DE69620033T2 - Vorrichtung zur erfassung der umdrehungen einer nockenwelle - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein einen den Umlauf abtastenden Aufbau, und spezieller einen den Umlauf abtastenden Aufbau für eine Nockenwelle eines Verbrennungsmotors in einem Kraftfahrzeug.
• Da der Entwicklungsstand der Verbrennungsmotoren eines Fahrzeugs steigt, muß dies auch mit den Steuerung hiervon geschehen. Um die Steuerung des Verbrennungsmotors zu maximieren ist die Kenntnis von Lage, Ausrichtung und Umdrehungszahl für die Teile des Kraftfahrzeugs - d. h. die Nockenwelle, Kolben, Kurbelwelle und ähnliches - ein Erfordernis.
• Die meisten Verbrennungsmotoren arbeiten unter Verwendung eines Vier(4)-Takt- Zyklus, der zwei (2) Motorumdrehungen abdeckt. Da die Standards eines höheren Enwicklungsstandes gefordert sind, ist eine vollständige Synchronisierung des Motorzyklus - und nicht nur der Motorumdrehung - erforderlich. Gegenwärtig gibt es nur eine nicht verstellbare Implementierung, die von Software abhängt. Spezieller müssen die Hardware und Software geändert werden, wenn ein anderer Sensor oder Sensortyp verwendet wird.
• EP-A-0584566 legt eine Drehzahlsensor-Fehlerdetektion für einen Verbrennungsmotor offen. Die Detektion verwendet zur Bestimmung von Fehlern eine laufende Fehlerzählung und einen Schwellenwert, und unterscheidet zwischen ernsthaften und geringfügigen Fehlern. Der Verbrennungsmotor besitzt eine auf der Nockenwelle montierte Stufenscheibe, um durch einen Sensor, der Stufenpulse von Stufenmarkierungen oder die Abwesenheit von Stufen (Zylindermarkierungen) detektiert, Zündverstellungs-Signale zu erzeugen. Die Pulse werden durch einen Sensor und Detektor detektiert und zu einer Motor-Steuereinheit geleitet. Auf den Zeitraum zwischen Stufenpulsen oder auf die Anzahl von Stufenpulsen zwischen Zylindermarkierungen wird ein Prüfung angewandt. Bei Versagen der Prüfung wird eine Fehlerzahl um einen Wert X erhöht. Für jeden Prüfdurchlauf wird die Fehlerzahl um einen Wert Y niedriger als X erniedrigt. Überschreitet die Fehlerzahl einen gegebenen Schwellenwert, so wird durch die Steuerelektronik ein Alarm gesetzt und/oder der Motor wird abgeschaltet. Der Kontrollmechanismus kann mit einem geringen Anstieg der Komplexität in eine bestehende Steuerelektronik eingeschlossen werden.
• DE-A-4210559 legt eine Verbrennungsmotor-Steuerung für periodische Vorgänge offen, die einen - durch einen eingebauten Mikroprozessor mit Null-Komparator und Interruptlogik - direkt lesbaren und schreibbaren Ereigniszähler einschließt. Die Steuerung detektiert Signale von einem an der Kurbelwelle montierten, gezahnten Rad und schaltet diese zu einem Flankendetektor, der an einen Abwärtszähler mit einem Null-Komparator und einem Pufferspeicher gekoppelt ist. Wenn die Zählung auf Null fällt wird ein Signal an ein Interrupt-Merkerbyteregister gesendet. Der Abwärtszähler kann gestartet und oder angehalten werden, und der im Pufferspeicher gespeicherte Wert kann durch ein Latch-Register mit einem einzigen Software-Auslösebefehl in ihn hineingeschrieben werden. Die Interrupt-Belastung der Steuerung wird bedeutend vermindert, um einen Genauigkeitsverlust des Gesamtsystems aufgrund von Rechenzeit-Problemen zu minimieren.
• Im Einklang mit der vorliegenden Erfindung wird ein den Umlauf der Nockenwelle abtastender, eine Mehrzahl von Zähnen besitzender Aufbau des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs bereitgestellt, um einen Umlauf der Nockenwelle zu identifizieren; wobei dieser, den Umlauf der Nockenwelle abtastende Aufbau umfaßt:
• einen Nockenwellen-Sensor zur Abtastung der Umläufe der Nockenwelle durch Abtasten jedes der Zähne während er sich vorbeidreht, und durch Erzeugung einer Nockenwellen-Ausgabe;
• eine Subtraktionsvorrichtung, die funktionsfähig mit diesem Nockenwellen-Sensor verbunden ist; wobei diese Subtraktionsvorrichtung jedesmal substrahiert wenn dieser Nockenwellensensor das Vorbeidrehen eines Zahns an ihm vorbei abtastet; und wobei diese Subtraktionsvorrichtung eine Speichervorrichtung einschließt, um ein Modul größer als einen vorherbestimmten Wert zu speichern;
• einen Signalgenerator einschließlich eines Multiplexers, der funktionsfähig mit dieser Subtraktionsvorrichtung verbunden ist und eine Mehrzahl von Eingängen und mindestens zwei Ausgänge aufweist; wobei dieser Signalgenerator ein Signal erzeugt, das anzeigt welchen Umlauf die Nockenwelle durchläuft, wenn diese Subtraktionsvorrichtung auf diesen vorherbestimmten Wert subtrahiert hat; und mindestens eine Prioritäts-oder Umgehungsschnittstelle, um ein Umgehungssignal zur Umgehung der Nockenwellen-Ausgabe zu empfangen, wenn dieser Nockenwellen-Sensor nicht arbeitet; wobei diese mindestens eine Umgehungsschnittstelle mit mindestens einem dieser Multiplexer-Eingänge verbunden ist.
• Ein mit der vorliegenden Erfindung in Verbindung stehender Vorteil ist die Fähigkeit zu bestimmen welchen Umlauf die Nockenwelle durchläuft. Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit, aus einer Mehrzahl von Eingängen zu bestimmen in welchem Umlauf sich die Nackenwelle dreht; was es dem Verbrennungsmotor erlaubt weiter zu arbeiten, selbst wenn einer der Sensoren nicht arbeitet. Noch ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Fähigkeit die gleiche Hardware für eine Mehrzahl von Sensortypen zu verwenden, ohne daß Hardware oder Software geändert werden müssen. Noch ein weiterer Vorteil ist die Fähigkeit den Sensor zu umgehen und die Eingänge zu steuern. Die Umlaufinformation wird intern gehalten und erfordert keinen Nockenwellen-Sensor. Die Erfindung wird nun, anhand eines Beispiels, unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen weiter beschrieben werden, in denen:
• Abb. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Ausführungsform eines den Nockenwellen-Umlauf abtastenden Aufbaus im Einklang mit der vorliegenden Erfindung ist;
• Abb. 2 eine Zeitkennbild-Darstellung der Ausgaben einer Subtraktionsvorrichtung des - den Nockenwellen-Umlauf abtastenden - Aufbaus von Abb. 1 ist; und
• Abb. 3 eine Zeitkennbild-Darstellung der Ausgaben einer alternativen Ausführungsform des - den Nockenwellen-Umlauf abtastenden - Aufbaus im Einklang mit der vorliegenden Erfindung ist.
• Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, ein den Nockenwellen-Umlauf abtastender Aufbau, ist allgemein bei 10 in Abb. 1 gezeigt. Der den Nockenwellen-Umlauf abtastende Aufbau 10 identifiziert einen Umlauf der Nockenwelle (nicht gezeigt) des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs (beides nicht gezeigt). Man sollte sich bewußt sein daß die Nockenwelle, wie es in der Technik bekannt, eine Mehrzahl von Zähnen oder ein ähnliches Target aufweist.
• Der den Nockenwellen-Umlauf detektierende Aufbau schließt einen Nockenwellen- Sensor 12 ein. Der Nockenwellen-Sensor 12 tastet einen Umlauf der Nockenwelle ab, indem er jeden Zahn 12 abtastet wenn er sich daran vorbeidreht. Obwohl in Verbindung mit der Nockenwelle jede Art von Sensor verwendet werden kann, ist der Nockenwellen-Sensor 12 in einer Ausführungsform des den Nockenwellen-Durchlauf abtastenden Aufbaus ein Sensor mit variablem magnetischen Widerstand, in dem jeder der Zähne die Flußlinien des - durch den Nockenwellen-Sensor 12 geschaffenen - magnetischen Feldes unterbricht, und so den Durchlauf eines Zahns anzeigt. Es sollte bewußt sein daß zusätzliche Nockenwellen-Sensoren, obgleich sie nicht gezeigt oder beschrieben sind, anstelle von Nockenwellen-Sensor 12 oder zusätzlich zu ihm verwendet werden können.
• Die Ausgabe des Nockenwellen-Sensors 12 ist eine Eingabe für eine Subtraktionsvorrichtung 14. Die Subtraktionsvorrichtung 14 ist funktionsfähig mit dem Nockenwellen-Sensor 12 verbunden. Die Subtraktionsvorrichtung 14 substrahiert jedesmal, wenn der Nockenwellen-Sensor 12 das Vorbeidrehen eines Zahns abtastet. In einer Ausführungsform subtrahiert die Subtraktionsvorrichtung einen Einheitswert (1).
• Der den Nackenwellen-Umlauf abtastende Aufbau 10 schließt weiterhin eine Eingabeschnittstelle 16 zum Empfang eines Eingabesignals unabhängig von der Ausgabe des Nockenwellen-Sensors 12 ein. In einer Ausführungsfarm ist das von der zweiten Eingabeschnittstelle 16 empfangene Signal ein Rotationssignal, das von einem anderen Abschnitt einer Motor-Nachführkonstruktion erzeugt wird.
• Der den Nockenwellen-Umlauf abtastende Aufbau 10 schließt weiterhin einen Signalgenerator 18 ein. Der Signalgenerator 18 ist funktionsfähig mit er Subtraktionsvorrichtung 14 verbunden. Der Signalgenerator 18 erzeugt ein Signal, welches anzeigt daß die Subtraktionsvorrichtung 14 bis auf einen vorherbestimmten Wert subtrahiert hat. In einer Ausführungsform ist der vorherbestimmte Wert Null (0). Weil der Signalgenerator 18 potentiell Signale von mehr als einer Signalquelle empfängt schließt der Signalgenerator 18 einen Multiplexer 20 ein, welcher mindestens zwei Ausgabesignale ausgibt. In der in Abb. 1 gezeigten Ausführungsform ist der Multiplexer 20 eine Sechzehn-Zu-Zwei-Multiplexer. Der Multiplexer 20 gibt ein Synchronisations-Eingabesignal (51, Synchronisation Input, Synchronisations-Eingabe) 22 aus, wie am besten in Abb. 2 und 3 an Ausgabeschnittstelle 24 zu sahen ist. Der Multiplexer 20 gibt außerdem ein - begrenzte Auflösung besitzendes - Sicherungssignal aus, das auf einer von der Nockenwelle abgeleiteten Winkelreferenz (CAR, Camshaft Angular Reference; Nockenwellen-Winkelreferrenz) basiert, wie am besten in Abb. 2 und 3 anhand einer zweiten Ausgabeschnittstelle 28 zu sehen ist. Auf Grundlage der in Abb. 1 gezeigten Eingaben ist der Multiplexer 20 in der Lage einen von acht verschiedenen Synchronisierungs-Modi zu wählen, um die Sensor-Signalart zu treffen; um ein folgerichtiges, internes Signal zu erhalten, das den Nockenwellen-Umlauf anzeigt.
• Spezieller sind die erste und die letze Eingabe der acht potentiellen Synchronisierungs- Modi Umgehungs-Eingaben und befinden sich konstant bei Null, weil die Eingabeschnittstelle 30 für den ersten und achten Modus an Null Volt angeschlossen ist. Die Eingaben werden zu Zeiten verwendet, wenn die Steuerlogik (nicht gezeigt) zur Umgehung der von irgendeinem Sensor empfangenen Eingabe programmiert ist. Dies kann während Anlaufphasen auftreten, oder wenn bestimmt werden kann daß ein bestimmter Sensor nicht richtig arbeitet. Diese Liste von Gründen ist nicht erschöpfend, da es andere Situationen geben kann in denen es wünschenswert sein kann die von einem bestimmten Sensor empfangenen Eingaben zu umgehen. Die mit dem zweiten Modus verbundene Eingabeschnittstelle 32, gleichfalls eine Umgehungs-Schnittstelle, ist eine Konstantlogik- oder "High"-Eingabe, da sie mit einer Konstant- Spannungsquelle Vdd verbunden ist. Wie oben dargelegt wird der zweite Eingabe- Modus verwendet, wenn bestimmt wurde daß eine Umgehung der Eingabe von den Sensoren erforderlich ist, um die Funktionalität des Verbrennungsmotors aufrechtzuerhalten. Die dritte Eingabeschnittstelle 34 ist mit dem Nockenwellen-Sensor 12 verbunden, welcher in einer alternativen Ausführungsform ein Sensor vom Typ des Hall-Effekt-Sensors ist. Daher befindet sich Eingabeschnittstelle 34 nur dann bei hohem Pegel, wenn der Nockenwellen-Sensor 12 den ersten Umlauf abtastet. Die vierte Eingabeschnittstelle 36 ist mit Nockenwellen-Sensor 12 durch ein NICHT-Gatter 38 verbunden. Die direkten Verbindungen der dritten und vierten Eingabeschnittstellen 34, 36 (unter Vernachlässigung des NICHT-Gatters 38) läßt einen Sensor zu, dessen Ausgabe nicht übermäßig konditioniert werden muß, um direkt in den Multiplexer 20 eingegeben zu werden. Daher kann ein gesonderter und verschiedener, dritter Sensor (nicht gezeigt) mit den dritten und vierten Schnittstellen 34, 3B verbunden sein. In der in Abb. 1 gezeigten Ausführungsform jedoch zeigt eine Eingabe mit hohem Pegel an der vierten Eingabeschnittstelle 34, daß sich die Nockenwelle im zweiten Umlauf befindet. Die fünfte Eingabeschnittstelle 40 wird durch die Subtraktionsvorrichtung 14 entgegengenommen, wobei mehrere Pulse an der vierten Schnittstelle 40 einen ersten Umlauf anzeigen. Eine sechste Eingabeschnittstelle 42 nimmt außerdem ein Signal von der Subtraktionsvorrichtung 14 entgegen. An der sechsten Eingabeschnittstelle 42 zeigt der Empfang einer hohen Anzahl von Pulsen den zweiten Umlauf an. Die siebte Eingabeschnittstelle 44 ist direkt mit der zweiten Eingabeschnittstelle 16 und einem niedrigen Logikpegel oder aber mit Null verbunden. Dies läßt eine interne Verfolgung der Nockenwelle zu, wenn die Schaltung einmal initialisiert ist. Der Multiplexer 20 schließt außerdem die Synchronisationsmodus-Eingabeschnittstelle 46 ein.
• Die Subtraktionsvorrichtung 14, die Eingaben zur fünften Eingabeschnittstelle 40 und der sechsten Eingabeschnittstelle 42 bereitstellt, empfängt Eingaben von den Ausgängen des Nockenwellen-Sensors 12 und dessen was durch die zweite Eingabeschnittstelle 16 empfangen wird. Die Subtraktionsvorrichtung 14 schließt eine Speichervorrichtung 48 ein, welche ein Modul - eine Zahl größer als der vorherbestimmte Wert - speichert. Die Subtraktionsvorrichtung 14 schließt weiterhin einen Subtraktivfilter 50 ein, welcher von dem Modul subtrahiert bis es den vorherbestimmten Wert erreicht. Die Ausgabe des Subtraktivfilters 50 ist eine direkte Eingabe zur fünften Eingabeschnittstelle 40 des Multiplexers 20. Die Ausgabe des Subtraktivfilters 50 ist außerdem durch ein zweites NICHT-Gatter 54 mit einem Flipflop 52 verbunden. In einer Ausführungsform ist Flipflop 52 ein mit abfallender Flanke getriggertes T-Flipflop. Die Ausgabe des Flipflops 52 ist die Eingabe sowohl der fünften Eingabeschnittstelle 40 wie auch der sechsten Eingabeschnittstelle 42 des Multiplexers 20. Außerdem schafft die Ausgabe des Subtraktivfilters 50 eine Rückkopplungsschleife 56, wenn sie einmal durch das NICHT-Gatter 54 passiert, wo sie eine Eingabe für ein Gatter 58 darstellt. Erreicht der Subtraktivfilter 50 einmal Null so wird das Gatter 58 eingeschaltet, um den Subtraktivfilter 5a davon abzuhalten weiterhin den Subtraktionsabschnitt des Vorgangs auszuführen. Die Subtraktionsvorrichtung 14 schließt weiterhin einen Flankendetektor 60 ein, welcher eine Eingabe von der zweiten Eingabeschnittstelle 16 empfängt und eine Ausgabe zu einem zweiten Gatter 62 bereitstellt. Der Flankendetektor 60 betätigt das zweite Gatter 62, um das in Speicher 48 gespeicherte Modul zum Subtraktivfilter 50 herunterzuladen.
• Unter Bezug auf Abb. 2 wird eine Zeitkennbild-Darstellung der Ausgaben von Sensoren gezeigt. Spezieller weist der Nockenwellen-Sensor 12 eine bei 65 gezeigte Ausgabe auf. Die Ausgabe ist eine Mehrzahl von Schritten, wobei jeder Schritt das Vorbeidrehen eines Zahns an Nockenwellen-Sensor 12 anzeigt. In Abb. 1, in der das Modul gleich Eins (1) ist, schafft der Sensor mit variablem magnetischen Widerstand - d. h. der Nockenwellen-Sensor 12 - ein Ausgabesignal 65 mit einem Abschnitt oder einer Stufe hiervon, der oder die bei 66 größer als Null (0) ist. Ist das VRS-Signal 65 (VRS, Variable Reluctance Sensor; Sensor mit variablem magnetischen Widerstand) größer ist als Null, so subtrahiert der Subtraktivfilter 50 Eins (1) von Eins (1), um so bei 68 Null (0) zu erreichen. Wie durch Betrachtung des VRS-Signals 65 zwischen den gestrichelten Linien 70, 72 zu sehen ist steigt das VRS-Signal 65 nicht über Null, und daher subtrahiert der Subtraktivfilter 50 nicht auf Null. Das SI-Signal 22 wechselt von logisch 0 auf logisch 1, wenn der Subtraktivfilter 50 auf Null subtrahiert. Das CAR-Signal 26 wechselt ebenso von einem niedrigen Logikpegel auf einen hohen Logikpegel, wenn der Subtraktivfilter 50 auf Null subtrahiert. Der Unterschied zwischen dem SI-Signal 22 und dem CAR-Signal 26 ist der, daß Signal 22 zu einem niedrigen Logikpegel zurückkehrt wenn das Modul - in dieser Ausführungsform Eins (1) - erneut in den Subtraktivfilter 50 hineingeladen wird; was anzeigt daß die zweite Eingabeschnittstelle 16 ein Signal empfängt, welches anzeigt daß - wie durch Flankendetektor 60 detektiert - ein neuer Umlauf beginnt. Anders als das SI-Signal 22 kehrt das CAR-Signal 26 nicht zu einem niedrigen Logikpegel zurück.
• Unter Bezug auf Abb. 3, in der das Modul gleich Drei (3) ist, wird gezeigt daß das SI-Signal 22 - wie im Beispiel in Abb. 2 - von einem niedrigen Logikpegel zu einem hohen Logikpegel wechselt, wenn der Subtraktivfilter 50 das Modul auf Null vermindert. Das SI-Signal 22 kehrt zu einem niedrigen Logikpegel zurück wenn der Subtraktivfilter 50 aus dem Speicher 48 mit dem Modul - in diesem Beispiel Drei - neu geladen wird, wenn der Flankendetektor 60 von der zweiten Eingabeschnittstelle 16 den Beginn eines neuen Durchlaufs detektiert. Außerdem kehrt das CAR-Signal - wie in dem in Abb. 2 gezeigten Beispiel - beim erneuten Laden des Subtraktivfilters 50 nicht zu einem niedrigen Logikpegel zurück In beiden Beispielen wird das CAR- Signal 26 zu einem niedrigen Logikpegel zurückkehren, wenn der Subtraktivfilter 50 das Modul auf Null - in einer Ausführungsform der vorherbestimmten Wert - subtrahiert.

Claims (6)

1. Ein den Umlauf der Nockenwelle abtastender, eine Mehrzahl von Zähnen besitzender Aufbau des Verbrennungsmotors eines Kraftfahrzeugs, um einen Umlauf der Nockenwelle zu identifizieren; wobei dieser, den Umlauf der Nockenwelle abtastende Aufbau umfaßt:

einen Nockenwellen-Sensor (12) zur Abtastung der Umläufe der Nockenwelle durch Abtasten jedes der Zähne während er sich vorbeidreht, und durch Erzeugung einer Nockenwellen-Ausgabe;

eine Subtraktionsvorrichtung (14), die funktionsfähig mit diesem Nockenwellen-Sensor (12) verbunden ist; wobei diese Subtraktionsvorrichtung jedesmal substrahiert wenn dieser Nockenwellensensor (12) das Vorbeidrehen eines Zahns an ihm vorbei abtastet; und wobei diese Subtraktionsvorrichtung (14) eine Speichervorrichtung einschließt, um ein Modul größer als einen vorherbestimmten Wert zu speichern;

einen Signalgenerator (18) einschließlich eines Multiplexers (20), der funktionsfähig mit dieser Subtraktionsvorrichtung (14) verbunden ist und eine Mehrzahl von Eingängen und mindestens zwei Ausgänge aufweist; wobei dieser Signalgenerator (18) ein Signa( erzeugt, das anzeigt welchen Umlauf die Nockenwelle durchläuft, wenn diese Subtraktionsvorrichtung (14) auf diesen vorherbestimmten Wert subtrahiert hat; und

mindestens eine Umgehungsschnittstelle (30, 32), um ein Umgehungssigna) zur Umgehung der Nockenwellen-Ausgabe zu empfangen, wenn dieser Nockenwellen- Sensor (12) nicht arbeitet; wobei diese mindestens eine Umgehungsschnittstelle mit mindestens einem dieser Multiplexer-Eingänge verbunden ist.

2. Ein den Umlauf der Nockenwelle abtastender Aufbau nach Anspruch 1, in dem diese Subtraktionsvorrichtung (14) ein Subtraktivfilter (50) zur Subtraktion von diesem Modul einschließt.

3. Ein den Umlauf der Nockenwelle abtastender Aufbau nach Anspruch 2, in dem diese Subtraktionsvorrichtung (14) ein Flipflop (52) einschließt, das funktionsfähig zwischen einem Ausgang dieses Subtraktivfilters (50) und einem Eingang dieses Signalgenerators angeschlossen ist.

4. Ein den Umlauf der Nockenwelle abtastender Aufbau nach Anspruch 1, der eine Eingabeschnittstelle (16) zum Empfang von Signalen unabhängig von dieser Nockenwellen-Ausgabe einschließt, wobei diese Eingabeschnittstelle (16) mit dieser Subtraktionsvorrichtung (14) und einem der Multiplexer-Eingänge verbunden ist.

5. Ein den Umlauf der Nockenwelle abtastender Aufbau nach Anspruch 2, in dem diese Subtraktionsvorrichtung (14) einen Flankendetektor (60) einschließt, der funktionsfähig zwischen dieser Eingabeschnittstelle (16) und diesem Subtraktivfilter (50) angeschlossen ist.

6. Ein den Umlauf der Nockenwelle abtastender Aufbau nach Anspruch 5, in dem diese Subtraktionsvorrichtung (14) ein elektrische zwischen dieser Speichervorrichtung (48), diesem Flankendetektor (60) und diesem Subtraktivfilter (50) angeschlossenes Gatter (62) einschließt.