DE4322311A1

DE4322311A1 - Einrichtung zur kurbelwellensynchronen Erfassung einer sich periodisch ändernden Größe

Info

Publication number: DE4322311A1
Application number: DE4322311A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dipl Ing Koelle; Andreas Dipl Phys Dr Lock; Andreas Dipl Ing Roth
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-07-05
Filing date: 1993-07-05
Publication date: 1995-01-12
Also published as: EP0678159B1; JP3882026B2; JPH08501369A; DE59407393D1; WO1995002122A1; US5520043A; KR100327078B1; EP0678159A1; KR950703118A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur kurbelwellensyn chronen Erfassung einer sich periodisch ändernden Größe bei einer Brennkraftmaschine, insbesondere der Last, nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist bekannt, daß der Unterdruck im Saugrohr einer Brennkraftma schine im Arbeitstakt der Brennkraftmaschine pulsiert. Zur exakten Regelung der Brennkraftmaschine wird jedoch der tatsächlich Luft durchsatz benötigt. In vielen Fällen wird eine Ersatzgröße wie der Mittelwert des Saugrohrdruckes herangezogen. Es wird deshalb bei spielsweise in der DE-OS 38 03 276 vorgeschlagen, den Saugrohrdruck winkelsynchron zweimal pro Periodendauer abzutasten und entweder das erhaltene Signal oder den Saugrohrdruck selbst durch geeignete Fil ter so zu dämpfen, daß ein quasi sinusförmiger Signalverlauf erhal ten wird. Wird dieses Signal zweimal pro Zündabstand abgetastet, kann aus zwei aufeinanderfolgenden Werten direkt der Mittelwert berechnet werden.

Für moderne Brennkraftmaschinen ist diese Mittelwertbildung immer noch zu ungenau. Außerdem läßt sich mit dieser Methode nur der Mit telwert und nicht der genaue Druckverlauf bzw. der genaue Luftdurch satz bestimmen, gerade dies wird für einige Regelmaßnahmen jedoch gewünscht.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß einerseits eine sehr genaue Mittelwertbildung möglich ist und andererseits der ge naue Saugrohrdruckverlauf bzw. der genaue Verlauf der angesaugten Luftmenge bestimmt werden kann. Es ist also auch möglich, die pro Arbeitstakt angesaugte Luftmasse genau zu ermitteln. Insgesamt ist eine besonders genaue und zuverlässige Lastermittlung möglich.

Es ist weiterhin vorteilhaft, daß die erzielten Meßwerte von Segment zu Segment und damit von Arbeitstakt zu Arbeitstakt miteinander ver gleichbar sind, es lassen sich dabei zu den einzelnen Segmenten gehörende Mittelwerte bilden, die dann auch für die Regelung der Brennkraftmaschine zur Verfügung stehen.

Erzielt werden diese Vorteile, indem der Signalverlauf mit einer hohen Abtastrate abgetastet wird, wobei der Beginn der Abtastung kurbelwellenbezogen synchronisiert ist, es wird also für jedes Segment an der selben Stelle mit der Abtastung begonnen. Dies ermöglicht eine Synchronisation auf das periodisch oszillierende Lastsignal. Durch Integration über einen Arbeitstakt wird die zu gehörige angesaugte Luftmenge berechnet.

Eine geeignete Filterung des periodisch oszillierenden Signales kann vor der Abtastung durchgeführt werden, ist aber im Gegensatz zu der aus der DE-OS 38 03 276 bekannten Lösung nicht unbedingt erforder lich.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen der im Hauptanspruch angegebenen Einrich tung möglich.

Zeichnung

Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nach folgenden Beschreibung näher erläutert. Im einzelnen zeigt Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Einrichtung, in Fig. 2 sind zugehörige Signalabläufe dargestellt, anhand der die Erfindung erläutert wird.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 sind die erfindungswesentlichen Teile einer Brennkraftma schine schematisch dargestellt. Dabei ist mit 10 das Steuergerät be zeichnet, mit 11 die Kurbelwelle und mit 12 eine Scheibe, die mit der Kurbelwelle 11 verbunden ist und sich mit dieser dreht.

Die Oberfläche der Scheibe 12 weist eine Anzahl von Markierungen 13a, 13b, 13c auf, die auf die Zahl der Zylinder der Brennkraftma schine abgestimmt ist. Im in Fig. 1 dargestellten Fall sind es drei Markierungen, eine solche Scheibe findet Verwendung bei einer Sechs zylinderbrennkraftmaschine. Ein Bereich, der mit α_KW bezeichnet ist, bildet ein sogenanntes Segment. Dieser Bereich ist in Fig. 1 definiert als Winkel zwischen der Rückflanke der Marke 13a und der Rückflanke der Marke 13b.

Die Scheibe 12 wird von einem feststehenden Sensor 14 abgetastet, dessen Ausgangssignal dem Steuergerät 10 als Eingangssignal E₁ zugeführt wird und dort weiterverarbeitet wird.

Mit 15 ist das Saugrohr der Brennkraftmaschine bezeichnet, 16 stellt schematisch die Drosselklappe dar, die im Saugrohr angeordnet ist. Mit 17 ist ein Bereich des Saugrohres dargestellt, der als pneuma tisches Filter wirkt und 18 ist ein Hitzdraht-Luftmassenmesser HLM, der die durchströmende Luft registriert und dessen Ausgangssignal dem Steuergerät 10 als Signal U_LH zugeführt wird.

An Stelle eines HLM kann auch ein HFM eingesetzt werden. 19 bezeichnet einen Drucksensor, der im Saugrohr, beispielsweise an einer der gezeigten Stellen angeordnet ist und den Saugrohrdruck mißt. Dieser Sensor ist ebenfalls mit dem Steuergerät 10 verbunden, in dem auch die Ausgangssignale U_LP des Drucksensors verarbeitet werden. Das Steuergerät 10 liefert Ausgangssignale A zur Regelung der Brennkraftmaschine, insbesonders der Zündung und Einspritzung.

Die Ausgangssignale des Lastsensors, also des Drucksensors oder des Luftmassenmessers werden in geeigneter Weise aufbereitet, insbeson dere können sie so gefiltert werden, daß ein periodischer Signal verlauf entsteht, der dann weiterverarbeitet wird.

In Fig. 2a ist ein aus dem Kurbelwellensensor erhaltenes Signal dargestellt, dabei sind nur diese Signalteile aufgetragen, die beim Vorbeilaufen der Rückseiten der Marken 13a, 13b, 13c am Kurbelwel lensensor 14 erzeugt werden. Der Abstand zwischen den Signalflanken beträgt für das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 120°/KW, er ent spricht also gerade einem Segment.

In Fig. 2c ist der Verlauf des Lastsignales U_L dargestellt. Die ses ist entweder des vom Hitzdraht- bzw. Heißfilm-Luftmassenmesser stammende Signal U_LH oder das Signal des im Saugrohr angeordneten Drucksensors U_LP. Dieses Signal ist periodisch schwankend mit einer Periodenlänge die einer Segmentlänge bzw. einem Winkel von α_KW entspricht.

Der Lastverlauf nach Fig. 2c ist im übrigen nur schematisch darge stellt, dies ist für das Verständnis der Erfindung jedoch nicht wesentlich. Genaugenommen liefert der Hitzdrahtluftmassenmesser ein im wesentlichen vom Luftmassenstrom abhängiges Gleichspannungssignal mit einer sinusartigen Pulsation, deren Amplitude zu höheren Dreh zahlen hin kleiner wird. Im Rückströmbereich bei ca. 800 bis 1400 U/min, je nach Motor entspricht das Ausgangssignal bei Pulsation dem Absolutbetrag einer Sinusschwingung.

Das Ausgangssignal des Drucksensors stellt ein im wesentlichen vom Druck linear abhängiges Gleichspannungssignal dar mit einer über lagerten sinusförmigen Pulsation im gesamten Drehzahlbereich. Der tatsächliche Signalverlauf ist jedoch für das Verständnis der Erfin dung unerheblich, es ist deshalb nur der periodische Anteil darge stellt.

Wird der Drucksensor direkt im Saugrohr angebracht, kann ein zusätz liches Filter eingesetzt werden, es ist aber nicht unbedingt erfor derlich um ein zuverlässig auswertbares Signal erhalten werden.

Das Signal nach Fig. 2c wird im Steuergerät in einem speziellen Raster abgetastet, beispielsweise in einem 1-Millisekunden-Raster. Dabei ist wesentlich, daß die Abtastung für jedes Segment an der gleichen Stelle beginnt. Die Synchronisation der Abtastung erfolgt in Abhängigkeit von den Signalflanken nach Fig. 2a. Würde diese Synchronisation nicht durchgeführt werden, so würde aufgrund der konstanten Abtastintervalle auch im stationärem Motorbetriebszustand eine Schwebung im Lastsignal auftreten.

Die erste Abtastung erfolgt beim dargestellten Ausführungsbeispiel eine Millisekunde nach dem Auftreten der ersten Flanke des Signales nach Fig. 2a. Die erste Abtastung ist in Fig. 2b und 2c mit 1 bezeichnet. Die zweite Abtastung erfolgt eine Millisekunde später und ist mit 2 bezeichnet. Die vierte Abtastung ist die letzte im ersten Segment.

Die fünfte Abtastung erfolgt nicht eine Millisekunde nach der vier ten, sondern eine Millisekunde nach dem Auftreten der zweiten Flanke des Signales nach Fig. 2a. Es wird also nicht an der mit 5 bezeich neten Stelle abgetastet, sondern an der mit 5′ bezeichneten Stelle. Für die sechste bis achte Abtastung gilt analog, daß bei 6′ bis 8′ abgetastet wird und nicht bei 6 bis 8 wie im unsynchronisierten Fall. Dadurch ist sichergestellt, daß die Abtastung für jedes Segment synchronisiert ist und an derselben Stelle erfolgt.

Beim Übergang ins dritte Segment erfolgt die Abtastung bei 9′′ und nicht bei 9 oder 9′. Dabei folgt die Stelle 9′′ eine Millisekunde nach der dritten Flanke des Signales nach Fig. 2a.

Die Mittelwertbildung erfolgt über je ein Segment. Das mittlere Lastsignal des ersten Segmentes wir also aus den erste vier abge tasteten Lastsignalwerten gebildet. Dieser Mittelwert entspricht dem Mittelwert des zweiten Segmentes, der aus den Abtastwerten 5′ bis 8′ gebildet wird. Im dritten Segment werden die Abtastwerte 9′′ bis 12′′ zur Mittelwertbildung verwendet.

Zur Bestimmung der pro Arbeitstakt angesaugten Luftmenge wird das Lastsignal (vom HLM oder HFM) über einen Arbeitstakt, also über eine Periodenlänge aufintegriert, es gilt:

wobei n und n+1 ein Segment darstellt, bzw. zwischen t_n und t_n+1 die Kurbelwelle sich um einen Winkel α_KW dreht.

Bei einer Brennkraftmaschine mit wahlweise einem Drucksensor oder einem Luftmassenmesser ist eine Kombination der beiden Erfassungssysteme denkbar, wenn bei der Signale so aufbereitet werden, daß die Filter-Zeitkonstanten in der gleichen Größenordnung liegen. Eine kurbelwellen- bzw. drehzahlsynchronisierte Abtastung im 1 ms-Raster ermöglicht dann eine einheitliche Lasterfassung.

Das angegebene Verfahren kann sowohl für Druck- als auch für HFM/HLM-Systeme eingesetzt werden. Bei kompatibler Sensorschnittstelle kann ein die Signale verarbeitendes Steuergerät somit hardwareidentisch durch Umschalten von Datensätzen wahlweise für beide Datenerfassungssysteme eingesetzt werden.

Die ermittelte Last wird im Steuergerät zur Regelung der Brennkraftmaschine verwertet, insbesondere im Zusammenhang mit einer optimierten Zündung und Einspritzung.

Claims

1. Einrichtung zur kurbelwellensynchronen Erfassung einer sich pe riodisch ändernden Größe einer Brennkraftmaschine, insbesonders der Last, mit einem Sensor, der ein von der Stellung der Kurbelwelle abhängiges Signal abgibt, das wenigstens eine Flanke pro Segment aufweist, wobei ein Segment einem wählbaren Kurbelwellenwinkelbe reich entspricht und einem weiteren Sensor, der ein lastabhängiges Signal abgibt, dadurch gekennzeichnet, daß das lastabhängige Signal in einem wählbaren Zeitraster abgetastet wird und der Beginn der Abtastung in jedem Segment im gleichen Abstand von der entsprechen den Flanke des kurbelwellenwinkelabhängigen Signales erfolgt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus den abgetasteten Werten ein Mittelwert gebildet wird, wobei über jeweils ein Segment gemittelt wird.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kurbelwellenwinkelbereich, der eine Segmentlänge bildet, von der Zahl der Zylinder der Brennkraftmaschine abhängt und so festgelegt wird, daß er einer Periodenlänge der sich periodisch ändernden Größe entspricht.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bil dung des kurbelwellenwinkelabhängigen Signales eine mit der Kurbel welle verbundene Scheibe mit einer der halben Anzahl der Zylinder entsprechenden Zahl von Markierungen von einem Aufnehmer abgetastet wird.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung der sich periodisch ändernden Größe in konstanten Zeitintervallen, insbesondere im Millisekunden abstand erfolgt.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sich periodisch ändernde Größe der Luftstrom im Saugrohr der Brennkraftmaschine ist und als Sensor ein Luftmas sen- oder Luftmengenmesser, insbesondere ein HFM oder HLM eingesetzt wird und/oder daß die sich periodisch ändernde Größe der Druck im Saugrohr der Brennkraftmaschine ist und als Sensor ein Drucksensor eingesetzt wird.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung und die Auswertung der Signale mit Hilfe des Steuergerätes der Brennkraftmaschine erfolgt.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anpassung der Filterkonstanten und der Ab tastrate so erfolgt, daß die sich periodisch ändernde Größe über alle Segmente möglichst genau und gleichmäßig erfolgt.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Lastsignal über ein Segment integriert wird, zur Ermittlung der pro Arbeitstakt angesaugten Luftmenge.