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DE3914169C2 - Zylinderfeststellungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine zum zylinderrichtigen Steuern wenigstens der Zündeinrichtung - Google Patents

Zylinderfeststellungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine zum zylinderrichtigen Steuern wenigstens der Zündeinrichtung

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Fuji Jukogyo KK
Fuji Heavy Industries Ltd
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Description

Die Erfindung betrifft eine Zylinderfeststellungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine zum zylinderrichtigen Steuern wenigstens der Zündeinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 37 42 675 A1 ist ein Kurbelwinkel-Abtastsystem für eine Brennkraftmaschine beschrieben, in welchem eine Scheibe vorhanden ist, die einmal dreht, wenn eine Kurbelwelle der Maschine zweimal dreht, wobei ein Kurbelwinkelsignal in Form eines Pulses erzeugt wird, der von Abtastmitteln abgefühlt wird. Das Kurbelwinkelsignal wird zum Bezeichnen eines Zylinders innerhalb eines Unterscheidungsbereiches auf der Scheibe verwendet.
Die Fig. 5a und 5b zeigen Diagramme für derartige Kurbelwinkelsignale und eine Scheibe 52, die in dem bekannten System an der Kurbelwelle befestigt ist. Das System weist eine Nockenwellenscheibe mit Vorsprüngen auf und gibt Nockensignalpulse CS für jeden Zylinder ab. Das Kurbelwinkelsignal CA in Form von Pulsen wird bei Vorsprüngen erzeugt, die am Umfang der Scheibe 52 in einem Winkel-Unterscheidungsbereich der Kurbelwelle angeordnet sind. Die Anzahl der Pulse CS wird gezählt, um einen entsprechenden Zylinder zu erkennen. Beispielsweise liegt der Winkel-Unterscheidungsbereich C gemäß Fig. 5b zwischen 10° und 100° vor dem oberen Totpunkt (BTDC) für den Zylinder.
Problematisch ist hierbei, daß bei einer 4-Zylinder-Maschine die Wahrscheinlichkeit sehr hoch ist, daß die Maschine nahe einem Winkel von 70° vor dem oberen Totpunkt im Kompressionshub eines Zylinders anhält, also in einem Bereich, der im Unterscheidungsbereich C liegt. S bezeichnet in Fig. 5a den Maschinen-Stoppbereich, in welchem die Maschine häufig anhält. Wenn nun die Maschine unter der Bedingung startet, daß sie im Bereich S zuvor anhielt, so kann es geschehen, daß die Nockensignale falsch gezählt werden. Genauer gesagt, die gezählte Anzahl von Pulsen kann geringer sein als die tatsächliche Puls- bzw. Vorsprung-Anzahl, da die Pulse CS im Stoppbereich S erzeugt werden. Auf diese Weise kann der Zündzeitpunkt nicht korrekt festgestellt werden, so daß die Maschine zurückschlagen kann.
In der DE 35 33 529 A1 ist ein Verfahren zur Zylindererkennung beschrieben. Ein Geber liefert bei einem vorbestimmten Betriebszustand jeweils eines Zylinders ein Signal der Länge s1. Zusätzlich ist einem ausgewählten Zylinder ein Referenzsignal zugeordnet. In einer Auswerteschaltung inkrementiert ein Zähler während einer Signaldauer des Gebers, während er nach dem Signal bis auf Null dekrementiert. Weist der Zähler bei der vorderen Signalflanke einen Wert ungleich Null auf, so ist ein Referenzsignal erfaßt worden. Damit kann auf die Stellung des ausgewählten Zylinders rückgeschlossen werden.
Nachteilhaft hierbei ist, daß beim Starten einer Brennkraftmaschine nicht auf die Stellung des ausgewählten Zylinders und der anderen Zylinder geschlossen werden kann, so daß Fehlzündungen möglich sind.
Aus der DE 36 02 994 A1 ist ein Verfahren zur Feststellung einer Nichtnormalität in einem Referenz-Kurbelwinkelstellungs-Erfassungssystem bekannt. Der Aufbau ähnelt dabei demjenigen der vorgenannten DE 35 33 529 A1, so daß auch die vorgenannt beschriebenen Nachteile auftreten.
Aus der DE 36 08 321 A1 ist eine Zylinderfeststellungseinrichtung der eingangs genannten Art bekannt, wobei ein mit einer Kurbelwelle verbundener Signalgeber umfangsmäßig in n/2 gleich große Signalmarkenabschnitte mit je einer Kennungsmarke sowie einer Vielzahl von Signalmarken unterteilt ist. Ein mit einer Nockenwelle verbundener Signalgeber ist in n/2 oder n gleich große Signalabschnitte unterteilt, wobei jeder Signalabschnitt eine gleichmäßige Teilung aufweist. Durch einen mittels der Kennungsmarken synchronisierten Pulsvergleich der beiden Signalgeber kann eine Zylinderzuordnung der Kurbelwellenposition erfolgen.
Durch die Anordnung einer Vielzahl von Signalmarken in jedem Signalabschnitt des der Kurbelwelle zugeordneten Signalgebers verschlechtert sich insbesondere bei hohen Motordrehzahlen die Abtastbarkeit der Marken, so daß ein hoher Schaltungsaufwand für eine genaue Erfassung der sich schnell drehenden Signalmarken erforderlich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Zylinderfeststellungssystem der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß ein korrektes Zünden auch beim Start gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Zylindererkennungsbereich in einer Position angeordnet, in welcher die Maschine selten anhält, so daß die Zylinder beim Starten der Maschinen genau festgelegt beziehungsweise auseinandergehalten werden können.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die ersten Marken als Vorsprünge am Umfang der Scheibe ausgebildet.
Die Erfindung weiterausbildende Merkmale ergeben sich aus den Unter­ ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Aus­ führungsformen der Erfindung. Diese werden anhand von Abbildun­ gen näher erläutert. Hierbei zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung,
Fig. 2 ein Blockdiagramm einer elektronischen Steuerung,
Fig. 3 und 4 Diagramme zur Erläuterung der Zündzeitpunkt­ steuerung in bezug auf die Kurbelwinkel- und die Nocken­ winkelsignale, und
Fig. 5 Diagramme zur Erläuterung der Kurbelwinkel und Puls- Zählbereiche bei einer herkömmlichen Einrichtung.
Fig. 1 zeigt eine Zylinderfeststellungs- oder -diskriminator­ einrichtung für eine Vier-Zylindermaschine eines Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Hierbei ist an ei­ ner Kurbelwelle 1 der Maschine eine Kurbelwellenscheibe 2 befestigt. Die Zylinder der Maschine sind in zwei Gruppen unter­ teilt. Die erste Gruppe umfaßt die Zylinder 1 und 3, die zwei­ te Gruppe die Zylinder 2 und 4. Bei jeder Gruppe haben die oberen Totpunkte der beiden Zylinder dasselbe Steuerungsmuster. Die Kurbelwellenscheibe 2 weist insgesamt vier Vorsprünge auf, die Vorsprünge 2a und 2b für die erste Gruppe, die Vorsprünge 2c und 2d für die zweite Gruppe, wobei die Vorsprünge am Außen­ umfang der Scheibe angebracht sind. Jeder der Vorsprünge 2a und 2c liegt 10° vor dem oberen Totpunkt (BTDC) und jeder der Vorsprünge 2b und 2d 80° nach dem oberen Totpunkt (ATDC). Zwischen den Vorsprüngen 2a und 2b und zwischen den Vorsprün­ gen 2c und 2d sind die Zylinderfestlegungsbereiche D1 und D2 (Fig. 3b), die außerhalb des herkömmlichen Festlegungsbereiches C liegen (siehe 5b).
Die Bereiche D1 und D2 überlappen somit nicht den Bereich S, in welchem die Maschine mit hoher Wahrscheinlichkeit anhält.
Ein Kurbelwinkelsensor 3 ist bei der Kurbelwellenscheibe 2 an­ geordnet, um die Vorsprünge 2a und 2b abzutasten und Kurbel­ winkelsignale in Form von Pulsen (siehe Fig. 3a) bei jedem Vor­ sprung abzugeben.
Eine Nockenwellenscheibe 5 ist an einer Nockenwelle 4 zum Fest­ stellen von Nockenwinkeln angebracht. Die Nockenwelle 4 dreht einmal, wenn die Kurbelwelle 1 zweimal dreht. Die Nockenwellen­ scheibe 5 ist mit Vorsprüngen 5a, 5c, 5b und 5d an ihrem Außen­ umfang ausgerüstet. Die Vorsprünge 5a bis 5d repräsentieren die Zylinder Nr. 1 bis Nr. 4. Die Vorsprünge 5a und 5c sind im Bereich D1 ausgebildet, die Vorsprünge 5b und 5d im Bereich D2. Ein Nockenwinkelsensor 6 ist bei der Nockenwellenscheibe 5 vor­ gesehen, um die Vorsprünge 5a bis 5d abzutasten und Nockenwin­ kelsignale in Form von Pulsen (siehe Fig. 3) zu erzeugen, wel­ che die Nummer des Zylinders bezeichnen.
Das Kurbelwinkelsignal und das Nockenwinkelsignal aus den Sen­ soren 3 bzw. 6 und ein Ansaugkanal-Drucksignal, das von einem Ansaugkanal-Drucksensor 7 erzeugt wird, werden einer elektroni­ schen Steuereinheit 8 zugeführt, die einen Mikrocomputer um­ faßt. Die Steuereinheit 8 umfaßt ein Eingangs-/Ausgangs-Inter­ face 8a, eine CPU 8b, ein ROM 8c zum Speichern von Steuerpro­ grammen und ein RAM 8d zum zeitweisen Speichern von Daten. Eine Zündzeitpunktsteuerung wird in Übereinstimmung mit einem vor­ bestimmten Programm errechnet. Ein Zündzeitpunktsignal wird einem Treiber 9, umfassend einen Leistungstransistor, zugeführt. In Übereinstimmung mit dem Signal wird der Treiber 9 abgeschal­ tet und steuert so eine Hochspannungsquelle an, welche eine Zündkerze 12 des entsprechenden Zylinders über eine Zündspule 10 und einen Verteiler 11 ansteuert.
Wie in Fig. 2 gezeigt, umfaßt die Steuereinheit 8 eine Kurbel­ winkelsignal-Diskriminatoreinrichtung 20, welcher das Kurbel­ winkelsignal vom Kurbelwinkelsensor 3 und das Nockenwinkelsig­ nal vom Nockenwinkelsensor 6 zugeführt werden. Die Kurbelwin­ kelsignal-Diskriminatoreinrichtung 20 unterscheidet ein Kurbel­ winkelsignal A entsprechend einem Vorsprung 2a oder 2c von einem Kurbelwinkelsignal B entsprechend einem Vorsprung 2b oder 2d in Übereinstimmung mit dem Nockenwinkelsignal. Insbesondere wird, wie in Fig. 3a gezeigt, dann, wenn nach Erkennung eines Kurbelwinkelsignals kein Nockenwinkelsignal vor dem nächsten Kurbelwinkelsignal festgestellt wird, das nächste Kurbelwinkel­ signal als Kurbelwinkelsignal A erkannt. Wenn ein Nockenwinkel­ signal zwischen den Kurbelwinkelsignalen festgestellt wird, so wird das nächste Kurbelwinkelsignal als Kurbelwinkelsignal B festgelegt. Diese Kurbelwinkelsignale A und B werden einem Puls­ wiederholungs-Ratenrechner 21 zugeführt, in welchem eine Puls­ wiederholungsrate TAB in Übereinstimmung mit der Zeitdifferenz zwischen einem A-Signal Erkennungszeitpunkt und einem B-Signal Erkennungszeitpunkt hergeleitet wird. Auf diese Weise wird die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle 1 errechnet. Die Puls­ wiederholungsrate TAB wird einem Maschinendrehzahlrechner 22 zum Errechnen der Maschinendrehzahl Ne zugeführt.
Das Einlaßkanaldrucksignal vom Einlaßdrucksensor 7 wird einem Einlaßdruckrechner 23 zugeführt, in welchem ein Einlaßdruck P entsprechend der Maschinenlast errechnet wird. Auf der Basis des Einlaßdrucks P und der Maschinendrehzahl Ne wird ein Basis­ zündwinkel ANGSPK aus einer Basis-Zündzeitpunkttabelle 24 ab­ geleitet. Der Basis-Zündwinkel ANGSPK wird einem Zündzeitpunkt­ rechner 25 zugeführt, welchem das Pulswiederholungsratensignal TAB aus dem Pulswiederholungsratenrechner 21 zugeführt wird. Ein Zündzeitpunkt TSPK nach dem B-Signal Erkennungszeitpunkt wird wie folgt errechnet:
TSPK = (ANGSPK/(B-A)°) × TAB.
Der Zündzeitpunkt TSPK wird in einem Zeitgeber 26 eingestellt, welcher eine Zeitmessung in Übereinstimmung mit dem Kurbelwin­ kelsignal B aus der Kurbelwinkelsignal-Diskriminatoreinrich­ tung 20 startet. Wenn der Zeitgeber einen eingestellten Zünd­ zeitpunkt TSPK erreicht, so wird dem Treiber 9 ein Zündsignal zum Ausschalten des Leistungstransistors zugeführt. Eine Zünd­ spannung wird dementsprechend der Zündkerze 12 des betreffenden Zylinders zugeführt.
Beim Start der Maschine wird der Zündvorgang beim Kurbelwinkel­ signal A-Zeitpunkt durchgeführt. Wenn der Kurbelwinkelsignal B-Zeitpunkt festgestellt wird, so wird der Leistungstransistor des Treibers 9 durchgesteuert, so daß ein Strom durch die Zünd­ spule 10 fließt.
Um nun die Zylinder voneinander zu unterscheiden, werden die Nockenwinkelsignale entsprechend den Vorsprüngen 5a bis 5d ei­ nem Zähler 30 zugeführt, in welchem jedes Nockenwinkelsignal im Unterscheidungsbereich D1 oder D2 gezählt wird. Der Zylin­ der wird in Zylindererkennungseinrichtungen 31 in Übereinstim­ mung mit der gezählten Pulsanzahl erkannt. Dem Zähler 30 wer­ den Kurbelwinkelsignale A von den Kurbelwinkelsignal-Diskrimi­ natoreinrichtungen 20 zugeführt, so daß der Zähler 30 zurück­ gesetzt wird, um die entsprechenden Pulse zu zählen. Wenn der Zylinder in den Zylindererkennungseinrichtungen 31 erkannt wird, so wird Auswahleinrichtungen 32 ein Ausgangssignal zu­ geführt, worauf diese den entsprechenden Zylinder auswählen und dem Treiber 9 in Übereinstimmung mit einer Zeitspanne (gemessen im Zeitgeber 26) ein Signal zuführen.
Die die Fig. 4a und 4b zeigen eine weitere bevorzugte Ausfüh­ rungsform einer Kurbelwellenscheibe. Hier ist die Kurbelwel­ lenscheibe 42 mit vier Vorsprüngen an ihrem Umfang bei 112° BTDC und 80° BTDC versehen. Wichtig ist hierbei, daß die Vor­ sprünge 5a bis 5d auf der Nockenwellenscheibe 5 so angeordnet sind, daß sie nicht den Maschinenstoppbereich S umschließen. Insbesondere sind die Vorsprünge 10° nach BTDC angeordnet.
Bei den obigen Ausführungsformen der Erfindung sind die Vor­ sprünge an den Scheiben auf der Kurbel- und der Nockenwelle angeordnet. Man kann auch die Vorsprünge durch Spalte oder Schlitze auf der Kurbelwelle und der Nockenwelle oder auch auf anderen drehenden Teilen anordnen, die synchron zur Kurbelwelle dre­ hen.
Die Einrichtung kann auch zur Steuerung der Kraftstoffeinspritzung der Brennkraftmaschine verwendet werden.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung sind Zylin­ dermarken, die zum Beispiel Vorsprünge in einem Winkelbereich der Kurbelwelle vorgesehen, der außerhalb des Bereiches liegt, in welchem die Maschine am häufigsten anhält. Auf diese Weise können die Zylinder beim Starten der Maschine exakt voneinander unterschieden werden, so daß die Starteigenschaften der Maschi­ ne verbessert werden. Nachdem die Vorsprünge nicht innerhalb des Zündbereiches angeordnet sind, wird die Zündung durch das Zylinderdiskriminator-Pulssignal nicht gestört.

Claims (4)

1. Zylinderfeststellungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine zum zylinderrichtigen Steuern wenigstens der Zündeinrichtung, umfassend
  • - ein von der Brennkraftmaschine angetriebenes drehendes Teil (5), das einmal dreht, während die Kurbelwelle (1) der Maschine sich zweimal dreht,
  • - Marken (5a-5d), die am drehenden Teil (5) in Drehrichtung hintereinanderliegend innerhalb von bestimmten Winkelbereichen angeordnet sind, wobei die Marken hinsichtlich ihrer Anzahl in jedem Winkelbereich so festgelegt sind, daß sie einen spezifischen Zylinder der Maschine bezeichnen,
  • - einen Sensor (6) zum Abtasten der Marken (5a-5d), der auf jede Marke hin einen Impuls erzeugt, und
  • - eine Zylinderunterscheidungseinrichtung (31), welche in Abhängigkeit von den Impulsen Unterscheidungssignale zum Bezeichnen der jeweiligen Zylinder abgibt,
dadurch gekennzeichnet, daß die bestimmten Winkelbereiche, innerhalb derer die Marken (5a-5d) angeordnet sind, so auf dem drehbaren Teil (5) festgelegt sind, daß die Impulse außerhalb von Drehwinkelbereichen (S) der Kurbelwelle (1) erzeugt werden, innerhalb derer beim Anhalten der Maschine die Kurbelwelle am häufigsten stehenbleibt.
2. Zylinderfeststellungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das drehende Teil eine Scheibe (5) ist, die an der Nockenwelle (4) der Maschine angebracht ist.
3. Zylinderfeststellungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Marken Vorsprünge (5a-5d) umfassen, die am Umfang der Scheibe (5) angeord­ net sind.
DE3914169A 1988-04-30 1989-04-28 Zylinderfeststellungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine zum zylinderrichtigen Steuern wenigstens der Zündeinrichtung Expired - Fee Related DE3914169C2 (de)

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