DE3933148A1

DE3933148A1 - Vorrichtung zur zylindererkennung bei einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3933148A1
Application number: DE3933148A
Authority: DE
Inventors: Toshio Iwata; Wataru Fukui
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-10-05
Filing date: 1989-10-04
Publication date: 1990-04-12
Anticipated expiration: 2009-10-05
Also published as: DE3933148C2; US4979485A; KR930008809B1; KR900006669A

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

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.