DE4131004A1

DE4131004A1 - Verfahren zur zylindererkennung

Info

Publication number: DE4131004A1
Application number: DE4131004A
Authority: DE
Inventors: Eberhard Lang; Klaus Dr Franzke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1991-09-18
Filing date: 1991-09-18
Publication date: 1993-03-25
Also published as: ITMI922112A0; ITMI922112A1; IT1261889B; JPH05202794A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Zylindererkennung in Zündanlagen für Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Es ist schon ein Verfahren zur Zylindererkennung aus der WO-A-83/0 42 83 bekannt, bei dem auf einem mit der Nocken welle fest verbunden Geberrad segmentartige Markierungen aufgebracht sind, in der Art, daß die Anzahl der Segmente der Anzahl der Zylin der entspricht. Hierbei wird ein Segment um einen definierten Winkel gegenüber den anderen Segmenten verändert. Ein der Nockenwelle ge genüber angeordneter Nockenwellensensor erfaßt jeweils die Vor der- und Rückflanke jedes Segmentes des Geberrades. Dabei wird je weils bei der Vorderflanke ein Zähler gestartet, so daß der Inhalt des Zählers ein Maß für die zeitliche Dauer zwischen Vorder- und Rückflanke eines Segmentes darstellt. Der Zähler ist hierbei zum einen direkt und zum anderen über einen Speicher auf einen Kompara tor geführt, so daß jeweils die Zahlwerte zweier aufeinanderfolgen den Segmente miteinander verglichen werden und aufgrund des Ver gleiches das Segment mit dem abweichenden Winkel erkannt wird. Anschließend kann aufgrund des erkannten Segmentes eine Zylinderer kennung vorgenommen werden. Dieses Verfahren hat jedoch den Nach teil, daß Drehzahlabweichungen, die aufgrund von Fahrbahneinflüssen oder Drehzahlschwankungen hervorgerufen werden das Ergebnis ver fälschen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß die im Nocken wellensensor erzeugte Signalfolge über eine vorgebbare Anzahl (x) von Umdrehungen des Geberrades erfaßt und ausgewertet wird, so daß über eine statistische Auswertung und logische Überprüfung der Sig nalfolge eine sichere Zylindererkennung ermöglicht wird. Auftretende Fahrbahneinflüsse, die zu einer kurzzeitigen Veränderung der Signal folge führen, sind durch die statistische Auswertung bedeutungslos. Als weiterer Vorteil zur Vermeidung von Fehlern ist hierbei anzu sehen, daß ein Wert, der aufgrund der Differenz von aktueller Zeit spanne und vorhergehender Zeitspanne festgelegt wird, jeweils in eine Speicherzelle abgelegt wird, wobei die Anzahl der Speicher zellen wiederum der Anzahl der Segmente und damit der Anzahl der Zylinder entspricht.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vor teilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß bei einer Differenz der aktuellen und vorhergehenden Zeitspanne 0 in der entsprechenden Speicherzelle ein Wert hinzuaddiert wird, der gleiche Zeitspannen repräsentiert. Die zulässige Toleranz für die Schwankung der Differenz um 0 ergibt sich aus der zulässigen Tole ranz für die Winkelabweichung der Marken oder aus einer Drehzahlän derung. Ein weiterer Vorteil ist, daß die Speicherzellen beim Start der Brennkraftmaschinen auf 0 gesetzt werden, so daß in allen Spei cherzellen gleiche Anfangswerte, abgespeichert sind. Ein weiterer Vorteil ist, daß zum Bilden der Differenz jeweils von der aktuellen Zeitspanne t_i die vorhergehende Zeitspanne t(_i-1) abgezogen wird. Dadurch tritt bei einer definierten Unregelmäßigkeit, die durch ein Segment kleineren Winkels gebildet ist, beim Passieren des kleineren Segmentes eine negative Differenz (<0); beim nachfolgen den Segment eine positive Differenz (<0) und bei den übrigen Seg menten eine Differenz (im Idealfall) =0 auf. Wird der Wert, der zum Inhalt der Speicherzelle hinzuaddiert wird, dabei so festgelegt, daß bei einer Differenz <0 eine -1 bei einer Differenz <0 eine +1 und bei einer Differenz 0 eine 0 hinzuaddiert wird, so sind nach einer vorgebbaren Zeit in zwei aufeinanderfolgenden Speicherzellen zwei entgegengesetzt liegende "Extremwerte" gespeichert.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß das Geberrad auch mehrere Unregelmäßigkeiten in der Art, daß ein Segment größer und ein Segment kleiner ist, aufweisen kann. In diesem Fall müßte jeweils zum Bilden der Differenz von aktuellen Wert ein Mittelwert aller Zeitspannen abgezogen werden.

Letztendlich sei noch erwähnt, da auch die logische Abfolge der erfaßten Signale anhand von Plausibilitätsbedingungen ausgewertet wird, führen auch länger andauernde Signalverfälschungen wie z. B. bei einem defekten Zylinder, nicht zu einer falschen Zylinder zuordnung.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 den Prinzipaufbau zur Zylindererkennung,

Fig. 2 die vom Nockenwellensensor empfangene Signalfolge bei einer definierten Unregelmäßigkeit,

Fig. 3 den Programmablaufplan zur Zylindererken nung und

Fig. 4 die im Nockenwellensensor erzeugte Signalfolge bei zwei definierten Unregelmäßigkeiten.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 bezeichnet 1 ein Geberrad, das mit der nicht dargestell ten Nockenwelle einer Vier-Zylinder-Brennkraftmaschine umläuft. Auf dem Geberrad 1 sind Segmente 2 bis 5 angeordnet, wobei sich das Seg ment 5 von den übrigen dahingehend unterscheidet, daß der Winkel, den dieses Segment einschließt, beispielsweise 6° kleiner ist. Dem Geberrad 1 ist ein Nockenwellensensor 6 zugeordnet, in welchem vom Geberrad eine Signalfolge C erzeugt wird, die an einen Mikropro zessor 7 anliegt. An dem Mikroprozessor 7 liegen weitere Eingangs größen 8, wie beispielsweise Drehzahl, Druck, Last, Motortemperatur etc. an. Der Mikroprozessor 7 enthält neben weiteren nicht darge stellten Eingangs- und Verarbeitungseinheiten eine Verarbeitungs stufe 9 und vier Speicherzellen SZ1, SZ2, SZ3 und SZ4. Hierbei ent spricht die Anzahl der Speicherzellen wiederum der Anzahl der Seg mente bzw. der Zylinder der Brennkraftmaschine. An der Ausgangs peripherie des Mikroprozessors 7 ist beispielsweise die Zündendstufe 10 angeschlossen, die aufgrund der Zylindererkennung entsprechend angesteuert wird, um am jeweils richtigen Zylinder einen Zündvorgang bzw. eine Einspritzung auszulösen.

In Fig. 2 ist die Signalfolge c dargestellt, die im Nockenwellen sensor 6 erzeugt wird. Hierbei wird jedem Zündvorgang 1 bis 4 durch die Flanken der Gebersignale eine Zeitspanne t₁ bis t₄ zugeord net. In dieser Übersichtsdarstellung ist deutlich zu entnehmen, daß der Zündvorgang 2 die kürzere Zeitspanne t₂ bewirkt.

Fig. 3 zeigt den Programmablaufplan zur Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens. Dieses Verfahren soll unter Zuhilfenahme der Signalfolge C aus Fig. 2 erläutert werden. Die Verarbeitung beginnt in der Verarbeitungsstufe 9. Hier wird zunächst nach jedem Durchlauf eines der Segmente 2 bis 5 am Geberrad 1 ein Wert A fest gelegt, in dem jeweils aus der aktuellen und der vorhergehenden Zeitspanne eine Differenz t_i-t_(i-1) berechnet wird. Je nach der Art der Differenz wird dann der Wert A von der Verarbeitungs stufe 9 ausgegeben. Das erfolgt in der Art, daß bei einer Differenz <0 für A=1, bei einer Differenz <0 für A=-1 und für eine Dif ferenz, die sich in einer vorgebbaren Toleranz um 0 herum bewegt, für A=0 ausgegeben wird. Der Ausgang der Verarbeitungsstufe 9 ist über eine Verbindungsleitung mit einem Stufenschalter 11 verbunden. Der Stufenschalter 11 ist andererseits mit jeweils einer der Spei cherzellen SZ1 bis SZ4 verbunden, wobei der Stufenschalter 11 nach jeder Zündung auf die nächste Speicherzelle schaltet und somit der Wert A nacheinander zum Inhalt Z₁ bis Z₄ jeder Speicherzelle (Z_i=Z_i+A) hinzuaddiert wird. Die Ansteuerung des Stufenschalters 11 erfolgt dabei über die Programmstufe 12 (IGNITION COUNTER). Diese Programmstufe 12 sorgt gleichzeitig dafür, daß die Zündungen der Brennkraftmaschine durchgezählt werden und zwar in der Art, daß das erste Zündsignal die Nr. 1 erhält, das zweite Zündsignal die Nr. 2 erhält und das so fortgeführt wird. Dabei entspricht die Nr. der Zündung nicht der Zylindernummer. Wenn wie in Fig. 2 zur ersten Zündungsnummer die Zeitspanne t₁ gehört, so wird in der Speicher zelle SZ1 für A der Wert 0 hinzuaddiert werden, da t₁-t₄ an nähernd 0 ergibt. In der Speicherzelle SZ2 wird für A=-1 zum In halt der Speicherzelle hinzuaddiert, da t₂-t₁<0 ist. Zum Inhalt der Speicherzelle SZ3 wird der Wert A=1 hinzuaddiert, da t₃-t₂<0. Zum Speicherinhalt der Speicherzelle SZ4 wird für den Wert A eine 0 hinzuaddiert, da t₄-t₃ annähernd 0 ist. Die zulässige Toleranz für die Schwankung um 0 beträgt in diesem Fall, für eine Abweichung der definierten Unregelmäßigkeit (Segment 5) um 6° Hockenwellenwinkel gegenüber den anderen Segmenten maximal 3°. Da die Anzahl der Speicherzellen der Anzahl der Zylinder und der Anzahl der Segmente auf dem Geberrad 1 entspricht, wird das Segment 5 mit der definierten Unregelmäßigkeit jeweils an der gleichen Stelle auf treten, so daß ein A=-1 jeweils in der gleichen Speicherzelle hin zuaddiert wird bzw. für den Wert A eine 1 ebenfalls jeweils zu der selben Speicherzelle hinzuaddiert wird. Damit bewegen sich die Inhalte zweiter Speicherzellen auf zwei in entgegengesetzter Rich tung liegende Extremwerte zu, während sich der Inhalt der beiden restlichen Speicherzellen nur unwesentlich ändert. In einer anschließenden Abfrage 13a bis 13d wird jeweils der Inhalt jeder Speicherzelle SZ1 bis SZ4 dahingehend überprüft, ob Z_i <100 ist. Die 100 ist hierbei ein Wert, der vorgegeben wird und die auswertbare Anzahl der Umdrehungen der Nockenwelle repräsentiert, bevor eine sichere Durchführung des Verfahrens möglich ist. Bei einem Nein auf diese Abfrage führt jeweils der Nein-Ausgang der Ab frage 13 zur Abfrage 14. In den Abfragen 14 a bis d wird anderer seits überprüft, ob der Inhalt der Speicherzellen Z_i <-100 ist. Ist auch dies nicht der Fall, so führt der Nein-Ausgang jeder dieser Abfragen über die Verbindung 15 zurück an den Anfang des Programms, wo weiterhin zum Inhalt jeder Speicherzelle der in der Verarbei tungsstufe 9 festgelegte Wert A hinzuaddiert wird. Der Ja-Ausgang der Abfragen 13a-d führt jeweils einerseits zur Abfrage 16 und andererseits zur Abfrage 17. Bei der Abfrage 16 wird überprüft, ob die Speicherplätze einer Speicherzelle aufgebraucht sind. Da die Größe der Speicherzelle bekannt ist, kann man hier für diese Abfrage einen maximal zulässigen Wert, der im vorliegenden Fall 120 beträgt, einsetzen. Ist der Speicherinhalt einer Speicherzelle Z_i <120, so wird man alle Speicherzellen, die einen positiven Inhalt haben, um eine vorgebbare Größe B, beispielsweise 10 dekrementieren. An schließend wird wieder, wie bereits erläutert, jeweils der Wert A zum Inhalt der Speicherzelle hinzuaddiert. Die Ja-Ausgänge der Abfragen 14a-d führen einerseits an einer Abfrage 18 und andererseits an die Abfrage 17. In der Abfrage 18 wird analog zur Abfrage 16 überprüft, ob die Speicherplätze der Speicherzelle, die gegen einen negativen Extremwert läuft, besetzt sind. Ist dies der Fall, d. h. Z_i <-120, so wird zu allen Speicherzellen, die einen negativen Inhalt haben, ein konstanter Wert, beispielsweise 10, hinzuaddiert. Damit wird sichergestellt, daß in jeder Speicherzelle bei jeder Umdrehung des Geberrades 1 noch ausreichend Speicherplätze zur Verfügung stehen, um den festgelegten Wert A zum Inhalt hinzu zuaddieren (Z_i=Z_i+A). In der Abfrage 17, an die die Ausgänge der Abfragen 13a-13d und 14a-14d geführt sind, wird überprüft, ob der Inhalt zweier nebeneinaderliegender Speicherzellen gegen zwei entgegengesetzt liegende Extremwerte abläuft. Ist dies nicht der Fall, so führt der Nein-Ausgang der Abfrage 17 wiederum analog dem Verbindungszweig 15 an den Anfang des Programms und es werden wei terhin Werte A zu den einzelnen Speicherzellen hinzuaddiert.

Der Ja-Ausgang der Abfrage 17 führt zur Abfrage 19. Hier wird überprüft, ob die Bedingungen für eine Zylinderzuordnung erfüllt sind. Die Plausibilitätsbedingungen in dem Abfragekästchen 19 lauten: Z_i<-100; Z_i+1<100; |Z_i+2| <10 und |Z_i+3|<10. Dabei wird über prüft, ob zwei aufeinanderfolgende Speicherzellen gegen entgegen gesetzt liegende Extremwerte laufen und gleichzeitig die restlichen Speicherzellen dem Absolutwert nach <10 sind. Im vorliegenden Fall würde das heißen, daß Z₂ gegen -100 läuft, daß Z₃ gegen +100 läuft und daß der Betrag von Z₄ und Z₁ <10 ist. Ist dies der Falle, so kann in dem Programmschritt 20 die Zuordnung eines Zylin ders zur entsprechenden Zündungsnummer vorgenommen werden. Aus der gewonnenen Kenntnis heraus, daß in der Speicherzelle 2 der Wert -100 gespeichert ist, und daß das Segment 5, zum Zylinder 4 gehört, wird somit die Zündungsnummer 2 dem Zylinder 4 zugeordnet. Konnte auf die Abfrage 19 keine positive Antwort gegeben werden, d. h. waren die Plausibilitätsbedingungen nicht erfüllt, so wird im Programmschritt 21 eine Rücksetzung aller Speicherzellen SZ1 bis SZ4 auf einen definierten Anfangswert (z. B. 0) veranlaßt. An schließend beginnt das Verfahren erneut.

In Fig. 4 ist eine Signalfolge dargestellt, die im Nockenwellensen sor erzeugt wird, wenn beispielsweise zwei Segmente in ihrer Größe verändert werden, wobei hier das Segment 4 vergrößert und das Seg ment 5 verkleinert wird. Das Verfahren zur Auswertung dieser Signal folge ist analog dem in Fig. 3 gezeigten und dazu beschriebenen.

Ein Unterschied besteht nur beim Berechnen der Differenz zur Fest legung des Wertes (A). Hier wird jeweils von der aktuellen Zeitspanne t_i der Mittelwert aller Zeitspannen abgezogen (t_i- (t₁+t₂+t₃+t₄)/4), die während der vorherigen Drehung des Geberrades 1 gewonnen und zwischengespeichert wurden.

Mit der Überprüfung der Plausibilitätsbedingungen in Abfrage 19 wird einerseits erkannt, wenn ein Fehler in der Auswertung aufgetreten ist und es kann andererseits ebenfalls ein fehlerhaft arbeitender Zylinder erkannt werden.

Claims

1. Verfahren zur Zylindererkennung in Zündanlagen für Mehrzylin der-Brennkraftmaschinen, wobei ein mit der Nockenwelle fest verbun denes Geberrad so viele Segmente aufweist, wie die Brennkraftma schine Zylinder hat, in einem dem Geberrad gegenüber angeordneten Nockenwellensensor eine Signalfolge erzeugt und anschließend jeweils die Zeit zwischen den beiden, zu einem Segment gehörenden Signal flanken erfaßt wird, wobei mindestens ein Segment eine einem der Zylinder zugeordnete definierte Unregelmäßigkeit aufweist, wodurch sich im Vergleich zu den anderen Segmenten eine veränderte Zeitspan ne zwischen den beiden Signalflanken ergibt und aus den erfaßten Zeitspannen zweier aufeinanderfolgender Segmente die Differenz ge bildet wird, in dem jeweils von der aktuellen Zeitspanne (t_i) eine vorhergehende Zeitspanne (t_(i-1)) abgezogen wird und aufgrund der ermittelten Differenz (t_i-t_(i-1)) ein Wert (A) festgelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Wert (A) für eine vorgebbare Anzahl (X) von Umdrehungen des Geberrades (1) zu einem in einer Speicherzelle (SZ1, SZ2, SZ3, SZ4) gespeicherten Inhalt (Z_i) ad diert wird, wobei die Anzahl der Speicherzellen der Zylinder bzw. der Segmente (2, 3, 4, 5) entspricht, daß nach jedem Zündvorgang auf die nachfolgende Speicherzelle umgeschaltet wird, daß dann die In halte (Z_i) der Speicherzelle, die dem Segment mit der definierten Unregelmäßigkeit zugeordnet ist und der nachfolgenden Speicherzelle nach der vorgebbaren Anzahl (X) zwei entgegengesetzt liegende Ex tremwerte aufweisen und daß damit der entsprechende Zündvorgang dem zugehörigen Zylinder zugeordnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Differenz (t_i-t_i-1) <0 ein positiver Wert (A), für die Differenz (t_i-t_(i-1)) <0 ein negativer Wert (A) und für die Differenz (t_i-t_(i-1) 0 ein Wert (A) = 0 in der jeweiligen Speicherzelle zu deren Inhalt (Z_i) addiert wird, wobei die Differenz, die nur gering von Null abweicht, einer zulassigen Tole ranz für die Winkelabweichung der Marken oder einer Drehzahländerung entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in den Speicherzellen (SZ1, SZ2, SZ3, SZ4) jeweils so lange der Wert (A) hinzuaddiert wird bis mindestens der Absolutwert eines Inhalts (Z_i) größer als ein vorgebbarer Schwellwert ist.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Inhalte (Z_i) aller Speicherzellen beim Start der Brennkraftma schine auf 0 gesetzt werden.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß in den Speicherzellen so lange Werte (A) hinzuaddiert werden, bis der Inhalt (Z_i) zweier aufeinanderfolgender Speicher zellen (Z_i, Z_(i+1)) einmal kleiner als ein vorgebbarer Schwell wert und zum anderen großer als ein vorgebbarer Schwellwert ist, daß die restlichen Speicherzellen einen Absolutwert aufweisen, der klei ner als ein vorgebbarer Schwellwert ist und daß bei Erfüllung dieser Bedingungen der Zündvorgang, der in der Speicherzelle den niedrig sten Inhalt zur Folge hat, dem Zylinder mit der definierten Unregel mäßigkeit zugeordnet wird.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß die definierte Unregelmäßigkeit einen im Vergleich zu den übrigen Segmenten kleineren Winkel aufweist.

7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß vom Inhalt jeder Speicherzelle ein konstanter vorgeb barer Wert (B) abgezogen wird, sobald in einer Speicherzelle kein Speicherplatz mehr zur Verfügung steht.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Geberrad 1 mehrere definierte Unregelmäßigkeiten vorhanden sind, in der Art, daß zum einen ein Segment verkleinert und zum anderen ein Segment vergrößert wird und daß beim Bilden der Differenz (t_i) zwischen aktueller und vorhergehender Zeitspanne vom aktuellen Wert (t_i) jeweils der Mittelwert der Zeitspannen aller Segmente (t₁ + t₂+t₃+t₄)/4) abgezogen wird.

9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Plausibilitätsüberprüfung durchgeführt wird, wo durch ein fehlerhaft arbeitender Zylinder erkannt wird in der Art, daß bei Abweichung von den Plausibilitätbedingungen alle Speicher zellen zurückgesetzt werden und das Verfahren erneut beginnt.