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WO1987005971A1 - Procede d'identification du temps moteur d'un cylindre dans un moteur a combustion interne - Google Patents

Procede d'identification du temps moteur d'un cylindre dans un moteur a combustion interne Download PDF

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WO1987005971A1
WO1987005971A1 PCT/DE1987/000100 DE8700100W WO8705971A1 WO 1987005971 A1 WO1987005971 A1 WO 1987005971A1 DE 8700100 W DE8700100 W DE 8700100W WO 8705971 A1 WO8705971 A1 WO 8705971A1
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internal combustion
combustion engine
cylinder
signals
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French (fr)
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Hans-Ernst Beyer
Jörg BONITZ
Robert Entenmann
Siegmar FÖRSTER
Rochus Knab
Walter KÜNZEL
Wolfgang Kugler
Alfred Mahlberg
Bernhard Miller
Matthias Philipp
Siegfried Rohde
Stefan Unland
Walter Viess
Herbert Winter
Jürgen Zimmermann
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • 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
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P7/00—Arrangements of distributors, circuit-makers or -breakers, e.g. of distributor and circuit-breaker combinations or pick-up devices
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    • F02P7/0675—Electromagnetic pick-up devices, e.g. providing induced current in a coil with variable reluctance, e.g. depending on the shape of a tooth
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    • F02D2041/0092—Synchronisation of the cylinders at engine start

Definitions

  • the invention relates to a method for recognizing the operating cycle of a cylinder of an internal combustion engine according to the preamble of the main claim.
  • an encoder is usually provided for this purpose, which responds to a mark attached to the camshaft of the internal combustion engine.
  • this encoder signal is linked to a signal from a speed encoder that responds to marks on an encoder disk rotating with the crankshaft.
  • An electronic ignition system is known from US Pat. No. 3,592,178, in which ignition angle control and cylinder detection an encoder disc rotating synchronously with the distributor finger of the ignition distributor is used.
  • One encoder is provided for continuous rotation angle information, another encoder is provided for cylinder detection.
  • the present invention is based on the object of finding a method for recognizing the operating cycle of a cylinder of an internal combustion engine, which has the high accuracy of the angular resolution of an encoder system and whose encoder wheel is located directly on the crankshaft of the internal combustion engine.
  • the method according to the invention with the characterizing features of the main claim has the particular advantage that it needs only one encoder. This is noticeable on the cost side. Another particular advantage is that the operational reliability of the system is increased, since the number of possible failures is reduced due to the reduced number of system components.
  • Figure 1 shows a signal diagram to explain the mode of operation
  • Figure 2 shows a circuit diagram of the embodiment.
  • FIG. 1 In the first line of FIG. 1, an ignition sequence Z of a running five-cylinder internal combustion engine is shown during two crankshaft revolutions above the elapsed crankshaft angle. The firing order 1-2-4-5-3 of the individual cylinders is also given. It can be seen from this that a distance of two crankshaft revolutions is necessary from one working cycle of a cylinder to the next.
  • the illustration in FIG. 1 corresponds almost exactly to the behavior of the internal combustion engine during a quiet idling operation.
  • the second line of FIG. 1 shows a signal SK which originates from an encoder which responds to a label attached to an encoder disk which rotates synchronously with the crankshaft.
  • the signal SK thus corresponds to a pulse sequence which is formed by a sequence of individual pulses which are triggered every full revolution of the encoder disk.
  • the third line of FIG. 1 shows a signal SM which is proportional to the instantaneous speed of the crankshaft.
  • the signal SM is composed of a constant component SN, which is superimposed on an oscillation resulting from the combustion processes in the internal combustion engine. During each work cycle of a cylinder, the crankshaft of the internal combustion engine is accelerated, while the other cylinders are in the compression, exhaust or intake cycle and consume power.
  • the ripple of the signal SM comes about as a result of the successive change of the individual cylinders in the firing order, which are in a fixed phase relationship to one another via the crankshaft.
  • a signal SD is drawn in, which has arisen from a digital comparison of the signal SM with its own direct component SN. That is, the signal SD changes its state each time the modulated signal SM becomes larger or smaller than its own mean value SN.
  • FIG. 2 shows an encoder disk 1 which corresponds to an encoder disk on the internal combustion engine that actually rotates with the crankshaft.
  • the encoder disc 1 has a reference mark 11 and further angle marks 12.
  • the reference mark 11 simply consists of an angle mark 12 which has been divided for reference recognition.
  • a transmitter 2 is attached, the output signal of which is fed to a converter amplifier 3.
  • the converter amplifier 3 processes the voltage signals induced in the transmitter 2 into signals SM and SK, as shown in FIG. 1.
  • the signal SM appears at an output 31 and the signal SK at an output 32 of the converter amplifier 3.
  • the signal SM is passed on the one hand to a low-pass filter 4 and on the other hand to the inverting input of a comparator 5.
  • the comparator 5 has a low hysteresis, ie it represents a Schmitt trigger.
  • the low-pass filter 4 forms the direct component SN of the signal SM at its output in accordance with the representations in FIG. 1.
  • the logic stage 6 thus represents an AND stage with an inverting input.
  • the signals SE and SN can be tapped at two signal terminals 7, 8 for further processing, which is not shown for reasons of simplification.
  • the circuit shown in FIG. 2 can also be implemented in the software of a microcomputer. Last but not least, this solution is also available This is because the output signals of the encoder 2 are already in a form that is well suited for digital processing.
  • the signals of an increment system are used for cylinder detection according to the invention.
  • Pressure signals in the intake tract, in the combustion chamber or in an exhaust pipe are particularly suitable.
  • battery voltage, temperature and mechanical vibrations of the motor are also suitable physical quantities.

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Description

Verfahren zur Erkennung des Arbeitstaktes eines Zylinders einer Brennkraftmaschine
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Erkennung des Arbeitstaktes eines Zylinders einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruches.
Bei gewissen Arten von Steuerungen bei Brennkraftmaschinen, insbesondere der Zündung oder Einspritzung, ist eine Erkennung des Arbeitstaktes eines bestimmten Zylinders erforderlich, üblicherweise ist hierfür ein Geber vorgesehen, der auf eine an der Nockenwelle der Brennkraftmaschine angebrachten Marke anspricht. Da aber hauptsächlich aufgrund des mechanischen Spiels die Winkelgenauigkeit dieses Gebers nicht ausreicht, wird dieses Gebersignal mit einem Signal eines Drehzahlgebers verknüpft, der auf Marken einer sich mit der Kurbelwelle drehenden Geberscheibe anspricht.
Aus der US-PS 3 592 178 ist ein elektronisches Zündsystem bekannt, bei dem zur Zündwinkelregelung und Zylindererken nung eine sich synchron mit dem Verteilerfinger des Zündverteilers drehende Geberscheibe verwendet wird. Ein Geber ist für eine kontinuierliche Drehwinkelinformation vorgesehen, ein weiterer Geber ist für eine Zylindererkennung vorgesehen.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erkennung des Arbeitstaktes eines Zylinders einer Brennkraftmaschine zu finden, das die hohe Genauigkeit der Winkelauflösung eines Gebersystems besitzt und dessen Geberrad sich direkt an der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine befindet.
Die gestellte Aufgabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den besonderen Vorteil, daß es mit einem einzigen Geber auskommt. Das macht sich vorteilhaft auf der Kostenseite bemerkbar. Ein weiterer besonderer Vorteil besteht darin, daß die Betriebssicherheit des Systems erhöht wird, da durch die verringerte Anzahl von Systemkomponenten die Anzahl der möglichen Ausfälle verringert wird.
Besonders vorteilhafte Augestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung sind in den Unteransprüchen angegeben. Sie beruhen auf der Verwendung von physikalischen Größen der Brennkraftmaschine, die durch die laufenden Arbeitsprozesse der Brennkraftmaschine eine Veränderung erfahren. Die Signale von möglicherweise bereits für andere Zwecke an der Brennkraftmaschine angebrachten Gebern könnenbeider erfindungsgemäßen Lösung mitverwandt werden. Durch die damit mögliche Doppelausnutzung von Systemkomponenten ist eine weitere besonders vorteilhafte Kostenreduzierung für das Gesamtsystem möglich.
Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dar gest ellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Figur 1 zeigt ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise; Figur 2 zeigt ein Schaltdiagramm des Ausführungsbeispieles.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In der ersten Zeile der Figur 1 ist eine Zündreihenfolge Z einer laufenden Fünfzylinder-Brennkraftmaschine während zwei Kurbelwellenumdrehungen über dem abgelaufenen Kurbelwellenwinkel dargestellt. Weiterhin ist die Zündreihenfolge 1-2-4-5-3 der einzelnen Zylinder angegeben. Es ist daraus ersichtlich, daß von einem Arbeitstakt eines Zylinders bis zum nächsten jeweils ein Abstand von zwei Kurbelwellenumdrehungen notwendig ist. Die Darstellung in der Figur 1 entspricht ziemlich genau dem Verhalten der Brennkraftmaschine während eines ruhigen Leerlaufbetriebes.
In der zweiten Zeile der Figur 1 ist ein Signal SK dargestellt, das von einem Geber herrührt, der auf eine an einer sich mit der Kurbelwelle synchron drehenden Geberscheibe angebrachten Marke anspricht. Das Signal SK entspricht also einer Pulsfolge, die durch eine Folge von Einzelimpulsen gebildet wird, welche bei jeder vollen Umdrehung der Geberscheibe ausgelöst werden. In der dritten Zeile der Figur 1 ist ein Signal SM dargestellt, das proportional zur augenblicklichen Drehzahl der Kurbelwelle ist. Das Signal SM setzt sich zusammen aus einem Gleichanteil SN, dem eine von den Verbrennungsvorgängen in der Brennkraftmaschine herrührende Schwingung überlagert ist. Während jedes Arbeitstaktes eines Zylinders wird nämlich die Kurbelwelle der Brennkraftmaschine beschleunigt, während sich die anderen Zylinder im Verdichtungs-, Ausstoß- oder Ansaugtakt befinden und dabei Leistung verbrauchen. Durch den in der Zündreihenfolge aufeinanderfolgenden Wechsel der einzelnen Zylinder, die über die Kurbelwelle in einer festen Phasenbeziehung zueinander stehen, kommt dabei die Welligkeit des Signals SM zustande.
In der vierten Zeile der Figur 1 ist ein Signal SD eingezeichnet, das durch einen digitalen Vergleich des Signals SM mit seinem eigenen Gleichanteil SN entstanden ist. D.h., das Signal SD wechselt jedesmal dann seinen Zustand, wenn das modulierte Signal SM jeweils größer oder kleiner als sein eigener Mittelwert SN wird.
Wie nun leicht ersichtlich ist, läßt sich aus einer gemeinsamen Betrachtung der Signale SK und SD in einfacher Weise die Erkennung des Arbeitstaktes des Zylinders Nr. 1 erkennen. Durch eine einfache logische Verknüpfung der Signale SK und SD ergibt sich also ein Erkennungs signal SE, wie es in der fünften und letzten Zeile der Figur 1 aufgetragen ist. Da die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine in einer festen Phasenbeziehung zueinander stehen, lassen sich durch einfache Winkeladdition gleichfalls die Arbeitstakte jedes beliebigen Zylinders erkennen, was zur Vereinfachung der Darstellung aber hier nicht weiter gezeigt ist. In Figur 2 ist eine Geberscheibe 1 dargestellt, die einer in Wirklichkeit sich mit der Kurbelwelle drehenden Geberscheibe an der Brennkraftmaschine entspricht. Die Geberscheibe 1 weist eine Bezugsmarke 11 und weitere Winkelmarken 12 auf. Die Bezugsmarke 11 besteht einfach aus einer Winkelmarke 12, die zur Bezugserkennung geteilt wurde. Gegenüber den Marken der Geberscheibe 1 ist ein Geber 2 angebracht, dessen Ausgangssignal auf einen Wandler-Verstärker 3 geführt wird. Der Wandlerverstärker 3 verarbeitet die im Geber 2 induzierten Spannungs signale zu Signalen SM und SK, wie sie in Figur 1 dargestellt sind. Dabei erscheint das Signal SM an einem Ausgang 31 und das Signal SK an einem Ausgang 32 des Wandlerverstärkers 3. Das Signal SM wird einerseits auf ein Tiefpaßfilter 4 und andererseits auf den invertierenden Eingang eines Vergleichers 5 geführt. Zur Verringerung der Stδrempfindlichkeit weist der Vergleicher 5 eine geringe Hysterese auf, stellt also einen Schmitt-Trigger dar. Das Tiefpaßfilter 4 bildet an seinem Ausgang den Gleichanteil SN des Signales SM entsprechend den Darstellungen in der Figur 1. Das Signal SK aus dem Wandlerverstärker 3 und das Ausgangssignal des Vergleichers 5, das dem Signal SD der Figur 1 entspricht, werden auf eine logische Verknüpfungsstufe 6 geführt, die so geschaltet ist, daß an ihrem Ausgang ein Signal entsprechend dem Erkennungssignal SE der Figur 1 entsteht. Die Verknüpfungsstufe 6 stellt also eine UND-Stufe mit einem invertierenden Eingang dar. An zwei Signalklemmen 7, 8 können für eine aus Gründen der Vereinfachung nicht näher dargestellte Weiterverarbeitung die Signale SE bzw. SN abgegriffen werden.
In glatt äquivalenter Weise kann die in Figur 2 gezeigte Schaltung auch in der Software eines Mikrorechners realisiert werden. Diese Lösung bietet sich nicht zuletzt auch deswegen an, weil die Ausgangssignale des Gebers 2 bereits in einer für digitale Verarbeitung gut geeignten Form vorliegen.
Im bevorzugten Ausführungsbeispiel werden zur erfindungsgemäßen Zylindererkennung die Signale eines Inkrementsystems verwendet. Bei anderen bekannten Segmentsystemen bieten s ich zur erf indungs gemäßen Zylindererkennung andere S i gnale an, die ebenfalls wie die Rotation der Kurbelwelle durch die Verbrennungsvorgänge in der Brennkraftmaschine moduliert werden. Hierbei sind insbesondere Drucksignale im Ansaugtrakt, im Verbrennungsraum oder in einer abgasführenden Leitung geeignet. Es bieten sich aber auch Batteriespannung, Temperatur und mechanische Schwingungen des Motors als geeignete physikalische Größen an.

Claims

Ansprüc he
1. Verfahren zur Erkennung des Arbeitstaktes eines Zylinders einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Viertaktkolbenmotors mit ungerader Zylinderzahl, wobei ein erstes Signal (SK) gebildet wird, das einem festen Kurbelwellenwinkel zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Signal (SD) gebildet wird, das der Grundfrequenz der Verbrennungsvorgänge in der Brennkraftmaschine zugeordnet ist und daß ein Erkennungsignal (SE) durch eine logische Verknüpfung des ersten und zweiten Signals gebildet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal durch eine Drehzahlvariation oder Beschleunigung der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gebildet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal durch ein Drucksignal der Brennkraftmaschine gebildet wird.
4 . Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal durch die Batteriespannung gebildet wird
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Signal durch ein Temperatursignal der Brennkraftmaschine gebildet wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und zweite Signal digitale Signale sind, daß das erste Signal dann einen bestimmten logischen Zustand einnimmt, wenn sich in einem Zylinder der Brennkraftmaschine durch die Kolbenbewegung der Arbeitsraum vergrößert und daß das zweite Signal dann einen bestimmten logischen Zustand einnimmt, wenn in der Brennkraftmaschine ein Verbrennungsvorgang stattfindet.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die logische Verknüpfung eine UND-Verknüpfung ist.
PCT/DE1987/000100 1986-04-04 1987-03-06 Procede d'identification du temps moteur d'un cylindre dans un moteur a combustion interne Ceased WO1987005971A1 (fr)

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