EP0831224B1 - Geberanordnung zur schnellen Zylindererkennung bei einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Geberanordnung zur schnellen Zylindererkennung bei einer Brennkraftmaschine Download PDF

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EP0831224B1
EP0831224B1 EP97114153A EP97114153A EP0831224B1 EP 0831224 B1 EP0831224 B1 EP 0831224B1 EP 97114153 A EP97114153 A EP 97114153A EP 97114153 A EP97114153 A EP 97114153A EP 0831224 B1 EP0831224 B1 EP 0831224B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
mark
angular
caracterized
crankshaft
Prior art date
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Expired - Lifetime
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EP97114153A
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English (en)
French (fr)
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EP0831224A2 (de
EP0831224A3 (de
Inventor
Alexander Mathe
Stefan Theobald
Klaus Sassen
Bernd Haussmann
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP0831224A3 publication Critical patent/EP0831224A3/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/009—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating position or synchronisation signals
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/06—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up
    • F02D41/062—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up for starting

Definitions

  • the invention relates to an encoder arrangement for fast Cylinder detection in a multi-cylinder Internal combustion engine according to the type of the main claim.
  • crankshaft sensors and a camshaft sensor these sensors with the crankshaft and the camshaft connected encoder disks with a characteristic Scan the surface and output signals to the control unit deliver that carries out the required evaluations and Trigger pulses triggered.
  • the two encoder disks are more suitable with the help Sensor scanned.
  • the output signals of these sensors are evaluated in the control unit and when generating Ignition and injection pulses taken into account.
  • the encoder arrangement according to the invention for fast Has cylinder detection in an internal combustion engine has the advantage that one more faster and more reliable cylinder detection can be carried out at the start. Because of the advantageous Design of the encoder disks or the associated ones Angle marks are different types of systems can be used, for example inductive sensors, Hall sensors, capacitive sensors or with a corresponding modification also optical sensors.
  • the encoder disk connected to the internal combustion engine has two reference marks that are opposite each other or by using a number of fiducials, which corresponds to the number of cylinders in the internal combustion engine.
  • the connected to the camshaft of the internal combustion engine Encoder disc has a so-called segment angle mark pro Number of cylinders Z, the distances between the segment angle marks are the same.
  • Z is minus 1 segment angle marks each assigned a synchronization angle mark, where the distances between the segment angle marks and the associated synchronization angle marks different are.
  • the encoder arrangement according to the invention for fast Cylinder detection in a multi-cylinder Internal combustion engine can both advantageously for diesel and also spark-ignited internal combustion engines deploy.
  • diesel engines with EDC systems the injection can be based on that of the claimed Signals delivered after very early on the start of the internal combustion engine and also in the further Regulate the course of operation of the internal combustion engine.
  • Figure 1 is an embodiment of the invention shown schematically, being from the internal combustion engine only the parts essential to the invention are specified.
  • Figure 1 shows a rigid with the crankshaft 10 connected encoder disk 11, which has a number on its circumference of the same angle marks 12.
  • the angle marks 12 extend over a length L1 and face each other a distance L2.
  • Two reference marks 13, 14 are marked by two missing angle marks were formed. They lie to each other on the encoder disc opposite.
  • the length L1 of the Angle marks is in the correct ratio, e.g. B. to the pole core of the associated transducer.
  • a second encoder disk 15 is connected to the camshaft 16 Internal combustion engine connected and points to its scope Segment angle marks 17 on, with a length L3.
  • segment angle marks 17a, 17b, 17c, 17d are further synchronization angle marks 18a, 18b, 18c present, one of each Synchronization angle marks of a segment angle mark is assigned and the distances between the segment angle marks and the synchronization angle marks are of different lengths.
  • One of the segment angle marks is in the embodiment of the segment angle mark 17d no synchronization angle mark assigned.
  • the camshaft 16 of the internal combustion engine is operated by the Crankshaft 10 driven and rotated in the usual way at half the speed of the crankshaft 10.
  • the rigid connection between crankshaft 10 and camshaft 16 is symbolized by line 19.
  • the encoder disks run the angle marks past sensors 20 and 21. In the transducers this creates tensions that affect the surface of the Play encoder disks.
  • the encoder disk 11 and the Pickups 20 are also used as crankshaft sensors and Sensor disc 15 with the sensor 21 as a camshaft sensor designated.
  • Inductive sensors, Hall sensors, capacitive transducers or with a corresponding adjustment also use optical sensors, these optical Sensors then consist of a transmitter and a receiver and there are angular marks between these two elements move.
  • the direction of rotation of the shafts or disks is each indicated by an arrow.
  • the signals of the Pickups 20 and 21 are designated S1 and S2. she are fed to a control unit 22, in which at least a computing device, for example a microprocessor including the associated memory. in the Control unit, the signal curves are evaluated.
  • an EDC control unit run for the regulation of the internal combustion engine required Calculations based on the data from the sensors 20, 21 delivered signals S1 and S2.
  • the control unit further information supplied by corresponding Sensors are supplied and via corresponding inputs E1 be fed.
  • the control unit outputs A1, for example Injection pulses to the injectors 24.
  • the Power is supplied via the switch 25 through the Battery 26.
  • each cylinder of the internal combustion engine Segment angle mark on the assigned to the camshaft 16 Assigned encoder disc 15. Get three of the four cylinders additionally one in one for the cylinder characteristic distance to the segment angle mark arranged synchronization angle mark. At one of the No synchronization angle mark is placed on the cylinder, but only a segment angle mark. From the defined Each segment or. Synchronization angle mark a certain Crankshaft encoder disc angle mark 12 can be assigned. This is a clear cylinder detection and thus synchronization of the crankshaft encoder disk possible.
  • FIGS. 2 and 3 specified signal profiles, or relationships between Signals and encoder disc surface.
  • Figure 2 is based the example of the camshaft segment of cylinder 2 shows how the signals are generated.
  • the distance between the Segment angle mark 17b and the synchronization angle mark 18b is 18 ° NW (i.e. related to the camshaft).
  • the Direction of rotation is symbolized by an arrow.
  • FIG 2b is the associated signal curve S2, which the pickup 21 delivers, represented. From this waveform the Figure 2c shown square wave signal that ultimately to Synchronization is used, formed.
  • the surface of the encoder disk 11 is shown in FIG. 2d with the angle marks 12 and the reference mark 14.
  • the signal S1 is generated that in Figure 2e is specified.
  • This signal S1 becomes the rectangular one Signal that is shown in Figure 2f formed.
  • the education of square wave signals from sinusoidal signals takes place in generally known manner. For example, in a the evaluation circuit assigned to the transducer or in Control unit 22 take place.
  • FIG. 3 the processed signals are above Crankshaft angle plotted, the crankshaft angle is given in degrees OT.
  • Figure 3a that is from the Scanning the multitude of angle marks on the So-called crankshaft encoder disk obtained Incremental signal that occurs when using a crankshaft encoder disc 11 according to FIG. 1 results. This Increment signal is at the input of the control unit integrated angle clock.
  • Figure 3b is the processed Camshaft sensor signal, which at the input of the computer of the Control unit 22 is present for the various Areas of the camshaft sensor disk assigned to respective cylinders shown.
  • FIG. 3c shows in which crankshaft angle tolerance range the camshaft sensor signals may occur so that they are still clear can be assigned.
  • the reference mark lies due to boundary conditions 1 and 4 between the preferred position of the internal combustion engine and the the next but one ignition TDC.
  • the maximum Total tolerance of the position of the camshaft pulses to the Crankshaft pulses should be less than +/- 9 ° KW.
  • This Total tolerance is made up of the Manufacturing tolerances of the angle marks and the Mounting tolerances of the two encoder disks from which Angle of rotation between crankshaft 10 and camshaft 16 and from inaccuracies in the signal acquisition and from the Processing time of the computer.
  • FIG. 4 shows the sequence of the camshaft sensor signals.
  • FIG. 5 shows those already shown with reference to FIG. 2 Encoder disk configurations, or signals via a shown larger crankshaft angle range.
  • the associated system of a quick start encoder disk configuration for one Four-cylinder internal combustion engine is through synchronization angle marks able on the camshaft encoder disc quickly recognize the current cylinder. This is through Querying the position of the synchronization angle mark to be checked realized in the cylinder segment. Will a location identified from several possible, then this location, defined by an upper and a lower limit, in Data record that is stored in the computer of the control unit Assigned cylinder. If a cylinder is identified, it runs then a cylinder counter.
  • This cylinder counter is running in a four-cylinder internal combustion engine from zero to three. In general, Z cylinders are counted up to Z-1. By checking the correctness of this process can be further information regarding the functionality of the System. To determine whether the process is correct is, the position of the Synchronization angle marks checked. The determined Meter reading indicates a specific location of the Synchronization angle mark, which is stored in the data record is. If the angle mark that occurs has this target position, classified them as plausible. Is it in a position other than that determined by the cylinder counter and with a lower and upper limit position defined in the data set, the relevant synchronization angle mark is used as classified incorrectly and possibly a malfunction of the system recognized and displayed.
  • crankshaft encoder disk the camshaft sensor disk and the associated waveforms for a 3 cylinder Internal combustion engine specified.
  • the one with the crankshaft connected encoder disc has a reference mark for every cylinder.

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Description

Die Erfindung betrifft eine Geberanordnung zur schnellen Zylindererkennung bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Stand der Technik
Damit bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine ein zylinderspezifische Regelung erfolgen kann, ist es erforderlich, daß im Steuergerät der Brennkraftmaschine ständig die genaue Stellung der Kurbel- und der Nockenwelle bekannt ist, wodurch auch die Lage der einzelnen Zylinder bekannt ist. Dazu ist üblicherweise vorgesehen, einen Kurbelwellengeber und einen Nockenwellengeber einzusetzen, wobei diese Geber mit der Kurbel- und der Nockenwelle verbundene Geberscheiben mit einer charakteristischen Oberfläche abtasten und Ausgangssignale an das Steuergerät liefern, das die erforderlichen Auswertungen durchführt und Ansteuerimpulse auslöst.
Damit nach dem Start möglichst schnell die erforderliche Information bezüglich der Stellung der Kurbel- und der Nockenwelle erhaltbar ist, wird in der Offenlegungsschrift DE-OS 42 43 177 vorgeschlagen, bei einer Einrichtung zur schnellen Zylindererkennung bei einer Brennkraftmaschine auf der Kurbelwelle eine Geberscheibe zu befestigen, die eine Vielzahl gleichartiger Winkelmarken aufweist und wenigstens eine Bezugsmarke, die durch zwei fehlende Winkelmarken gebildet wird. Auf der von der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angetriebenen Nockenwelle ist eine zweite Geberscheibe befestigt, die an ihrer Oberfläche eine auf die Zylinderzahl der Brennkraftmaschine abgestimmte Anzahl von Winkelmarken aufweist. Diese Winkelmarken sind so ausgestaltet, daß sie voneinander unterscheidbar sind.
Die beiden Geberscheiben werden mit Hilfe geeigneter Aufnehmer abgetastet. Die Ausgangssignale dieser Aufnehmer werden im Steuergerät ausgewertet und bei der Erzeugung von Zünd- und Einspritzimpulsen berücksichtigt.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Geberanordnung zur schnellen Zylindererkennung bei einer Brennkraftmaschine hat gegenüber der bekannten Einrichtung den Vorteil, daß eine noch schnellere und noch zuverlässigere Zylindererkennung nach dem Start durchgeführt werden kann. Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der Geberscheiben, bzw. der dazugehörigen Winkelmarken, sind als Aufnehmer verschiedenartige Systeme einsetzbar, beispielsweise Induktivsensoren, Hallsensoren, kapazitive Sensoren oder bei einer entsprechenden Abwandlung auch optische Sensoren.
Erzielt wird dieser Vorteil, indem die mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine in Verbindung stehende Geberscheibe zwei Bezugsmarken aufweist, die einander gegenüberliegen oder indem eine Anzahl von Bezugsmarken verwendet werden, die der Zylinderzahl der Brennkraftmaschine entspricht. Die mit der Nockenwelle der Brennkraftmaschine verbundene Geberscheibe weist eine sogenannte Segment-Winkelmarke pro Zylinderzahl Z auf, wobei die Abstände zwischen den Segment-Winkelmarken gleich sind. Z minus 1 Segment-Winkelmarken ist jeweils eine Synchronisations-Winkelmarke zugeordnet, wobei die Abstände zwischen den Segment-Winkelmarken und den zugehörigen Synchronisations-Winkelmarken unterschiedlich sind. Durch Abtastung der Winkelmarken mittels geeigneter Aufnehmer werden charakteristische Impulsfolgen erzeugt, die im Steuergerät ausgewertet werden.
Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale erzielt. Dabei ist besonders vorteilhaft, daß Plausibilitätsuntersuchungen ablaufen können, die erkennen lassen, wenn das Aussgangssignal eines Aufnehmers fehlerhaft ist. Dazu werden Zeitabstände zwischen aufeinander folgenden Signalen gemessen und miteinander verglichen. Bei unplausiblen Vergleichsergebnissen wird auf einen Fehler geschlossen. Falls ein Signal als richtig erkannt wird, läßt sich ausgehend von diesem Signal ein Notlauf realisieren. Die bei Beschleunigungen oder Verzögerungen auftretenden Probleme bei der Plausibilitätsuntersuchung lassen sich in vorteilhafter Weise beheben, indem die Plausibilitätsuntersuchungen anhand von Quotienten eines vorhergehenden Zeitabstandes mit dem aktuellen Zeitabstand zwischen vorgebbaren Impulsen erfolgen.
Durch Auswertung der nach erfolgter Synchronisation erwarteten Abfolge von durch Synchronisations-Winkelmarken verursachten Synchronimpulsen mit tatsächlich registrierten Synchronimpulsen läßt sich ein möglicherweise auftretender Fehler in dem der Nockenwellengeberscheibe zugeordneten Aufnehmer erkennen.
Die erfindungsgemäße Geberanordnung zur schnellen Zylindererkennung bei einer mehrzylindrigen Brennkraftmaschine läßt sich in vorteilhafter Weise sowohl bei Diesel- als auch bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen einsetzen. Bei Dieselbrennkraftmaschinen mit EDC-Systemen läßt sich die Einspritzung anhand der von der beanspruchten Geberanordnung gelieferten Signale bereits sehr früh nach dem Start der Brennkraftmaschine und auch im weiteren Verlauf des Betriebes der Brennkraftmaschine regeln.
Zeichnung
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Im einzelnen zeigt
  • Figur 1 ein Ausführungsbeispiel der Erfindung für eine Vierzylinderbrennkraftmaschine mit den beiden Geberscheiben und dem Steuergerät. In
  • Figur 2 ist der Zusammenhang zwischen der Oberfläche der Geberscheiben und den erzeugten Signalen dargestellt.
  • Figur 3 zeigt aufbereitete Signalverläufe der Ausgangssignale der beiden Aufnehmer und
  • Figur 4 zeigt die Aufeinanderfolge der Nockenwellen-Synchronisations- und Segment-Winkelmarkensignale.
  • In Figur 5 ist eine Gesamtdarstellung der Schnellstart-Geberscheibenkonfiguration für eine Vierzylinderbrennkraftmaschine über dem Kurbelwellenwinkel aufgetragen, wobei sich der Bereich über mehr als ein Arbeitsspiel, also mehr als 720° KW erstreckt.
  • Die Figuren 6, 7 und 8 zeigen die entsprechenden Geberscheiben und Signalverläufe bei einer Brennkraftmaschine mit 3 Zylindern.
    • Beschreibung
    In Figur 1 ist eine Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt, wobei von der Brennkraftmaschine lediglich die erfindungswesentlichen Teile angegeben sind. Im einzelnen zeigt Figur 1 eine mit der Kurbelwelle 10 starr verbundene Geberscheibe 11, die an ihrem Umfang eine Anzahl gleichartiger Winkelmarken 12 aufweist. Die Winkelmarken 12 erstrecken sich über eine Länge L1 und weisen voneinander einen Abstand L2 auf. Zwei Bezugsmarken 13, 14 werden durch je zwei fehlende Winkelmarken gebildet. Sie liegen einander auf der Geberscheibe gegenüber. Die Länge L1 der Winkelmarken ist im richtigen Verhältnis, z. B. zum Polkern des zugehörigen Aufnehmers zu wählen.
    Eine zweite Geberscheibe 15 ist mit der Nockenwelle 16 der Brennkraftmaschine verbunden und weist an ihrem Umfang Segment-Winkelmarken 17 auf, mit einer Länge L3. Bei einer Vierzylinderbrennkraftmaschine sind dabei vier Segment-Winkelmarken vorhanden, die voneinander jeweils in gleichem Abstand angeordnet sind. Neben den Segment-Winkelmarken 17a, 17b, 17c, 17d sind weitere Synchronisations-Winkelmarken 18a, 18b, 18c vorhanden, wobei jeweils eine der Synchronisations-Winkelmarken einer Segment-Winkelmarke zugeordnet ist und die Abstände zwischen den Segment-Winkelmarken und den Synchronisations-Winkelmarken unterschiedlich lang sind. Einer der Segment-Winkelmarken, beim Ausführungsbeispiel der Segment-Winkelmarke 17d ist keine Synchronisations-Winkelmarke zugeordnet.
    Die Nockenwelle 16 der Brennkraftmaschine wird von der Kurbelwelle 10 in üblicher Weise angetrieben und dreht sich mit der halben Geschwindigkeit der Kurbelwelle 10. Die starre Verbindung zwischen Kurbelwelle 10 und Nockenwelle 16 wird durch die Linie 19 symbolisiert. Bei der Rotation der Wellen und damit der Geberscheiben laufen die Winkelmarken an den Aufnehmern 20 und 21 vorbei. In den Aufnehmern werden dabei Spannungen erzeugt, die die Oberfläche der Geberscheiben wiedergeben. Die Geberscheibe 11 und der Aufnehmer 20 werden auch als Kurbelwellengeber und die Geberscheibe 15 mit dem Aufnehmer 21 als Nockenwellengeber bezeichnet.
    Als Aufnehmer lassen sich Induktivsensoren, Hallsensoren, kapazitive Aufnehmer oder bei einer entsprechenden Anpassung auch optische Sensoren einsetzen, wobei diese optischen Sensoren dann aus einem Sender und einem Empfänger bestehen und sich Winkelmarken zwischen diesen beiden Elementen bewegen. Die Drehrichtung der Wellen, bzw. der Scheiben, ist jeweils durch einen Pfeil bezeichnet. Die Signale der Aufnehmer 20 und 21 sind mit S1 und S2 bezeichnet. Sie werden einem Steuergerät 22 zugeführt, in dem wenigstens eine Recheneinrichtung, beispielsweise ein Mikroprozessor einschließlich der zugehörigen Speicher vorhanden sind. Im Steuergerät werden die Signalverläufe ausgewertet.
    Im Steuergerät, beispielsweise bei einer Dieselbrennkraftmaschine, einem EDC-Steuergerät, laufen für die Regelung der Brennkraftmaschine erforderliche Berechnungen anhand der von den Aufnehmern 20, 21 gelieferten Signale S1 und S2 ab. Dem Steuergerät werden dazu weitere Informationen zugeführt, die von entsprechenden Sensoren geliefert werden und über entsprechende Eingänge E1 zugeführt werden. Vom Anlaßschalter 23 gelangt die Information, daß ein Anlassen der Brennkraftmaschine erfolgen soll, über den Eingang E2 zum Steuergerät 22. Über Ausgänge A1 gibt das Steuergerät beispielsweise Einspritzimpulse an die Einspritzventile 24. Die Spannungsversorgung erfolgt über den Schalter 25 durch die Batterie 26.
    Das in Figur 1 dargestellte Ausführungsbeispiel bei dem beispielhaft die Zylinder-OT-Lagen für eine Zündreihenfolge 1-3-4-2 angegeben sind, soll beispielsweise im Zusammenhang mit einem elektronisch geregelten Einzelpumpen-Diesel-Einspritzsystem eingesetzt werden, bei dem die Zuordnung der Einspritzdüsen elektronisch erfolgt. Dazu ist zur Synchronisation eine Zylindererkennung notwendig. Im Startfall soll die Einspritzung zum übernächsten Zünd-OT (Oberer Totpunkt) erfolgen. Eine solch schnelle Einspritzung wird als Schnellstart bezeichnet. Um den Schnellstart verwirklichen zu können, wird bei einer Vierzylinderbrennkraftmaschine ein Zwei-Lücken-Geberscheibe 11 an der Kurbelwelle 10 montiert, mit beispielsweise 60 minus 2 mal 2 Winkelmarken mit der Nockenwelle 16 ist eine Geberscheibe 15 verbunden, die beispielsweise 4 mal 2 minus 1 Winkelmarken 17a bis d, 18 a bis c, aufweist. Dabei wird jedem Zylinder der Brennkraftmaschine eine sogenannte Segment-Winkelmarke auf der der Nockenwelle 16 zugeordneten Geberscheibe 15 zugeordnet. Drei der vier Zylinder erhalten zusätzlich jeweils einen in einem für den Zylinder charakteristischen Abstand zur Segment-Winkelmarke angeordnete Synchronisations-Winkelmarke. Bei einem der Zylinder wird keine Synchronisations-Winkelmarke angeordnet, sondern nur eine Segment-Winkelmarke. Aus der definierten Anbaulage der Geberscheiben zueinander kann jeder Segment-bzw. Synchronisations-Winkelmarke eine bestimmte Kurbelwellen-Geberscheiben-Winkelmarke 12 zugeordnet werden. Hierdurch ist eine eindeutige Zylindererkennung und damit die Synchronisation der Kurbelwellen-Geberscheibe möglich.
    Als Randbedingungen für die Ausgestaltung des Ausführungsbeispieles wurden folgende Zusammenhänge berücksichtigt:
  • 1. Nach Stillstand der Brennkraftmaschine üblicherweise eine Vorzugslage (VZL) ein. Diese Vorzugslage ist bauartbedingt etwa bei 90° +/- 15° KW (Kurbelwellenwinkel) vor OT.
  • 2. Werden als Aufnehmer Induktivsensoren eingesetzt, werden erst ab ca. 50 Umdrehungen pro Minute auswertbare Signale erhalten. Bei der Beschleunigung des Anlassers verstreicht damit bis zum Erreichen der Minimaldrehzahl, ab der ein Induktivsensor ein verwertbares Ausgangssignal abgibt, ein gewisses Kurbelwellen-Winkelsegment, weshalb bei der Zylindererkennung ein Vorhalt eingeplant werden muß. Es wird allerdings vorausgesetzt, daß dieser Vorhalt kleiner als 60° KW ist.
  • 3. Die erste Periodendauer des Ausgangssignales des Aufnehmers, der die mit der Kurbelwelle verbundene Geberscheibe abtastet, kann erst erkannt werden, wenn mindesten zwei Impulse des Signales ausgewertet wurden.
  • 4. Bevor die erste Einspritzung stattfinden kann, wird die Winkeluhr, die beispielsweise ein 16-Bit-Zähler ist, der den momentanen Kurbelwellenwinkel liefert und den Ablauf der Einspritzung steuert, zunächst zum Kurbelwellenwinkel synchronisiert. Dazu muß mindestens eine Bezugsmarke 13 oder 14 der Kurbelwelle überschritten werden. Bei der ersten Winkelmarkenflanke nach Ablauf der Bezugsmarke beginnt die Winkeluhr mit dem Zählvorgang.
  • 5. Nach der Synchronisation der Winkeluhr kann die Auswertung der Signale des der Nockenwelle zugeordneten Aufnehmers zur Erkennung des richtigen Zylinders erfolgen.
  • 6. Der früheste Förderbeginn im Startfall liegt bei 20° KW vor OT.
  • 7. Der früheste Förderbeginn bei Drehzahlen, größer als 3500 Umdrehungen pro Minute liegt bei 20° KW vor OT.
  • 8. Das späteste Einspritzende liegt bei 30° KW nach OT.
  • 9. Bei der Wahl der Lage der Bezugsmarken müssen Forderungen beachtet werden, die sich wegen der Laufruheregelung (LRR) und der Antiruckeldämpfung (ARD) ergeben. Bei der Laufruheregelung und der Antiruckeldämpfung handelt es sich um aus der EDC bekannte Vorgehensweisen.
    • Unter Beachtung der Randbedingungen 1 bis 9 sowie der in Figur 1 dargestellten Ausgestaltungen der Geberscheiben, einschließlich der beispielhaft angegebenen Winkelverteilungen, ergeben sich die in den Figuren 2 und 3 angebenen Signalverläufe, bzw. Zusammenhänge zwischen Signalen und Geberscheibenoberfläche. In Figur 2 ist anhand des Beispiels des Nockenwellen-Segmentes von Zylinder 2 dargestellt, wie die Entstehung der Signale abläuft. Dabei ist in Figur 2a die Oberfläche der Geberscheibe 15 im Bereich der Segmentmarke 17c, bzw. der Synchronisations-Winkelmarke 18c dargestellt. Der Abstand zwischen der Segment-Winkelmarke 17b und der Synchronisations-Winkelmarke 18b beträgt 18° NW (also auf die Nockenwelle bezogen). Die Drehrichtung wird durch einen Pfeil symbolisiert. In Figur 2b ist der zugehörige Signalverlauf S2, den der Aufnehmer 21 liefert, dargestellt. Aus diesem Signalverlauf wird das in Figur 2c dargestellte Rechtecksignal, das letztendlich zur Synchronisation verwendet wird, gebildet.
    In Figur 2d ist die Oberfläche der Geberscheibe 11 dargestellt, mit den Winkelmarken 12 und der Bezugsmarke 14. Im Aufnehmer 20 wird das Signal S1 erzeugt, daß in Figur 2e angegeben ist. Aus diesem Signal S1 wird das rechteckförmige Signal, das in Figur 2f angegeben ist, gebildet. Die Bildung von Rechtecksignalen aus sinusförmigen Signalen erfolgt in allgemein bekannter Weise. Sie kann beispielsweise in einer, dem Aufnehmer zugeordneten Auswerteschaltung oder aber im Steuergerät 22 erfolgen.
    In Figur 3 sind die aufbereiteten Signale über dem Kurbelwellenwinkel aufgetragen, wobei der Kurbelwellenwinkel in Grad OT angegeben wird. In Figur 3a ist das aus der Abtastung der Vielzahl der Winkelmarken auf der Kurbelwellengeberscheibe erhaltene sogenannte Inkrementsignal, das sich bei Verwendung einer Kurbelwellen-Geberscheibe 11 nach Figur 1 ergibt, dargestellt. Dieses Inkrementsignal liegt am Eingang der am Steuergerät integrierten Winkeluhr. In Figur 3b ist das aufbereitete Nockenwellengebersignal, das am Eingang des Rechners des Steuergerätes 22 anliegt für die verschiedenen, den jeweiligen Zylindern zugeordneten Bereiche der Nockenwellen-Geberscheibe dargestellt. In Figur 3c wird gezeigt, in welchem Kurbelwellenwinkel-Toleranzbereich die Nockenwellen-Gebersignale auftreten dürfen, damit sie noch eindeutig zugeordnet werden können.
    Wegen der Randbedingungen 1 und 4 liegt die Bezugsmarke zwischen der Vorzugslage der Brennkraftmaschine und dem übernächsten Zünd-OT. Durch geeigneten Einbau wird die Bezugsmarke direkt hinter dem spätestmöglichen Winkel, zu dem das Magnetventil geöffnet ist. Es steht damit damit ein ausreichend großer Kurbelwellenwinkelbereich zur Zylindererkennung zur Verfügung.
    Wie Figur 3 zu entnehmen ist, muß die maximale Gesamttoleranz der Lage der Nockenwellenimpulse zu den Kurbelwellenimpulsen kleiner als +/- 9° KW sein. Diese Gesamttoleranz setzt sich zusammen aus den Fertigungstoleranzen der Winkelmarken und den Anbautoleranzen der beiden Geberscheiben, aus dem Verdrehwinkel zwischen Kurbelwelle 10 und Nockenwelle 16 und aus Ungenauigkeiten bei der Signalerfassung sowie aus der Verarbeitungszeit des Rechners.
    Zur Erkennung der Funktionsfähigkeit der Geber oder der nachfolgenden Aufbereitungsschaltungen kann eine Plausibilisierung des Kurbelwellengebersignales bei intaktem Kurbelwellen- und Nockenwellengebersignal erfolgen. Diese Plausibilisierung erfolgt durch Auswertung des Nockenwellengebersignales. Dazu wird jeweils die Periodendauer zwischen zwei aufeinanderfolgenden Segmentsignalen ausgemessen. Bei Verwendung einer Schnellstart-Nockenwellengeberscheibe mit variablen Winkelmarkenabständen für die Zylindercodierung kann das im folgenden anhand der Figur 4 erläuterte Verfahren zur sicheren Unterscheidung zwischen Segment-Winkelmarke und Synchronisations-Winkelmarken eingesetzt werden und zur Erkennung eines bestimmten Zylindersegmentes verwendet werden.
    In Figur 4 ist die Sequenz der Nockenwellen-Gebersignale dargestellt. Eine bestimmte Segment-Winkelmarke oder Synchronisations-Winkelmarke kann erkannt werden durch laufende Bildung des Quotienten Qn der vorhergehenden Periodendauer
    Tn-1 mit der aktuellen Periodendauer Tn. Es wird also der Quotient: Qn = Tn-1 Tn gebildet. Bei eventuell auftretenden Beschleunigungen oder Verzögerungen weicht der Periodendauerquotient beträchtlich von dem Wert bei stationärer Drehzahl ab und es kann vorkommen, daß verschiedenen Periodendauerquotienten den gleichen Wert annehmen und deshalb sind aufeinanderfolgende Nockenwellen-Winkelmarkenabstände so zu wählen, daß die zugehörigen Periodendauerquotienten möglichst weit auseinanderliegen. Außerdem sollte laufend überprüft werden, ob die Abfolge der Periodendauerquotienten mit der vorgegebenen Ablaufreihe übereinstimmt. Nur dann ist eine eindeutige Zuordnung eines bestimmten Quotienten zur zugehörigen Nockenwellen-Winkelmarke möglich. Aus dieser Forderung ergibt sich die in Figur 4 optimale Anordnung der Synchronisations-Winkelmarken.
    Die Schwankung der Periodendauerquotienten durch die tatsächlich auftretenden Beschleunigungen, bzw. Verzögerungen beim Start, also in einer Phase, bei der sich eine Beschleunigung wegen der niedrigen Momentandrehzahlen besonders stark auswirkt und während des normalen Betriebes lassen sich am Motorprüfstand überprüfen.
    Eine weitere Plausibilitätsuntersuchung läßt sich wie folgt anhand der in Figur 5 dargestellten Zusammenhänge erläutern. In Figur 5 sind die bereits anhand der Figur 2 dargestellten Geberscheiben-Ausgestaltungen, bzw. Signale über einen größeren Kurbelwellenwinkelbereich dargestellt. Das zugehörige System einer Schnellstart-Geberscheibenkonfiguration für eine Vierzylinderbrennkraftmaschine ist durch Synchronisations-Winkelmarken auf der Nockenwellen-Geberscheibe in der Lage, schnell den aktuellen Zylinder zu erkennen. Dies wird durch Abfragen der Lage der zu prüfenden Synchronisations-Winkelmarke im Zylindersegment realisiert. Wird eine Lage aus mehreren möglichen identifiziert, dann ist diese Lage, festgelegt durch eine Ober- und eine Untergrenze, im Datensatz der im Rechner des Steuergerätes abgelegt ist, ein Zylinder zugeordnet. Wird ein Zylinder identifiziert, läuft anschließend ein Zylinderzähler. Dieser Zylinderzähler läuft bei einer Vierzylinderbrennkraftmaschine von null bis drei. Allgemein gilt, daß bei Z-Zylindern bis Z-1 gezählt wird. Durch Überprüfung der Korrektheit dieses Ablaufs lassen sich weitere Informationen bezüglich der Funktionsfähigkeit des Systemes gewinnen. Zur Feststellung, ob der Ablauf korrekt ist, wird in umgekehrter Reihenfolge die Lage der Synchronisations-Winkelmarken geprüft. Der ermittelte Zählerstand weist auf eine bestimmte Lage der Synchronisations-Winkelmarke hin, die im Datensatz abgelegt ist. Hat die auftretende Winkelmarke diese Soll-Lage, wird sie als plausibel eingestuft. Hat sie eine andere Lage als die durch den Zylinderzähler ermittelte und mit einer unteren und oberen Grenzlage im Datensatz definierte Lage, wird die betreffende Synchronisations-Winkelmarke als fehlerhaft eingestuft und gegebenenfalls ein Fehlfunktion des Systems erkannt und angezeigt.
    In den Figuren 6, 7 und 8 sind die Kurbelwellen-Geberscheibe, die Nockenwellen-Geberscheibe sowie die zugehörigen Signalverläufe für eine 3-Zylinder Brennkraftmaschine angegeben. Die mit der Kurbelwelle verbundene Geberscheibe weist dabei eine Bezugsmarke für jeden Zylinder auf.

    Claims (10)

    1. Geberanordnung zur schnellen Zylindererkennung bei einer Brennkraftmaschine mit Z-Zylindern, mit einer von der Kurbelwelle (10) angetriebenen Geberscheibe (11) mit einer Vielzahl gleichartiger Winkelmarken (12) und wenigstens einer, einem festen Kurbelwellen-Winkel zugordneten Bezugsmarke (13,14), mit einer von der Nockenwelle (16) angetriebenen Geberscheibe (15) mit einer, von der Zylinderzahl Z abhängigen Anzahl von gleichartigen Segment-Winkelmarken (17), mit Aufnehmern (20,21), die die Winkelmarken (12,17) abtasten und entsprechende Signale an das Steuergerät der Brennkraftmaschine liefern,
      dadurch gekennzeichnet, daß die Zahl der Bezugsmarken (13,14) auf der von der Kurbelwelle (10) angetriebenen Geberscheibe (11) Z/2 oder Z beträgt und daß auf der mit der Nockenwelle (16) in Verbindung stehenden Geberscheibe (15) zusätzlich Z-1 Synchronisations-Winkelmarken (18) vorhanden sind, die mit unterschiedlichem Winkelabstand je einer der Segment-Winkelmarken (17) zugeordnet sind, wobei einer Segment-Winkelmarke (17d) keine Synchronisations-Winkelmarke zugeordnet ist.
    2. Geberanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Segment-Winkelmarken und die Synchronisations-Winkelmarken gleich groß sind.
    3. Geberanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnehmer Induktivsensoren oder Hallsensoren oder Kapazitivsensoren oder optische Sensoren sind, wobei die Ausgestaltung der Geberscheiben und die Auswahl des Materials der Geberscheiben entsprechend den eingesetzten Sensoren erfolgt.
    4. Geberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Geberscheibe (11) mit der Kurbelwelle (10) und die Geberscheibe (15) mit der Nockenwelle (16) so zusammengebaut werden, daß beim Betrieb der Brennkraftmaschine und der dabei erfolgenden Rotation der Geberscheiben in den Aufnehmern (20, 21) Signale derart erzeugt werden, daß jedem Winkelmarkensignal von der Nockenwellengeberscheibe ein bestimmter Zählerstand vom Signal der Kurbelwellengeberscheibe zugeordnet werden kann, wodurch eine eindeutige Zylindererkennung möglich ist.
    5. Geberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach erfolgter Zylinderidentifikation geprüft wird, ob die nächste erwartete Zylinderidentifikation tatsächlich eintritt und falls dies nicht zutrifft, eine Fehlfunktion erkannt wird.
    6. Geberanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zylinderidentifikation durch Auswertung des Abstandes zwischen einer Segmentmarke und der nachfolgenden Synchronisationsmarke erfolgt.
    7. Geberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während bestimmter Betriebszustände oder während vorgebbarer Zeiten Plausibilitätsuntersuchungen ablaufen, die die Abfolge der Impulse der Kurbelwellen- und der Nockenwellengebersignale auswerten und bei einer Abweichung von der erwarteten Abfolge ein Fehler angezeigt wird.
    8. Geberanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Plausibilitätsuntersuchung durch Auswertung des Quotienten der vorhergehenden Periodendauer Tn-1 und der aktuellen Periodendauer Tn erfolgt, wodurch eine Unterscheidung zwischen Segment- und Synchronisations-Winkelmarke möglich ist.
    9. Geberanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Zylinderidentifikation ein Zylinderzähler gestartet wird, der von 0 bis Z-1 läuft, daß aus dem Zählerstand auf die Lage einer vorgebbaren Synchronisations-Winkelmarke geschlossen wird und auf Plausibilität erkannt wird, wenn die Lage der erwarteten Winkelmarke entspricht.
    10. Geberanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß auch auf Plausibilität erkannt wird, wenn eine Abweichung innerhalb vorgebbarer Grenzen liegt.
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