite t des
Ausgangssignals vom Stellungsmelder 8 erfaßt. Die Periode T
und die Impulsbreite t werden dem Verhältnisrechner 13 zugeführt,
der im Arbeitsschritt S 21 das Verhältnis t/T bzw.
t/(T-t) berechnet. Das berechnete Verhältnis wird der Vergleicherschaltung
14 und der Mittelwert-Rechenschaltung 17 zugeleitet,
worauf im Arbeitsschritt S 22 der Mittelwert für das
Verhältnis aa n in der vorbeschriebenen Weise gebildet wird. Im
folgenden Schritt S 23 vergleicht die Vergleicherschaltung 14
den Durchschnitt der Verhältnisse a n mit dem zuletzt berechneten
Verhältniswert, den der Verhältnisrechner 13 liefert.
Übersteigt der Wert des Verhältnisses t/T bzw. t/(T-t) den
Mittelwert α n, so erzeugt die Vergleicherschaltung 14 im Arbeitsschritt
S 24 ein Ausgangssignal auf einem ersten Signalpegel
als Hinweis darauf, daß der Bezugszylinder erkannt wurde,
wobei in einem dem Bezugszylinder zugeordneten Register
eine entsprechende Markierung gesetzt wird. Übersteigt der
Verhältniswert nicht den Mittelwert α n, so erzeugt die Vergleicherschaltung
14 ein Ausgangssignal mit einem zweiten
Signalpegel als Hinweis darauf, daß ein anderer als der Bezugszylinder
erkannt wurde, worauf das Programm im Schritt S 25
zurückschaltet. Anhand des Ausgangssignals der Vergleicherschaltung
14 kann der Mikrorechner 10 die einzelnen Zylinder
im Motor in gleicher Weise ansteuern, wie dies im Zusammenhang
mit den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen der Fall ist.
Bei den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen
erzeugt der Stellungsmelder 8 ein Ausgangssignal auf hohem Pegel,
wenn er die Vorderkante L erfaßt, und auf niedrigem Pegelwert,
wenn die Hinterkante Tr eines Schlitzes 3 a bzw. 3 b
erkannt wurde. Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich,
die Polarität des Ausgangssignals umzukehren, ohne daß
sich an den Vorteilen der Vorrichtung und des Verfahrens etwas
ändert.
Claims (20)
1. Vorrichtung zur Zylindererkennung bei einer Brennkraftmaschine
mit mehreren Zylindern, gekennzeichnet
durch:
- - einen Stellungsmelder (8) zur Erzeugung einer Reihe von Signalen, wovon jedes einem Zylinder des Motors entspricht, der jeweils eine erste und eine zweite Stellung bezüglich des oberen Totpunkts (TDC) eines Kolbens im entsprechenden Zylinder meldet, wobei die Anzahl der Winkelgrade in der Kurbelwellenumdrehung zwischen der ersten und der zweiten Stellung bei einem bestimmten Bezugszylinder des Motors anders als bei den anderen Zylindern des Motors ist,
- - einen ersten, auf den Stellungsmelder (8) ansprechenden Zeitdauermelder (11), der eine erste Zeitdauer (T) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten erfaßt, zu denen eine der beiden Stellungen erreicht ist,
- - einen zweiten, auf den Stellungsmelder (8) ansprechenden Zeitdauermelder (12), der eine zweite Zeitdauer zwischen den Zeitpunkten erfaßt, zu denen die erste und die darauffolgende zweite Stellung erreicht ist,
- - einen ersten Verhältnisrechner (13) zur Berechnung einer Reihe von Verhältnissen, wovon jedes einem Zylinder des Motors entspricht und eine Funktion von (t) und (T) bei dem entsprechenden Zylinder darstellt, und
- - eine Vergleicherschaltung (14), die nacheinander jedes Verhältnis mit einem vorgegebenen Wert vergleicht und als Information über das Vergleichsergebnis ein entsprechendes Ausgangssignal erzeugt.
2. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Verhältnis
t/T beträgt.
3. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das Verhältnis
t/(T-t) beträgt.
4. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch
gekennzeichnet, daß der vorgegebene
Wert dem Verhältnis entspricht, das dem in der Zündfolge
des Motors vorhergehenden Zylinder zugeordnet ist.
5. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch
gekennzeichnet, daß der vorgegebene
Wert dem Durchschnitt der Verhältnisse entspricht, die
zwei in der Zündfolge des Motors aufeinanderfolgenden
Zylindern zugeordnet sind.
6. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch
gekennzeichnet, daß der vorgegebene
Wert dem Durchschnittswert der Verhältnisse entspricht,
die allen Zylindern bei einem Arbeitszyklus des Motors
zugeordnet sind.
7. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der einem Zylinder
zugeordnete vorgegebene Wert durch die Formel
α n = (1-k) · a n-1 + k · Rausdrückbar ist, wobei k eine Konstante ist, α n-1 den
vorgegebenen Wert darstellt, der dem in der Zündfolge
des Motors vorhergehenden Zylinder entspricht, und R das
Verhältnis für den Vergleich mit dem vorgegebenen Wert
bezeichnet.
8. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach Anspruch 6, dadurch
gekennzeichnet, daß der Durchschnittswert
zu dem Verhältnis hin gerundet wird, das
dem Bezugszylinder entspricht.
9. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach einem der Ansprüche 1-8, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste Stellung
bei allen Zylindern des Motors gleich ist.
10. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach einem der Ansprüche 1-9, dadurch
gekennzeichnet, daß die zweite Stellung
beim Bezugszylinder später als bei den anderen Zylindern
erreicht ist.
11. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch
gekennzeichnet, daß der Stellungsmelder
(8) die folgenden Elemente aufweist:
- - eine umlaufende Welle (1), die synchron mit dem Motor umläuft,
- - eine umlaufende Scheibe (2), die drehfest mit der umlaufenden Welle (1) verbunden ist und in welcher eine Vielzahl von Schlitzen (3 a, 3 b) in gleichmäßigem Abstand von der Mitte der Scheibe (2) ausgebildet ist, welche sich in Umfangsrichtung der Scheibe erstrecken, wobei die Anzahl der Schlitze (3 a, 3 b) gleich der Anzahl der Zylinder im Motor ist und alle Schlitze (3 a), mit Ausnahme eines Bezugsschlitzes (3 b) in Umfangsrichtung der Scheibe (2) gleich lang sind;
- - eine Lichtquelle (4), die auf einer Seite der Scheibe (2) angeordnet ist, sowie
- - einen lichtempfindlichen Sensor (5), der auf der anderen Seite der Scheibe (2) angeordnet ist und den Durchtritt von Licht von der Lichtquelle (4) durch die Schlitze (3 a, 3 b) erfaßt.
12. Vorrichtung zur Zylindererkennung für eine Brennkraftmaschine,
gekennzeichnet durch:
- - einen Stellungsmelder (8) zur Erzeugung einer Folge von Impulsen, von denen jeder einem der Zylinder des Motors entspricht und eine Anstiegsflanke (L bzw. Tr) als Information über eine erste Stellung und eine Abfallflanke (Tr bzw. L) als Information über eine zweite Stellung bezüglich des oberen Totpunkts (TDC) eines Kolbens im entsprechenden Zylinder aufweist, wobei die Anzahl der Winkelgrade, die die Kurbelwelle bei ihrer Drehung zwischen der Anstiegsflanke und der Abfallflanke durchläuft, bei einem Impuls, der einem vorgegebenen Bezugszylinder des Motors entspricht, anders ist als bei den übrigen Zylindern des Motors,
- - einen ersten Zeitdauermelder (11), der den zeitlichen Abstand (T) zwischen den Impulsen mißt,
- - einen zweiten Zeitdauermelder (12), der die Impulsbreite (t) der Impulse erfaßt,
- - einen Verhältnisrechner (13) zur Berechnung eines Verhältnisses für jeden Zylinder, das von der Zeitdauer (T) und der Impulsbreite (t) abhängig ist, sowie
- - eine Vergleicherschaltung (14), die nacheinander jeden Verhältniswert mit einem vorgegebenen Wert vergleicht und als Information über das Vergleichsergebnis ein entsprechendes Ausgangssignal erzeugt.
13. Verfahren zur Erkennung eines vorgegebenen Bezugszylinders
bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine,
gekennzeichnet durch
- - die Erzeugung eines Hinweissignals auf eine erste und eine zweite Stellung eines Kolbens des Zylinders bezüglich des oberen Totpunkts für jeden Zylinder, wobei die Anzahl der Winkelgrade, die die Kurbelwelle bei ihrer Drehung zwischen der ersten und der zweiten Stellung durchläuft, bei einem Bezugszylinder anders als bei den übrigen Zylindern des Motors ist,
- - die Messung einer ersten Zeitdauer (T) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitpunkten, an denen eine der Stellungen erreicht wird,
- - die Messung einer zweiten Zeitdauer (t) zwischen zwei Zeitpunkten, zu denen zuerst die erste und im Anschluß daran die zweite Stellung erreicht wird,
- - die Berechnung eines Verhältnisses in Abhängigkeit von der ersten (T) und der zweiten (t) Zeitdauer,
- - den Vergleich des Verhältniswerts mit einem vorgegebenen Wert, und
- - das Erkennen des Bezugszylinders anhand des Vergleichsergebnisses.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis t/T beträgt.
15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß das Verhältnis t/(T-t) beträgt.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 13-15, dadurch gekennzeichnet,
daß der vorgegebene Wert dem Verhältnis
entspricht, das dem in der Zündfolge des Motors
vorangegangenen Zylinder zugeordnet ist.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 13-15, dadurch gekennzeichnet,
daß der vorgegebene Wert dem Durchschnittswert
aller Verhältnisse entspricht, die zwei in
der Zündfolge des Motors aufeinanderfolgenden Zylindern
zugeordnet sind.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 13-15, dadurch gekennzeichnet,
daß der vorgegebene Wert dem Durchschnitt
der Verhältnisse entspricht, die allen Zylindern
bei einem Arbeitszyklus des Motors zugeordnet sind.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet,
daß der einem Zylinder zugeordnete
vorgegebene Wert durch die Formel
α n = (1-k) · α n-1 + k · Rausgedrückt wird, wobei k eine Konstante ist, a n-1 den
vorgegebenen Wert darstellt, der dem in der Zündfolge
des Motors vorhergehenden Zylinder entspricht, und R das
Verhältnis für den Vergleich mit dem vorgegebenen Wert
bezeichnet.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 17-19, dadurch gekennzeichnet,
daß der Durchschnittswert zu dem Verhältnis
hin gerundet wird, das dem Bezugszylinder entspricht.
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