DE19650250A1 - Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine, insbesonders zur Regelung der Kraftstoffeinspritzung und der Zündung nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Stand der Technik

Bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen mit elektronisch geregelter Einspritzung und Zündung wird im Steuergerät berechnet wann und wieviel Kraftstoff pro Zylinder eingespritzt werden soll und wann der geeignete Zündzeitpunkt ist. Damit diese Berechnungen in korrekter Weise durchgeführt werden können, muß die jeweilige Stellung der Kurbel- bzw. der Nockenwelle oder der Nockenwellen der Brennkraftmaschine bekannt sein, es ist daher üblich und wird beispielsweise in der DE-OS 43 27 218 beschrieben, daß die Kurbel- und die Nockenwelle mit je einem Geberrad in Verbindung stehen, das eine charakteristische Oberfläche aufweist und von einem Aufnehmer abgetastet wird. Das Kurbelwellengeberrad weist dabei eine Vielzahl gleichartiger Winkelmarken, die in gleichem Abstand zueinander angeordnet sind auf und eine durch zwei fehlende Winkelmarken gebildete Bezugsmarke. Das Nockenwellengeberrad hat eine einzige Winkelmarke, die sich über einen Bereich von 180° erstreckt. Beide Geberräder werden mit Hilfe geeigneter Aufnehmer abgetastet, deren Ausgangssignale im Steuergerät ausgewertet werden.

Nach der Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine ist dem Steuergerät die Winkellage der Kurbel- und der Nockenwelle nicht bekannt. Erst nachdem sich die beiden Wellen um einen bestimmten Winkel gedreht haben und die Bezugsmarke sowie wenigstens eine Winkelmarkenflanke der Nockenwelle erkannt ist, kann eine Synchronisation erfolgen und die phasenrichtigen Ansteuerimpulse für die Einspritzung und Zündung können dann abgegeben werden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß bei einer Brennkraftmaschine mit zwei Nockenwellen eine besonders schnelle Synchronisation möglich ist, da durch die erfindungsgemäße Anordnung und Ausgestaltung der Geberräder auf der Kurbelwelle und den Nockenwellen in einem Arbeitsspiel der Brennkraftmaschine sechs eindeutige Synchronisationspunkte darstellbar sind. Die erfindungsgemäße Einrichtung läßt sich besonders vorteilhaft zur Zylindererkennung bei Brennkraftmaschinen mit V-förmiger Zylinderanordnung einsetzen, bei denen die Zylinder in zwei Zylinderbänken angeordnet sind und jeweils einer Zylinderbank eine Nockenwelle einschließlich eines zugehörigen Geberrades zugeordnet ist.

Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt. Dabei ist besonders vorteilhaft, daß die Synchronisation zwischen Kurbel- und Nockenwellen einerseits an der Bezugsmarke bzw. der Lücke des Kurbelwellengeberrades mit dem dazugehörigen Phasenpegel des Nockenwellensignales auf Zylinderbank 1 oder 2 erfolgen kann oder durch Synchronisation an der positiven oder negativen Nockenwellenflanke auf der Zylinderbank 1 oder 2. Bei Ausfall eines der Nockenwellenphasengeber kann ein Phasengebernotlauf initiiert werden, wobei eine Synchronisation dann nur mit dem verbleibenden Nockenwellen- Phasensignal erfolgt, wodurch immer noch vier eindeutige Synchronisationspunkte erhalten werden.

Bei Auswahl des Kurbelwellen-Drehzahlgebers, der das mit der Kurbelwelle umlaufende Geberrad abtastet, lassen sich ebenfalls noch vier eindeutige Synchronisationspunkte gewinnen, indem positive oder negative Nockenwellenflanken von der Zylinderbank 1 oder 2 ausgewertet werden. Weiterhin sind in vorteilhafter Weise 4 Flanken zur Aktualisierung der Motorposition im Drehzahlgeber-Notlaufbetrieb gewinnbar.

Falls sich der Motor rückwärts dreht kann in vorteilhafter Weise eine Rückdreherkennung erfolgen, wodurch die Gefahr von Saugrohrpatschern reduziert wird. Beim Rückwärtsdrehen des Motors sind die positiven und negativen Flankenwechsel der Nockenwellenphasengeber um 180°KW verschoben, daraus läßt sich auf Rückdrehen des Motors schließen.

Bei Brennkraftmaschinen mit variabler Nockenwellenverstellung oder mit Diagnose der Nockenwellenverstellung ist eine vorteilhafte Auswertung möglich, da pro Zylinderkopf zwei Signalflanken vorliegen, mit denen der Istwert der Nockenwellenverstellung ermittelt werden kann. Dieser Istwert kann für die Regelung der stetigen Nockenwellen-Verstellung oder die Diagnose verwendet werden.

Besonders vorteilhaft ist, daß sich bei Nockenwellen- Geberrädern, die sich in unterschiedliche Richtung drehen, zwei mechanisch gleichartig ausgebildete Geberräder einsetzen lassen. Dies hat den Vorteil, daß nur eine Art von Geberrädern hergestellt werden muß, daß keine Verwechslungsgefahr bei der Montage besteht. Die gesamte Anordnung kann in vorteilhafter Weise als Schnellstart- System eingesetzt werden.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt Fig. 1 eine grobe Übersicht über die Anordnung von Kurbel- bzw. Nockenwellen samt den zugehörigen Aufnehmern und dem Steuergerät, in dem die Berechnungen zur Regelung der Einspritzung und Zündung ablaufen. In Fig. 2 sind Signalverläufe über den Kurbelwellenwinkel dargestellt.

Beschreibung

In Fig. 1 sind die zur Erläuterung der Erfindung erforderlichen Bestandteile einer Brennkraftmaschine beispielhaft dargestellt, dabei ist mit 10 ein Geberrad bezeichnet, das starr mit der Kurbelwelle 11 der Brennkraftmaschine verbunden ist und an seinem Umfang eine Vielzahl gleichartiger Winkelmarken 12 aufweist. Neben diesen gleichartigen Winkelmarken 12 ist eine Bezugsmarke 13 vorgesehen, die beispielsweise durch zwei fehlende Winkelmarken realisiert ist. Die Zahl der Winkelmarken beträgt beispielsweise 60-2.

Ein zweites Geberrad 14 ist mit der ersten Nockenwelle 15 der Brennkraftmaschine verbunden und weist an seinem Umfang eine Winkelmarke 16 auf, die sich über einen Winkel von 180° erstreckt. Ein weiteres Geberrad 17 ist mit der zweiten Nockenwelle 18 der Brennkraftmaschine verbunden und weist an seinem Umfang eine Winkelmarke 19 auf, die sich ebenfalls über einen Winkel 180° erstreckt. Mit 20 und 21 sind die zwischen Kurbel- und Nockenwelle bestehenden Verbindungen bezeichnet. Die beiden Nockenwellen werden von der Kurbelwelle so angetrieben, daß sie sich mit der halben Kurbelwellendrehzahl drehen. Bei einem Motor, bei dem die Zylinder in einer sogenannten V-Anordnung (V-Motor) angeordnet sind, ist einer Zylinderbank eine Nockenwelle und der anderen Zylinderbank die andere Nockenwelle zugeordnet.

Für andere Brennkraftmaschinen, die mehrere Nockenwelle pro Zylinderbank aufweisen, läßt sich die erfindungsgemäße Einrichtung ebenfalls einsetzen. Beispielsweise kann bei Brennkraftmaschinen mit variabler Nockenwellenverstellung, bei denen eine Nockenwelle zur Einlaßventilsteuerung und eine zur Auslaßventilsteuerung vorhanden ist, läßt sich mit der erfindungsgemäßen Einrichtung zusätzlich die Nockenwellenverstellung ermitteln.

Die erfindungsgemäße Einrichtung kann allgemein bei Motoren mit mindestens zwei Nockenwellen eingesetzt werden, wobei die Nockenwellen üblicherweise die Einlaß- und Auslaßnockenwellen sind.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 erfolgt die Anordnung der der Kurbelwelle und den Nockenwellen zugeordneten Geberräder in der Weise, daß sich ein Signalverlauf ergibt wie er in Fig. 2 dargestellt ist. Dabei ist das erste Nockenwellengeberrad gegenüber dem Kurbelwellengeberrad um einen Winkel α1 verdreht. Das zweite Nockenwellengeberrad ist gegenüber dem ersten um einen Winkel α2 verdreht, dabei ist α2 vorteilhafter Weise etwa 180°. Der Winkel α1 ist etwa 45°, wobei der Winkel bezogen ist zwischen dem Beginn der Winkelmarke 16 und dem Ende der Bezugsmarke 13. Für den Signalverlauf ergeben sich dann die in Fig. 2 dargestellten Zusammenhänge.

Die der Kurbel- bzw. den Nockenwellen zugeordneten Geberräder 10, 14, 17 werden mit Hilfe geeigneter Aufnehmer 22, 23, 24, beispielsweise induktiven Aufnehmern oder Hall- Sensoren abgetastet, die beim Vorbeilaufen der Winkelmarken in den Aufnehmern erzeugten Signale werden entweder gleich aufbereitet und einem Steuergerät 25 zugeführt oder erst im Steuergerät 25 selbst in geeigneter Weise aufbereitet. Bei dieser Aufbereitung werden vorzugsweise Rechtecksignale gebildet, deren Anstiegsflanken den Beginn einer Winkelmarke und deren abfallende Flanken dem Ende einer Winkelmarke entsprechen. Diese Signale bzw. die zeitlichen Abfolgen der einzelnen Impulse der Signale werden im Steuergerät 25 zur Drehzahlermittlung und zur Bestimmung der Winkel lagen der Wellen ausgewertet.

Das Steuergerät 25 erhält über verschiedene Eingänge von denen nur der Eingang 26 dargestellt ist, weitere, für die Steuerung bzw. Regelung der Brennkraftmaschine erforderliche Eingangsgrößen die von verschiedenen Sensoren 27 gemessen werden. Als Beispiele solcher Sensoren seien erwähnt: ein Motortemperatursensor, ein Drosselklappensensor, ein Saugrohrdrucksensor usw. Weiterhin wird über den Eingang 28 ein Zündung-Ein-Signal zugeführt, das beim Schließen des Zündschalters 29 von der Klemme Kl. 15 des Zündschlosses geliefert wird.

Ausgangsseitig stellt das Steuergerät, das nicht näher dargestellte Rechen- bzw. Speichermittel umfaßt, Signale für die Zündung und Einspritzung, die mit 30 und 31 bezeichnet sind. Die Spannungsversorgung des Steuergerätes 25 erfolgt in üblicher Weise mit Hilfe einer Batterie 32 die über einen Schalter 33 mit dem Steuergerät 25 verbindbar ist. Mit Hilfe der in der Fig. 1 aufgezeigten Größen das Steuergerät 25 die Stellung der Kurbelwelle 11 und der Nockenwellen 15, 18 während des Betriebes der Brennkraftmaschine jederzeit ermitteln. Da die Zuordnung zwischen der Kurbelwelle 11 und den Nockenwellen 15, 18 ebenso bekannt ist wie die Zuordnung zwischen der Stellung der Nockenwellen und der Lage der einzelnen Zylinder, kann nach dem Erkennen eines ersten Synchronisationspunktes die Synchronisation bzw. Zylindererkennung erfolgen und in bekannter Weise die Einspritzung und die Zündung gesteuert bzw. geregelt werden.

In Fig. 2 sind die von den Aufnehmern 22, 23, 24 gelieferten, jedoch bereits zu Rechtecksignalen aufbereiteten Signale, die im Steuergerät ausgewertet werden, über dem Kurbelwellenwinkel α in °KW aufgetragen. Im einzelnen zeigt Fig. 2a das vom Kurbelwellengeber gelieferte Signal, das auftritt, wenn als Geberrad ein Rad mit 60-2 Winkelmarken eingesetzt wird. Die Bezugsmarke, die durch zwei fehlende Impulse gebildet wird, tritt pro Umdrehung der Kurbelwelle einmal, also pro Arbeitsspiel zweimal auf. Die Zahlenfolge 1 bis 6 bezeichnet sechs Synchronisationspunkte, deren Bestimmung im folgenden noch näher erläutert wird.

In den Fig. 2b und 2c sind die beiden von den Nockenwellengebern gelieferten Signale aufgetragen. Die Länge einer "High"- bzw. "Low"-Phase beträgt jeweils 360°kW, da sich die Nockenwelle bekanntermaßen mit der halben Geschwindigkeit der Kurbelwelle dreht. Der auf die Kurbelwelle bezogene Winkel α1 beträgt 90°kW, dies entspricht tatsächlich einem Winkel von 45°.

In Fig. 2d ist angegeben, welcher Zylinder sich gemäß einer softwareinternen Zählweise im Zünd-oberer Totpunkt (ZOT) befindet, außerdem ist angegeben, welcher Zylinder sich im Lastwechsel-oberen Totpunkt (LWOT) befindet.

In Fig. 2e ist eingetragen, in welchen Phasen die Einlaßventile für die einzelnen Zylinder geöffnet sind (EV1, EV2, . . .), die Pfeile bezeichnen Zündzeitpunkte.

Der in Fig. 2 dargestellte Signalverlauf wird wie bereits ausgeführt, erhalten, wenn der einem Sechszylinder-V-Motor mit zwei Nockenwellen, die jeweils einer Zylinderbank zugeordnet sind, je ein Geberrad mit einer 180° langen Winkelmarke eingesetzt wird, wobei die Lage der beiden Geberräder bezogen auf das Arbeitsspiel um den Winkel α2 vorteilhafter Weise 90°NW, entsprechend 180°kW gegeneinander verschoben ist. Die Lage der Segmentwechsel gegenüber den Synchronisationspunkten auf der Kurbelwelle, die ausgehend von der zweiten Winkelmarke nach der 60-2 Lücke gebildet wird, um einen definierten Winkel α1, vorteilhafter Weise 45°NW bzw. 90°KW verschoben.

Seitens der Signalerfassung im Steuergerät 25 werden für die beiden Nockenwellengebersignale zwei unabhängige Eingänge zur Verfügung gestellt, die neben der normalen Pegelabfrage auch eine Interrupt-Abtastung der Flankenwechsel auf beiden Nockenwellengebersignalen getrennt ermöglichen.

Mit dieser Anordnung lassen sich sechs eindeutige Synchronisationspunkte im Arbeitsspiel (720°kW) darstellen. Eine Synchronisation kann erfolgen an der Bezugsmarke (Lücke) des Kurbelwellensignales unter Verwendung des dazugehörigen Phasenpegels des Nockenwellensignales 1 oder 2, das jeweils der Zylinderbank 1 oder 2 zugeordnet ist. Weitere Synchronisationen lassen sich erzielen an einer positiven oder negativen Flanke der Nockenwellensignale von Zylinderbank 1 oder 2. Insgesamt lassen sich sechs Synchronisationspunkte definieren, die es erlauben, daß mit dem beschriebenen System ein Schnellstart durchgeführt werden kann, da nach Erreichen der ersten der sechs Synchronisationsmarken eine Synchronisation durchgeführt werden kann.

Fällt einer der beiden Nockenwellen-Phasengeber 23, 24 aus, lassen sich immer noch vier eindeutige Synchronisationspunkte erzeugen, indem das noch verbleibende Phasensignal zusammen mit dem Kurbelwellengebersignal ausgewertet wird. Dabei wird wiederum die Lücke des Kurbelwellensignales und das Auftreten einer positiven oder negativen Flanke des Nockenwellensignales ausgewertet.

Fällt der Drehzahlgeber, also der Kurbelwellen-Geber 22 aus, lassen sich vier eindeutige Synchronisationspunkte über die Auswertung der positiven oder negativen Flanken der beiden Nockenwellengebersignale erzeugen. Es stehen in diesem Fall des sogenannten Drehzahlgeber-Notlaufs immer noch vier Flanken zur Aktualisierung der Motorposition im Notlaufbetrieb zur Verfügung.

Mit der erfindungsgemäßen Einrichtung ist weiterhin eine Rückdreherkennung möglich. Wenn der Motor rückwärts dreht, beispielsweise nach dem Abwürgen, besteht die Gefahr, daß sogenannte Saugrohrpatscher auftreten. Durch Auswertung der positiven und negativen Flankenwechsel der beiden Nockenwellengebersignale läßt sich erkennen, wenn dem Rückdrehen der Flankenwechsel um 180°kW verschoben auftritt. Ist eine solche Verschiebung erkannt, kann vom Steuergerät 25 auf Rückdrehen des Motors geschlossen werden und die erforderlichen Maßnahmen getroffen werden. Es können bei erkanntem Rückdrehen weitere Einspritzungen unterdrückt werden, so daß der Motor relativ schnell zum Stillstand kommt.

Bei einer Brennkraftmaschine mit variabler Nockenwellenverstellung oder mit einer Diagnose für die Nockenwellenverstellung läßt sich mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung der Istwert der Nockenwellenverstellung ermitteln, indem die zeitliche Abfolge der Signalflanken der beiden Nockenwellengebersignale zueinander in Bezug gesetzt wird. Pro Zylinderkopf liegen dabei zwei Signalflanken vor, über die der Istwert der Verstellung ermittelt werden kann. Dieser Istwert läßt sich für die Regelung der stetigen Verstellung oder die Diagnose verwenden.

Claims (10)

1. Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine mit einer Recheneinrichtung, in der die Winkellage der Kurbel- und der Nockenwelle durch Auswertung der entsprechenden Gebersignale ermittelt wird, zur Bildung von Ansteuersignalen für die Einspritzventile und/oder zum Auslösen von Zündungen, wobei zur Erzeugung der Gebersignale ein mit der Kurbelwelle in Verbindung stehendes KW-Geberrad mit wenigstens einer Bezugsmarke und ein mit der Nockenwelle in Verbindung stehendes NW-Geberrad mit einem sich über 180° erstreckenden Winkelmarke mittels je eines Aufnehmers abgetastet wird, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer zweiten Nockenwelle ein NW-Geberrad mit einer sich über 180° erstreckenden Winkelmarke angeordnet ist und die Geberräder der Kurbelwelle und der ersten Nockenwelle gegeneinander um den Winkel α1 und die Geberräder an der ersten Nockenwelle und an der zweiten Nockenwelle gegeneinander um den Winkel α2 verdreht sind.

2. Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtung das Steuergerät der Brennkraftmaschine ist und der Winkel α1 zwischen der Bezugsmarke des KW-Geberrades und der positiven Flanke des ersten NW-Geberrades 45°NW bzw. 90°KW und der Winkel α2 zwischen den positiven Flanken der Nockenwellen-Geberräder 90°NW bzw. 180°KW beträgt.

3. Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine ein V-Motor ist mit zwei Zylinderbänken, wobei jeweils einer Zylinderbank eine Nockenwelle zugeordnet ist.

4. Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine ein Motor mit mindestens zwei Nockenwellen ist, wobei die Nockenwellen die Einlaß- und Auslaßnockenwellen sind.

5. Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine, nach Anspruch 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (2) unabhängige Eingänge für die Zuführung der beiden Nockenwellengebersignale aufweist und neben der Pegelabfrage auch eine Interruptbindung-Abtastung der Flankenwechsel auf beiden Gebersignalen getrennt durchführbar ist.

6. Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schnellstarterkennung durchgeführt wird, daß nach Erkennung eines ersten Synchronisationspunktes die Synchronisation erfolgt und bei den anschließenden Berechnungen berücksichtigt wird.

7. Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß eine Fehlererkennung durchgeführt wird, mit der ein Ausfall des Kurbelwellengebers und/oder eines Nockenwellengebers erkannt wird und die Synchronisation erfolgt, indem die verbleibenden Signale zur Erzeugung eindeutiger Synchronisationspunkte miteinander in Bezug gesetzt werden.

8. Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät die Aufeinanderfolge der positiven und negativen Flankenwechsel der gegeneinander um 180°KW verschobenen Nockenwellensignale auswertet und eine Rückdrehung erkennt, wenn die Flankenwechsel um 180°KW verschoben sind.

9. Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Brennkraftmaschine mit einer stetigen Nockenwellenverstellung und/oder einer Diagnose der Nockenwellenverstellung der Istwert der Verstellung durch Auswertung der beiden Nockenwellengebersignale ermittelt wird und dieser Istwert bei der Regelung der stetigen Verstellung oder bei der Diagnose verwendet wird.

10. Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Istwerts der Nockenwellenverstellung pro Zylinderkopf zwei Signalflanken ausgewertet werden.