DE3933148C2 - Vorrichtung und Verfahren zur Zylindererkennung für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Zylindererkennung für eine Mehrzylinderbrennkraftmaschine gemäß Oberbegriff des Patentanspruches 1 bzw. 11.

Zur Erzielung eines optimalen Betriebs einer Brennkraftmaschine müssen die Kraftstoffeinspritzung und die Zündung dann erfolgen, wenn die Kurbelwelle des Motors einen bestimmten Drehwinkel erreicht hat, d. h. wenn sich jeder Kolben des Motors bezüglich des oberen Totpunkts in einer vorgegebenen Stellung befindet. Aus diesem Grunde wird ein Motor mit einem Drehstellungsmesser ausgerüstet, der den Drehwinkel der Kurbelwelle des Motors erfaßt. Eine verbreitete Bauform eines Stellungsmessers besteht in einer umlaufenden Scheibe, die auf einer umlaufenden Welle (z. B. der Verteilerwelle) angeordnet ist, die synchron mit der Kurbelwelle des Motors umläuft. In dieser umlaufenden Scheibe ist an vorgegebenen Stellen eine Gruppe von Schlitzen ausgebildet, während sich auf einer Seite der umlaufenden Scheibe eine Leuchtdiode und auf der anderen Seite in Ausrichtung zur Leuchtdiode ein photoelektrisches Element befindet. Dieser Lichtsensor erzeugt jedesmal, wenn einer der Schlitze zwischen ihm und der Leuchtdiode vorbeiläuft, ein Ausgangssignal. Die Schlitze, die zahlenmäßig den Zylindern entsprechen, sind so angeordnet, daß sie jeweils einem vorgegebenen Drehwinkel der Kurbelwelle und damit einer vorgegebenen Stellung jedes Kolbens bezüglich des oberen Totpunkts entsprechen.

Es ist nicht nur erforderlich, daß der Zeitpunkt bekannt ist, zu dem die Kurbelwelle eine vorgegebene Drehstellung für jeden Zylinder erreicht, sondern bei Motoren mit Einzelansteuerung der Zylinder muß jeder Zylinder erkannt werden können. Motoren mit Einzelzylindersteuerung sind deshalb mit einem zweiten Stellungsmesser ausgerüstet, der erfaßt, wann der Drehwinkel der Kurbelwelle so groß ist, daß der Kolben eines bestimmten Bezugszylinders eine vorgegebene Stellung erreicht hat. Der zweite Stellungsmesser umfaßt häufig einen zusätzlichen Schlitz, der ebenfalls in der vorgenannten umlaufenden Scheibe ausgebildet ist, sowie eine zusätzliche Leuchtdiode und einen weiteren Lichtsensor, der den Durchtritt von Licht durch den zusätzlichen Schlitz bei Umlauf der Scheibe erfaßt. Unter Verwendung der Ausgangssignale beider Stellungsmesser in Verbindung miteinander läßt sich feststellen, welcher Zylinder des Motors zu einem bestimmten Zeitpunkt gerade gezündet wird.

Damit wird ein herkömmlicher Motor häufig mit zwei Stellungsmessern ausgerüstet, von denen jeder mit einer Leuchtdiode und einem Lichtsensor versehen ist. Da jedoch Stellungsmesser kostspielig sind und da für jeden Stellungsmesser auch eine eigene Schnittstellenschaltung zum Anschluß an eine Motorsteuerung erforderlich ist, hat sich der Einsatz von zwei getrennten Stellungsmessern als unwirtschaftlich erwiesen. Unter dem Gesichtspunkt der Platzausnutzung im Motor ist außerdem diese doppelte Ausrüstung nachteilig.

Aus der DE 32 20 896 A1 ist ein Sensor zum Erfassen von Winkel, Drehzahl, Wegen und dergleichen sowie jeweils einer Be­ zugsmarke mit zwei zueinander beweglichen Teilen mittels einer Segmentgeberscheibe bekannt, welche über ihren Umfang verteilte Segmente aufweist und die sich mit der Nockenwelle des Motor dreht.

Ein Detektorelement spricht auf die Vorder- bzw. Rückflanken der Segmente an, während eine dem Detektorelement angeschlossen und von einem Rechenprogramm gesteuerte Rechenschaltung die jeweilige Länge der Segmente ermittelt. Eines der Segmente ist in seiner Länge verkürzt und bildet eine Bezugsmarke, die einem speziellen Bezugszylinder des Motors zugeordnet ist.

Zur Erkennung des Bezugszylinders wird das Ausgangssignal des Detektorelementes über ein Differenzierglied in die Rechen­ schaltung eingegeben. Das Differenzierglied steuert eine Tor­ schaltung, die zwischen einen Taktgenerator und einen Zähler geschaltet ist. Der Zähler zählt die Taktimpulse des Taktge­ nerators, die zwischen Öffnen und Schließen der Torschaltung durchgelassen werden. Der letzte Inhalt des Zählers wird in den Eingang des Komparators gegeben und gleichzeitig im Speicher abgelegt. Der Komparator vergleicht durch Differenzbildung den letzten Wert des Zählers mit dem vorletzten Wert im Speicher. Die Werte sind Zeitintervalle, die durch Aufsummierung der Taktimpulse gebildet worden sind.

Da der Taktgenerator mit einem konstanten Takt arbeitet, wird im Falle einer sich ändernden Drehgeschwindigkeit der Seg­ mente, insbesondere in einem Drehzahlübergangsbereich, eine exakte Erfassung der der Impulszahl entsprechenden Länge der jeweiligen Segmente unmöglich, so daß das Meßergebnis und damit letztendlich die Steuerung der Einspritzung des Kraft­ stoff-Luft-Gemisches und der Zündung bei der Beschleunigung wie auch beim Abbremsen des Motors unzuzverlässig ist.

Weiterhin können bei hohen Drehzahlen infolge der Flankenver­ schmierung Sensorfehler und damit Zählfehler auftreten, die die Steuerung von Zündung und Einspritzvorgängen stören.

Aus der DE 35 33 529 A1 ist ein Verfahren zur Zylindererkennung bekannt, bei dem an der Hall-Blende des Verteilers einem der dort abgegebenen Zylindersignale ein Referenzsignal zugeordnet wurde. In der nachfolgenden Auswerteeinheit zählt ein Zähler jeweils während der Signaldauer. Je nachdem, ob bei der vorliegenden Signalflanke der Zähler einen Wert gleich Null oder ungleich Null hat, wird in der nachfolgenden Logik zwischen Referenzsignal und Zylindersignal unterschieden.

Problematisch ist es auch hier bei höheren Drehzahlen, daß durch Flankenverschmierung Sensor- und damit Zählfehler auftreten, die die Zuverlässigkeit des vorgeschlagenen Verfahrens erheblich beeinträchtigen.

Dementsprechend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erkennung eines Zylinders bei einer Brennkraftmaschine zu entwickeln, mit deren Hilfe sich eine bestimmte Drehstellung der Kurbelwelle für jeden Zylinder im Motor und auch ein bestimmter Zylinder bei Einsatz von nur einem einzigen Stellungsmelder erkennen lassen.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Zylindererkennung zu schaffen, die auch im Übergangsbereich der Motordrehzahl noch genau funktioniert, während sie andererseits kompakt gebaut und in ihrer Herstellung kostengünstig ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Vorrichtung und einem Verfahren der eingangs genannten Art gemäß den Merkmalen der Ansprüche 1 und 11 gelöst.

Die Vorrichtung zur Zylindererkennung ist mit einem einzigen Drehstellungsgeber ausgerüstet, der eine Folge von Signalen erzeugt, von denen jedes jeweils einem Zylinder entspricht und bezüglich des oberen Totpunkts des Kolbens im zugehörigen Zylinder eine erste und eine zweite Stellung meldet. Die Anzahl der Winkelgrade, die die Kurbelwelle bei ihrer Drehung aus der ersten in die zweite Kolbenstellung zurücklegt, ist bei einem vorgegebenen Bezugszylinder des Motors anders als bei allen anderen Zylindern. Anhand der Ausgangssignale des Drehstellungsgebers mißt ein erster Zeitdauersensor ein erstes Zeitintervall T zwischen zwei aufeinanderfolgenden ersten bzw. zweiten Kolbenstellungen, während ein zweiter Zeitdauersensor einen zweiten Zeitraum t zwischen der ersten und der anschließenden zweiten Kolbenstellung erfaßt. Das Verhältnis zwischen beiden Werten in Abhängigkeit von den Zeitintervallen T und t wird in einem Verhältnisrechenwerk ermittelt, worauf eine Vergleichsschaltung den Verhältniswert mit einem vorgegebenen Wert vergleicht. Der vorgegebene Wert wird so gewählt, daß das Ergebnis des Vergleichs bei dem Verhältnis für den Bezugszylinder anders als bei dem Verhältnis ist, das für einen der anderen Zylinder gilt. Anhand des Vergleichsergebnisses wird der Bezugszylinder erkannt.

Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist das vom Drehstellungsgeber abgegebene Signal impulsförmig. Das genannte erste Zeitintervall entspricht dabei der Periode T der Impulse, während das vorerwähnte zweite Zeitintervall der Impulsbreite t vom Impuls entspricht. Außerdem wird das für den Vergleich herangezogene Verhältnis vorzugsweise mit t/T oder t/(T-t) ausgedrückt.

Der vorgegebene Wert für den Vergleich mit dem vorgenannten Verhältnis kann verschiedene Werte aufweisen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht er dem Durchschnitt bzw. Mittelwert der Verhältniswerte, die für zwei aufeinanderfolgende Ausgangsimpulse des Drehstellungsgebers gelten. Bei einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht der vorgegebene Wert dem Verhältnis, das für den vorangegangenen Ausgangsimpuls des Drehstellungsgebers gilt. Bei einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht der vorgegebene Wert einem Durchschnitt der Verhältniswerte für alle Ausgangsimpulse während eines einzigen Arbeitszyklus des Motors.

Bei den bevorzugten Ausführungsbeispielen weist der Drehstellungsgeber eine umlaufende Scheibe mit einer Vielzahl darin ausgebildeter Schlitze unterschiedlicher Länge auf, sowie eine Lichtquelle und einen lichtempfindlichen Signalgeber, der den Durchtritt von Licht von der Lichtquelle durch die Schlitze erfaßt. Dieser Drehstellungsgeber ist jedoch nicht auf eine bestimmte Bauform beschränkt, sondern allein ausschlaggebend ist, daß er Signale erzeugen kann, die eine Information über die erste und die zweite Stellung der Kolben im Motor liefern, wobei die Anzahl der Winkelgrade, um die sich die Kurbelwelle aus der ersten in die zweite Stellung dreht, bei einem Bezugszylinder anders als bei den anderen Zylindern des Motors ist. Beispielsweise könnte der Drehstellungsgeber auch die Form einer Vielzahl von Vorsprüngen aufweisen, die auf einer umlaufenden Welle ausgebildet sind und mit einem Meßwandler zusammenwirken, der magnetisch oder optisch mit den am Meßwandler vorbeilaufenden Vorsprüngen in Wechselbeziehung steht.

Nachstehend wird die Erfindung anhand einiger bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben und erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils eines Drehstellungsgebers für eine Vorrichtung zur Zylindererkennung;

Fig. 2 ein Schaltungsschema für den Drehstellungsgeber gemäß Fig. 1;

Fig. 3 ein Blockschaltbild der Verbindung zwischen dem Drehstellungsgeber und einem Mikrorechner;

Fig. 4 ein Diagramm mit der Darstellung der Wellenform des Ausgangssignals des Drehstellungsgebers;

Fig. 5 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer Schaltung zur Zylindererkennung;

Fig. 6 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Zylindererkennung unter Einsatz der Schaltung aus Fig. 5;

Fig. 7 ein Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels einer Schaltung zur Zylindererkennung;

Fig. 8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Zylindererkennung unter Einsatz der Schaltung aus Fig. 7;

Fig. 9 ein Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels einer Schaltung zur Zylindererkennung, und

Fig. 10 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Zylindererkennung unter Einsatz der Schaltung aus Fig. 9.

Die schematische perspektivische Ansicht eines Teils eines Drehstellungsgebers, wie er zur Erfassung der Drehstellung einer Motorkurbelwelle eingesetzt wird, ist in Fig. 1 dargestellt. Gemäß dieser Zeichnung dreht sich eine umlaufende Welle 1 synchron mit einem nicht dargestellten Vierzylindermotor. Beispielsweise kann es sich bei der umlaufenden Welle 1 um die Welle eines Verteilers handeln, der durch die Nockenwelle des Motors in Pfeilrichtung in Umlauf versetzt wird. Eine umlaufende Scheibe 2 mit einer Vielzahl darin ausgebildeter Schlitze 3a und 3b ist in ihrer Mitte fest auf der Welle 1 angebracht. Jeder der Schlitze 3a bzw. 3b entspricht einem der Zylinder des Motors, so daß bei einem Vierzylindermotor vier Schlitze in der Scheibe 2 ausgebildet sind. Die Schlitze 3a und 3b befinden sich in gleichem Abstand von der Mitte der umlaufenden Scheibe 2. Drei der Schlitze 3a haben dabei die gleiche Länge in Umfangsrichtung der Scheibe 2, während der vierte Schlitz 3b eine andere Länge als die Schlitze 3a aufweist. Der vierte Schlitz 3b fungiert dabei als Bezugsschlitz und entspricht einem Bezugszylinder des Motors, beim vorliegenden Ausführungsbeispiel dem Zylinder 1, auch wenn natürlich jeder andere Zylinder genauso gut als Bezugszylinder herangezogen werden könnte. Der in der Zeichnung dargestellte vierte Schlitz 3b ist zwar mit größerer Länge in Umfangsrichtung als die anderen Schlitze 3a dargestellt, doch könnte er auch genauso gut kürzer als diese ausgebildet sein.

Jeder der Schlitze 3a und 3b besitzt eine Vorderkante L und eine Hinterkante Tr. Die Vorderkanten L aller vier Schlitze 3a und 3b befinden sich in gleichmäßigen Abständen auf dem Umfang der Scheibe 2, und zwar in Abständen von jeweils 90°. Da jedoch der vierte Schlitz 3b länger als die übrigen Schlitze 3a ist, ist seine Hinterkante Tr um einen vorgegebenen Winkel gegenüber der Hinterkante Tr der anderen Schlitze 3a versetzt (beispielsweise um 10° von der Mitte der Scheibe 2 aus gemessen).

Eine Lichtquelle in Form einer Leuchtdiode 4 und ein auf Licht ansprechender Sensor in Form eines Phototransistors 5 fluchten miteinander und sind auf gegenüberliegenden Seiten der umlaufenden Scheibe 2 angeordnet. Deckt sich einer der Schlitze 3a oder 3b mit der Leuchtdiode 4 und dem Phototransistor 5, so kann das von der Leuchtdiode 4 abgestrahlte Licht den Phototransistor 5 erreichen und diesen einschalten. Ansonsten bleibt der Phototransistor 5 abgeschaltet.

Der Drehstellungsgeber, der die in Fig. 1 dargestellten Bauelemente aufweist, ist in Fig. 2 unter dem Bezugszeichen 8 schematisch dargestellt. Tritt das von der Leuchtdiode 4 abgestrahlte Licht durch einen der Schlitze 3a bzw. 3b in der Scheibe 2 und trifft auf den Phototransistor 5, wird dieser leitend, so daß Strom durch ihn und einen Widerstand R2 fließt, welcher mit dem Emitter des Phototransistors 5 verbunden ist. Die Spannung am Widerstand R2 wird durch einen Verstärker 6 verstärkt, so daß an der Basis eines Ausgangstransistors 7 mit offenem Kollektor das verstärkte Signal anliegt.

Gemäß Fig. 3 wird das Ausgangssignal des Drehstellungsgebers 8 über eine Schnittstelle 9 einem Mikrorechner 10 zugeführt. Anhand des Signals vom Drehstellungsgeber 8 erkennt der Mikrorechner 10 den Bezugszylinder und regelt den Zündzeitpunkt, die Kraftstoffeinspritzung und andere für den Motorbetrieb wichtigen Parameter dementsprechend.

Fig. 4 zeigt das Ausgangssignal des Drehstellungsgebers 8. Dieses Ausgangssignal ist impulsförmig und weist in Übereinstimmung mit der Vorderkante L eine Anstiegsflanke und entsprechend der Hinterkante Tr jedes Schlitzes der Scheibe 2 eine Abfallflanke auf. Gemäß Fig. 4 liegt eine Anstiegsflanke im Ausgangsimpuls vor, wenn der Kolben des entsprechenden Zylinders 75° vor dem oberen Totpunkt steht. Bei allen Zylindern, mit Ausnahme des Bezugszylinders, liegt die Abfallflanke vor, wenn der Kolben des entsprechenden Zylinders 5° vor dem oberen Totpunkt steht, während beim Bezugszylinder (hier Zylinder 1), die Abfallflanke dann anliegt, wenn der Kolben im Bezugszylinder 5° hinter dem oberen Totpunkt steht. Bei den im Zusammenhang mit Fig. 4 gezeigten und hier genannten Kolbenstellungen bezogen auf die Anstiegs- und Abfallflanken handelt es sich jedoch nur um Beispielswerte; es kann auch mit anderen Werten genauso gut gearbeitet werden.

Der Mikrorechner 10 umfaßt eine Schaltung zur Zylindererkennung, die anhand des Ausgangssignals des Drehstellungsgebers 8 den Bezugszylinder erkennt. Ein erstes Ausführungsbeispiel dieser Schaltung ist in Form eines Blockschaltbilds in Fig. 5 dargestellt. Gemäß dieser Abbildung wird das Ausgangssignal des Drehstellungsgebers 8 einem Zeitdauersensor 11 zugeführt, der das Zeitintervall T zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulsen des Drehstellungsgebers 8 erfaßt. Bei diesem Ausführungsbeispiel mißt der Zeitdauersensor 11 den Zeitraum zwischen zwei aufeinanderfolgenden Anstiegsflanken des Ausgangssignals, doch könnte er genauso gut auch den zeitlichen Abstand zwischen aufeinanderfolgenden Abfallflanken erfassen. Der Zeitdauersensor 11 erzeugt ein Ausgangssignal zur Information über den gemessenen Zeitraum T, das dann einem Verhältnisrechner 13 zugeführt wird.

Das Ausgangssignal des Drehstellungsgebers 8 wird außerdem einem Impulsbreitensensor 12 zugeführt, der die Impulsbreite t der Ausgangsimpulse des Drehstellungsgebers 8 mißt. Der Impulsbreitensensor 12 erzeugt ein Ausgangssignal als Information über die gemessene Impulsbreite t und übermittelt diese an den Verhältnisrechner 13. Im Verhältnisrechner 13 wird nun das Verhältnis t/T der Impulsbreite t zum Intervall T berechnet, worauf ein entsprechendes Ausgangssignal erzeugt wird, das einem Speicher 15, einer Mittelwert-Rechenschaltung 16 und einer Vergleichsschaltung 14 zugeleitet wird.

Die Mittelwert-Rechenschaltung 16 berechnet den Durchschnitt α des Verhältnisses t/T aus zwei aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulsen des Stellungsmelders 8 nach der Formel

α = [(t/T)_n-1 + (t/T)_n]/2,

wobei (t/T)_n-1 den Wert des Verhältnisses darstellt, der für den vorangegangenen Ausgangsimpuls des Drehstellungsgebers 8 berechnet und im Speicher 15 erfaßt wurde, während der Wert (t/T)_n dem zuletzt berechneten Verhältnis entspricht. Nach der Ermittlung des Durchschnittswertes wird der alte Verhältniswert (t/T)_n-1 im Speicher 15 durch den neuen Wert (t/T)_n ersetzt. Der berechnete Mittelwert α wird dann einer Vergleichsschaltung 14 zugeführt.

In der Vergleichsschaltung 14 wird der zuletzt berechnete Verhältniswert von (t/T)_n, der aus dem Verhältnisrechner 13 eingeht, mit dem Durchschnittswert α verglichen, der aus der Mittelwert-Rechenschaltung eingeht. Ist das Verhältnis (t/T)_n größer als der Durchschnitt α, so erzeugt die Vergleichsschaltung 14 ein Ausgangssignal mit einem ersten Signalpegel, das einen Hinweis darauf liefert, daß der Zylinder, welcher der zuletzt gemessenen Impulsbreite t entspricht, der Bezugszylinder ist. Ist andererseits das Verhältnis (t/T)_n kleiner als der Mittelwert α, so erzeugt die Vergleichsschaltung 14 ein Ausgangssignal mit einem zweiten Signalpegel, der bedeutet, daß die Impulsbreite t einem der übrigen Zylinder zuzuordnen ist.

Das Ablaufdiagramm in Fig. 6 veranschaulicht den Ablauf einer Routine, die der Mikrorechner 10 bei der Erkennung des Bezugszylinders durchläuft. Im Arbeitsschritt S1 werden die Dauer T und die Impulsbreite t des Ausgangssignals des Drehstellungsgebers 8 gemessen. Im Schritt S2 wird dann der neueste Verhältniswert (t/T)_n berechnet, der anschließend im Schritt S3 mit dem Durchschnittswert α verglichen wird. Ist das Verhältnis (t/T)_n größer als α, so wird im Arbeitsschritt S4 der Bezugszylinder erkannt, während eine entsprechende Markierung in einem Register gesetzt wird, das dem Bezugszylinder zugeordnet ist. Ist dagegen der Wert (t/T)_n nicht größer als der Mittelwert α, so schaltet das Programm im Schritt S5 wieder zum Anfang zurück.

Die Zylinder werden in einer vorgegebenen Reihenfolge (z. B. 1 - 3 - 4 - 2) gezündet, so daß der Mikrorechner 10 durch Abzählen der Ausgangsimpulse des Drehstellungsgebers 8, wobei ein bestimmter Ausgangsimpuls dem Bezugszylinder zugeordnet ist, jeden Zylinder identifizieren und einzeln ansteuern kann.

Außerdem errechnet der Mikrorechner 10 anhand verschiedener Eingangssignale von nicht dargestellten Sensoren, Meßfühlern und Meldern die genaue Zündpunkteinstellung für den Motor und steuert eine nicht abgebildete Zündeinrichtung so an, daß sie die Zündkerzen für jeden Zylinder korrekt zündet. Im Normalfall regelt der Mikrorechner 10 die Zündeinrichtung in der Weise, daß die Zündung in jedem Zylinder zu einem Zeitpunkt erfolgt, zu dem die Kurbelwelle ab der Anstiegsflanke des entsprechenden Impulses gemäß Fig. 4 eine gewisse Anzahl von Winkelgraden durchlaufen hat. Wird der Motor angelassen, so erfolgt allerdings die Zündung im Anschluß an die Abfallflanke jedes Impulses. Aus diesem Grund wird während des Anlaßvorgangs der Bezugszylinder mit einer Zeitversetzung entsprechend 10° nach dem oberen Totpunkt gezündet, verglichen mit den anderen Zylindern. Diese relative Verzögerung bei der Zündung des Bezugszylinders hat jedoch keinerlei Nachteile und vermeidet eine zu frühe Zündung.

Dem Fachmann auf diesem Gebiet sind Aufbau und Funktionsweise eines Mikrorechners zur Regelung der Zündpunkteinstellung und der Kraftstoffeinspritzung allgemein bekannt; da die Teile des Mikrorechners 10, die für diese Funktionen vorgesehen sind, jedoch nicht in den Rahmen der Erfindung fallen, wird hier nicht näher auf sie eingegangen.

Da die beschriebene Vorrichtung zur Zylindererkennung einen Bezugszylinder anhand des Verhältnisses t/T erkennt, hängt die Genauigkeit der Zylindererkennung nicht von den absoluten Werten von t bzw. T ab, und so können die Zylinder auch dann noch präzise erkannt werden, wenn die Drehzahl des Motors in einem Übergangsbereich liegt. Der Vergleich von Verhältniswerten bietet außerdem den Vorteil, daß die Auswirkungen von Fehlern in den verschiedenen Meldern und Sensoren nicht zum Tragen kommen, die gewöhnlich in elektronischen Erfassungsschaltungen auftreten, wobei alle Ausgangssignale dann in eine Richtung abweichen.

Des weiteren ist eine solche Vorrichtung zur Zylindererkennung kompakt und läßt sich kostengünstig herstellen, da sie nur einen einzigen Drehstellungsgeber 8 erfordert.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 errechnet der Verhältnisrechner 13 das Verhältnis t/T der Impulsbreite t zum Intervall T. Genauso gut könnte der Verhältnisrechner 13 jedoch auch das Verhältnis t/(T-t) von Impulsbreite t zum Intervall (T-t) zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen berechnen, während die Vergleichsschaltung 14 ebenso gut den Bezugszylinder dadurch ermitteln könnte, daß sie dieses Verhältnis t/(T-t) mit einem Vorgabewert vergleicht.

Fig. 7 zeigt das Blockschaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltung zur Zylindererkennung. Wie bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 5 weist auch diese Schaltung einen Zeitdauersensor 11 und einen Impulsbreitensensor 12 auf, die beide jeweils Periode T und Impulsbreite t bei dem Ausgangssignal vom Drehstellungsgeber 8 messen. Die Ausgangssignale der beiden Sensoren 11 und 12 werden einem Verhältnisrechner 13 zugeführt, der das Verhältnis t/T bzw. t/(T-t) errechnet. Das dem ermittelten Verhältnis entsprechende Signal wird sowohl einer Vergleichsschaltung 14 als auch einem Speicher 15 zugeführt. Im Speicher 15 wird das Ausgangssignal des Verhältnisrechners 13 vorübergehend abgespeichert und steht dann für die Vergleichsschaltung 14 zur Verfügung. Diese Vergleichsschaltung 14 vergleicht den zuletzt berechneten und vom Verhältnisrechner 13 gelieferten Wert des Verhältnisses [t/T ]_n bzw. [t/(T-t) ]_n mit dem vorherigen Ausgangsimpuls des Drehstellungsgebers 8, der im Speicher 15 erfaßt wurde. In allen anderen Aspekten ist dieses Ausführungsbeispiel genauso wie das erste Beispiel aufgebaut.

Fig. 8 zeigt ein Ablaufdiagramm für den Betriebsablauf der in Fig. 7 gezeigten Schaltung zur Zylindererkennung. Im Arbeitsschritt 10 messen der Zeitdauersensor 11 und der Impulsbreitensensor 12 jeweils die Periode T und die Impulsdauer t des Ausgangssignals des Drehstellungsgebers 8. Die Werte für die Periode T und die Impulsbreite t werden einem Verhältnisrechner 13 zugeleitet, der im anschließenden Schritt S11 den Wert des Verhältnisses [t/T ]_n bzw. [t/(T-t) ]_n berechnet. Dieser berechnete Verhältniswert wird der Vergleichsschaltung 14 und dem Speicher 15 zugeleitet, wo er abgespeichert wird. Im nächsten Schritt S12 vergleicht die Vergleichsschaltung 14 den zuletzt berechneten Wert des Verhältnisses [t/T ]_n bzw. [t/(T-t) ]_n aus dem Verhältnisrechner 13 mit einem Wert [t/T ]_n-1 bzw. [t/(T-t) ]_n-1, der dem unmittelbar vorangegangenen Ausgangsimpuls zuzuordnen ist, der im Speicher 15 erfaßt wurde. Im Arbeitsschritt S12 ermittelt die Vergleichsschaltung 14, ob die Differenz zwischen dem zuletzt berechneten Verhältniswert und dem für den vorherigen Ausgangsimpuls geltenden Verhältniswert, der aus dem Speicher 15 ausgelesen wurde, größer als ein vorgegebener Wert β ist. Überschreitet die Differenz den Wert β, so erzeugt die Vergleichsschaltung 14 im Arbeitsschritt S13 ein Ausgangssignal mit einem ersten Signalpegel, das anzeigt, daß der Bezugszylinder erkannt wurde, wobei in einem dem Bezugszylinder zugeordneten Register eine entsprechende Markierung gesetzt wird. Ist die Differenz nicht größer als β, so erzeugt die Vergleichsschaltung 14 ein Ausgangssignal mit einem zweiten Signalpegel, das angibt, daß ein anderer als der Bezugszylinder erkannt wurde, worauf im Arbeitsschritt S14 das Programm wieder zurückspringt.

Der Mikrorechner 10 kann wie beim vorhergehenden Ausführungsbeispiel anhand des Ausgangssignals der Vergleichsschaltung 14 die einzelnen Zylinder des Motors ansteuern. Da auch bei diesem Ausführungsbeispiel der Bezugszylinder anhand eines Vergleichs von Verhältniswerten erkannt wird, bietet es die gleichen Vorteile wie jenes.

Fig. 9 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer Schaltung zur Zylindererkennung. Diese Schaltung ist ähnlich wie die Schaltung gemäß Fig. 7 aufgebaut, allerdings mit dem Unterschied, daß anstelle des Speichers 15 eine Rechenschaltung 17 zur Berechnung eines Durchschnitts- bzw. Mittelwerts vorgesehen ist. Die Mittelwert-Rechenschaltung 17 berechnet laufend den Durchschnitt α_n aus allen Ausgangssignalen des Verhältnisrechners 13 und gibt an die Vergleichsschaltung 14 ein entsprechendes Ausgangssignal ab. Der Verhältnisrechner 14 berechnet dann den Wert t/T bzw. t/(T-t). Auch hier vergleicht die Vergleichsschaltung 14 den im Rechner 13 ermittelten Verhältniswert mit dem in der Schaltung 17 berechneten Durchschnittswert α_n. Überschreitet das Verhältnis den Mittelwert α_n, so erzeugt die Vergleichsschaltung 14 ein entsprechendes Ausgangssignal mit einem ersten Pegelwert, das meldet, daß der Bezugszylinder erkannt wurde, während bei einem Verhältniswert unter dem Mittelwert α_n die Vergleichsschaltung 14 ein Ausgangssignal mit einem zweiten Pegelwert erzeugt, das auf die übrigen Zylinder hinweist. Wie bei den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen zieht der Mikrorechner 10 das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung 14 zur Ansteuerung der Zylinder heran.

Bei der Mittelwert-Rechenschaltung 17 kann es sich um einen Schaltkreis handeln, der das aktuelle arithmetische Mittel aus den Verhältnissen t/T bzw. t/(T-t) bei vier aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulsen des Drehstellungsgebers 8 bis einschließlich des letzten Impulses berechnet. Es ist jedoch auch möglich, eine einfachere Schaltung einzusetzen, die ein simuliertes Mittel nach der Formel berechnet:

a_n = (1-k) · α_n-1 + k · (t/T)_n bzw.

α_n = (1-k) · α_n-1 + k · (t/T-t) ]_n

wobei k eine Konstante ist, der Index n den zuletzt berechneten Wert und der Index (n-1) einen Wert näher bezeichnen, der für den vorherigen Ausgangsimpuls berechnet worden war.

Jedesmal, wenn die Rechenschaltung 17 den neuesten Mittelwert α_n berechnet, wird der Wert α_n nicht nur der Vergleichsschaltung 14 zugeleitet, sondern wird auch in einem internen Speicher der Rechenschaltung 17 selbst abgespeichert, wo er zum vorherigen Mittelwert α_n-1 wird, wenn zum Zeitpunkt des nächsten Ausgangsimpulses des Drehstellungsgebers 8 der neue Wert α_n berechnet wird.

Bei der Berechnung des Mittelwerts des Verhältnisses α_n werden die Terme (1-k) · a_n-1 und k · (t/T)_n beziehungsweise k · [t/(T-t) ]_n zum Verhältniswert t/T bzw. t/(T-t) des Bezugszylinders hin abgerundet. Ist das für den Bezugszylinder geltende Verhältnis größer als das durchschnittliche Verhältnis α_n, so werden diese Terme aufgerundet, während sie abgerundet werden, wenn das Verhältnis für den Bezugszylinder unter dem Mittelwert der Verhältnisse α_n liegt. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel überschreitet das Verhältnis für den Bezugszylinder das gemittelte Verhältnis α_n, und damit findet eine Aufrundung statt. Das mittlere Verhältnis α_n kommt größenmäßig näher an das für die übrigen Zylinder geltende Verhältnis als an den dem Bezugszylinder zugeordneten Wert heran, und damit ermöglicht die Rundung des mittleren Verhältnisses α_n zu dem Wert des für den Bezugszylinder geltenden Verhältnisses hin einen Spielraum, der die Genauigkeit beim Vergleich in der Schaltung 14 erhöht, wenn diese den mittleren Verhältniswert α_n mit dem Verhältnis für einen der anderen Zylinder vergleicht.

Ergibt sich beispielsweise bei k = 1/4 für α_n-1 = 99, und ist (t/T)_n = 110, so berechnet sich der genaue Wert von α_n folgendermaßen: 74,25 + 27,5 = 101,75. Wird jeder Term aufgerundet, so nimmt α_n den Wert 75 + 28 = 103 an.

Fig. 10 zeigt schließlich das Ablaufdiagramm für den Funktionsablauf in der Schaltung zur Zylindererkennung nach Fig. 9. Im Arbeitsschritt S20 mißt der Zeitdauermelder 11 die Periode T, während der Impulsbreitensensor 12 die Impulsbreite t des Ausgangssignals vom Drehstellungsgeber 8 erfaßt. Die Periode T und die Impulsbreite t werden dem Verhältnisrechner 13 zugeführt, der im Arbeitsschritt S21 das Verhältnis t/T bzw. t/(T-t) berechnet. Das berechnete Verhältnis wird der Vergleichsschaltung 14 und der Mittelwert-Rechenschaltung 17 zugeleitet, worauf im Arbeitsschritt S22 der Mittelwert für das Verhältnis α_n in der vorbeschriebenen Weise gebildet wird. Im folgenden Schritt S23 vergleicht die Vergleichsschaltung 14 den Durchschnitt der Verhältnisse α_n mit dem zuletzt berechneten Verhältniswert, den der Verhältnisrechner 13 liefert. Übersteigt der Wert des Verhältnisses t/T bzw. t/(T-t) den Mittelwert α_n, so erzeugt die Vergleichsschaltung 14 im Arbeitsschritt S24 ein Ausgangssignal auf einem ersten Signalpegel als Hinweis darauf, daß der Bezugszylinder erkannt wurde, wobei in einem dem Bezugszylinder zugeordneten Register eine entsprechende Markierung gesetzt wird. Übersteigt der Verhältniswert nicht den Mittelwert α_n, so erzeugt die Vergleichsschaltung 14 ein Ausgangssignal mit einem zweiten Signalpegel als Hinweis darauf, daß ein anderer als der Bezugszylinder erkannt wurde, worauf das Programm im Schritt S25 zurückschaltet. Anhand des Ausgangssignals der Vergleichsschaltung 14 kann der Mikrorechner 10 die einzelnen Zylinder im Motor in gleicher Weise ansteuern, wie dies im Zusammenhang mit den zuvor erläuterten Ausführungsbeispielen der Fall ist.

Bei den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen erzeugt der Stellungsmelder 8 ein Ausgangssignal auf hohem Pegel, wenn er die Vorderkante L erfaßt, und auf niedrigem Pegelwert, wenn die Hinterkante Tr eines Schlitzes 3a bzw. 3b erkannt wurde. Es ist jedoch selbstverständlich auch möglich, die Polarität des Ausgangssignals umzukehren, ohne daß sich an den Vorteilen der Vorrichtung und des Verfahrens etwas ändert.

Claims (17)

1. Vorrichtung zur Zylindererkennung bei einer Mehrzylinder- Brennkraftmaschine mit einem Drehstellungsgeber (8), die folgendes aufweist:

• - eine Welle (1), die sich synchron mit dem Motor dreht,
• - eine Vielzahl von Marken (3a, 3b), die über den Umfang der Welle (1) verteilt in gleichmäßigen Winkelabständen angeordnet sind und deren Anzahl gleich der Anzahl der Zylinder des Motors ist, wobei sich eine der Marken (3b) als Bezugsmarke in ihrer Länge in Drehrichtung der Welle (1) von sämtlichen anderen Marken (3a) unterscheidet,
• - einen in der Nähe der Welle (1) angeordneten Meßwandler (5, 6, 7) der in Abhängigkeit von den Flanken (L, Tr) der Marken (3a, 3b) impulsförmige Ausgangssignale erzeugt, die den Positionen der Kolben der jeweiligen Zylinder, bezogen auf den oberen Totpunkt, entsprechen, und
• - eine Auswerteschaltung (9-17), die aus dem Auftreten der Ausgangssignale des Meßwandlers (5, 6, 7) die Länge der Marken (3a, 3b) mit einem Impulsbreitensensor (12) bestimmt, der die Impulsbreite (t) zwischen jeweils einem Paar von aufeinanderfolgenden Vorder- und Rückflanken der einzelnen Impulse abtastet, wobei die Auswerteschaltung (9-17) eine Bezugsmarke (3b) ermittelt, die einem bestimmten Zylinder in der Zündfolge entspricht, so daß die Drehstellung der Welle (1) ermittelt wird,
  dadurch gekennzeichnet,
  daß die Auswerteschaltung folgendes aufweist:
• - einen Zeitdauersensor (11), der die Ausgangssignale des Drehstellungsgebers (8) erhält und der eine Zeitdauer (T) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Flanken gleicher Art erfaßt,
  wobei der Zeitdauersensor (11) die Ausgangssignale des Drehstellungsgebers (8) zur gleichen Zeit erhält wie der Impulsbreitensensor (12),
• - einen Verhältnisrechner (13) zur kontinuierlichen Berechnung der Verhältnisse zwischen den Werten der Zeitdauer (T) und der Impulsbreite (t), wobei jedes Verhältnis repräsentativ für einen Zylinder ist, und
• - eine Vergleichsschaltung (14), die nacheinander jedes berechnete Verhältnis mit einem vorgegebenen Wert vergleicht und aufgrund des Vergleiches ein Ausgangssignal liefert, das zur Erkennung der Bezugsmarke (3b) und der jeweiligen Zylinder dient.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Speicher (15), der zwischen einen Ausgang des Verhältnisrechners (13) und die Ver­ gleichsschaltung (14) geschaltet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Mittelwert-Rechenschaltung (17), die zwischen einen Ausgang des Verhältnisrechners (13) und die Vergleichsschaltung (14) geschaltet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Speicher (15), der zwischen einen Ausgang des Verhältnisrechners (13) und einen ersten Eingang einer Mittelwert-Rechenschaltung (16) geschaltet ist, welche mit ihrem zweiten Eingang direkt an den Verhältnisrechner (13) und mit ihrem Ausgang an die Vergleichsschaltung (14) angeschlossen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis t/T oder t/(T-t) beträgt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Wert dem Verhältnis entspricht, das dem in der Zündfolge des Motors vorhergehenden Zylinder zugeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Wert dem Durchschnitt der Verhältnisse entspricht, die zwei in der Zündfolge des Motors aufeinanderfolgenden Zylindern zugeordnet sind.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vorgegebene Wert dem Durchschnitt der Verhältnisse entspricht, die allen Zylindern während eines Arbeitszyklus des Motors zugeordnet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der einem Zylinder zugeordnete vorgegebene Wert durch die Formel α_n = (1-k) · α_n-1 + k · Rausdrückbar ist, wobei k eine Konstante ist, α_n-1 den vorgegebenen Wert darstellt, der dem in der Zündfolge des Motors vorhergehenden Zylinder entspricht, und R das Ver­ hältnis ist, das mit dem vorgegebenen Wert verglichen wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchschnittswert zu dem Verhältnis hin gerundet wird, das dem Bezugszylinder entspricht.

11. Verfahren zur Erkennung eines Bezugszylinders bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, bei dem von einer rotierenden Welle (1), die längs ihres Umfanges Marken (3a, 3b) entsprechend den Zylindern des Motors aufweist, mit einem Meßwandler (5, 6, 7) an den Flanken (L, Tr) der Marken (3a, 3b) Impulssignale abgegriffen werden, die Länge der Signale als Impulsbreite (t) zwischen jeweils einem Paar von aufeinanderfolgenden Vorder- und Rückflanken der einzelnen Impulse gemessen wird, die der Länge der jeweiligen Marke (3a, 3b) entspricht, und ein Vergleich der Impulsbreiten der Signale und damit der Längen der Marken durchgeführt wird, um eine bestimmte Marke (3b), die einem vorgegebenen Bezugszylinder ent­ spricht, in ihrer Drehstellung zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet,
daß gleichzeitig mit der Abtastung der Impulsbreiten (t) eine Zeitdauer (T) zwischen zwei aufeinanderfolgenden Flanken gleicher Art gemessen wird,
daß aus den gemessenen Werten der Zeitdauer (T) und der Impulsbreite (t) kontinuierlich Verhältnisse gebildet werden
und daß die berechneten Verhältnisse nacheinander mit einem vorgegebenen Wert verglichen und daraus der Be­ zugszylinder sowie die übrigen Zylinder des Motors er­ mittelt werden.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Verhältnis t/T oder t/(T-t) verwendet wird.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß als vorgegebener Wert das Verhältnis verwendet wird, das von dem in der Zündfolge des Motors vorangegangenen Zylinder ermittelt wird.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß als vorgegebener Wert der Durchschnittswert aller Verhältnisse verwendet wird, die von zwei in der Zündfolge des Motors aufeinanderfolgenden Zylindern ermittelt werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß als vorgegebener Wert der Durchschnittswert der Ver­ hältnisse verwendet wird, der von allen Zylindern während eines Arbeitszyklus des Motors ermittelt werden.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der einem Zylinder zugeordnete vorgegebene Wert durch die Formel α_n = (1-k) · α_n-1 + k · Rausgedrückt wird, wobei k eine Konstante ist, α_n-1 den vorgegebenen Wert darstellt, der dem in der Zündfolge des Motors vorhergehenden Zylinder entspricht, und R das Verhältnis ist, das mit dem vorgegebenen Wert verglichen wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchschnittswert zu dem Verhältnis hin gerundet wird, das dem Bezugszylinder entspricht.