• 专利附录
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    • 专利摘要:

    公开号:WO1988007631A1
    申请号:PCT/DE1988/000198
    申请日:1988-03-28
    公开日:1988-10-06
    发明作者:Wolfgang PICKAVÉ；Klaus Roland Kuhn
    申请人:Siemens Aktiengesellschaft；
    IPC主号:F02P17-00
    专利说明:
    [0001] - Λ -
    [0002] Anordnung zur Bestimmung des Zündwinkels bei Verbrennungs- otoren
    [0003] Technisches Gebiet
    [0004] Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Bestimmung des Zündwinkels bei Verbrennungsmotoren, bei der die Zylinder¬ bewegungen proportional einer meßtechnisch erfaßbaren Kurbel¬ wellendrehung sind und bei der durch mindestens zwei Markie¬ rungen auf dem Umfang einer mit der Kurbelwelle fest verbun¬ denen Scheibe ein Referenzwinkelbereich angegeben ist, wobei aus den Markierungen der obere Totpunkt des mindestens einen Zylinders herleitbar ist.
    [0005] Stand der Technik
    [0006] Mit bekannten Anordnungen dieser Art (vgl. Siemens-Zeitschrift 47 (1973), Heft 8, Seiten 603 bis 608, Herbert Lücke: "Neue Sensoren für die Kraftfahrzeugelektrik") wird in der Regel der Zündwinkel aus der Umdrehung der Kurbelwelle, die von den Kolben¬ bewegungen der Zylinder des Verbrennungsmotors verursacht wird, hergeleitet werden. Der Zündwinkel ist hierbei definiert als
    [0007] Verdrehungswinkel der Kurbelwelle zwischen dem Zündzeitpunkt und dem oberen Totpunkt eines Zylinders. Die optimale Einstellung des Zündwinkels ist für die Funktion und Lebensdauer des Motors sowie zur Einhaltung optimaler Abgaswerte äußerst wichtig.
    [0008] Eine kostengünstige und schnelle Zündwinkelbestimmung wird mit entsprechenden Sensoren, welche die Umdrehung der Kurbelwelle detektieren, und einer Auswerteelektronik, die die gemessenen Werte weiterverarbeitet, möglich gemacht. Obwohl aus Platz- und Einsparungsgründen auf spezielle Seπsor-Bezugsmarken für den oberen Totpunkt verzichtet wird, ist nach wie vor ein Be- darf für die Bestimmung von dynamischen Zündwinkeln bei der Entwicklung von Verbrennungsmotoren sowie für die Produktion, den Vertrieb und die Service-Werkstätten mit mindestens der Genauigkeit der herkömmlichen Geräte vorhanden.
    [0009] Darstellung der Erfindung
    [0010] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur genauen Bestimmung des Zündwinkels bei den Verbrennungsmotoren zu schaffen, bei denen eine herkömmliche Obere-Totpuπkt-Sensor- Adaption nicht mehr vorhanden ist und die Zündwinkelmessung somit nicht mehr mit externen Geräten möglich ist.
    [0011] Diese Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs angegebenen Art mit den Merkmalen des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.
    [0012] Mit der Erfindung kann in vorteilhafter Weise die Bestimmung des Zündwinkels auf eine reine Zeitmessung zurückgeführt werden, mit einer relativ großen Zeitbasis. Dies ist eine Zeitmessung, die sich gemäß einer Ausführungsform der Erfindung auf die Vorteile der Inkrementalinformation des umlaufenden Zahnkranzes sowie dessen Winkelzuordnungsgenauigkeit der Zähne untereinander ab¬ stützt und sie voll ausnützt. Dabei wird die erhöhte Auflösungs¬ möglichkeit nicht ganzzahliger Zwischenzustände zwischen den Zahnkranzperioden durch Zeitmessung interpoliert. Die Auswer¬ tung kann über eine relativ einfache und ebenfalls genaue Rech¬ nung vorgenommen werden, die mit der in nahezu jedem Prüfgerät für Verbrennungsmotoren vorhandenen Elektronik ausführbar ist.
    [0013] Die Erfindung kann vorteilhaft bei Verbrennungsmotoren ange¬ wendet werden, bei denen eine elektrische Verbindung zwischen dem Sensor und einem elektronischen Steuergerät für Zündung, Kraftstoffeinspritzung etc. vorhanden ist. Hier ist eine hoch- ohmige Zwischenadaption ohne Schwierigkeiten zu realisieren. Die während der Zündereignisse auftretenden Zündsignale können auf einfache Weise entweder von der gemeinsamen Zündleitung oder den zylinderspezifischen Zündleitungen, beispielsweise durch Triggerzangen, entnommen werden. Die bisher üblichen festen Bezugsmarken für den oberen Totpunkt eines Zylinders können daher entfallen.
    [0014] Das Referenzwinkelmeßverfahren, welches mit der erfindungs¬ gemäßen Anordnung gemäß der Unteransprüche ausgeführt werden kann, ermöglicht eine Heranziehung hochgenauer Zahnkranz- (bzw. Segment-) Winkel-Verhältnisse mit einem Fehler von +_ 0,01° zur Zündwinkelbestimmung. Die Lage der Referenzwinkel kann hierbei so angelegt werden, daß sich die Zündereigniszeiten tcc.n_ mit den
    [0015] Referenzwinkelzeiten tR zeitlich im wirklichen Betrieb über¬ lagern. Mit der erfindungsgemäßen Division zweier fast gleich¬ zeitig ermittelter Zeitspannen während eines mit Unrundheit behafteten Drehwinkelvorgangs, wie er bei Kurbelwellenumdrehun¬ gen mit prozeßabhängigen Beschleunigungen oder Verzögerungen üblich ist, wird der entsprechende Systemfehler der Meßanord¬ nung minimiert. Abhängig von der Gestaltung der Scheibe kann die vorteilhafte Breite des Referenzwinkels zur optimalen Be- Stimmung des Züπdwinkels gewählt werden, beispielsweise bei
    [0016] Zahnkranzscheiben durch eine geeignete Anzahl von Zahnperioden (hier sechs Zahnperioden) und bei Segmentscheiben durch die Auswahl entweder erhobener oder nichterhobener Segmente als Referenzzeitspannen.
    [0017] Die dynamische Zündwinkelbestimmung mehrerer Zylinder in der Zündreihenfolge des Motors, beispielsweise über vorgegebene Winkelinkremente, kann hierbei in Echtzeit bei Verwendung von entsprechenden Standardprüfgräten mit der vorhandenen Auswerte- elektronik erfolgen. Damit könnten die in den Steuergeräten des Motors ablaufenden Kennfelderprogramme dynamisch besser opti¬ miert und eventuelle Klopf- und andere Regelungen zylinderspe¬ zifisch auf ihre einwandfreie Funktion überprüft werden. Die Genauigkeit der Messung bei dieser erfindungsgemäßen Anordnung hängt somit nicht mehr von der Anzahl der Zahnkranzzähne pro Kurbelwinkelumdrehung ab, sondern es ist die Genauigkeit des durch die Zahnperiodeπ gestalteten Referenzwinkels, der mit Hilfe der Zeitmessung ermittelt wird, jetzt maßgebend. Diese mechanische Genauigkeit ist hierbei sehr groß. Die Zeitauflösung beträgt beispielsweise 200 kHz, d. h. 5 μsec Ereignisauflösung. Dies bedeutet eine Meßunsicherheit des dynamischen Zündwinkels im Drehzahlbereich von 20 - 4000 UPM von + 0,113°, welche sehr gering ist.
    [0018] Kurze Beschreibung der Zeichnung
    [0019] Die Erfindung wird anhand der Figuren-erläutert, wobei Figur 1 eine prinzipielle Anordnung zur Bestimmung des Zünd¬ winkels, Figur 2 einen abgerollten Zahnkranz auf dem Umfang einer Kurbel- wellenscheibe,
    [0020] Figur 3 Markierungen für Mehrzylindermotoren,
    [0021] Figur 4 ein Ausführungsbeispiel für eine Segmentmarkierung und Figur 5 ein weiteres Ausführungsbeispiel mit Segmentmarkierung für einen Sechs- und Achtzylindermotor zeigt.
    [0022] Wege zur Ausführung der Erfindung / Gewerbliche Anwendbarkeit
    [0023] Bei der in der Figur 1 gezeigten Anordnung ist eine Zahπkranz- Scheibe ZKS dargestellt, die mit der Kurbelwelle eines hier nicht dargestellten Verbrennungsmotors verbunden ist und somit eine Drehbewegung proportional zu den Zylinderbewegungen des Verbrennungsmotors ausführt. In Verbindung mit der Zahnkranz¬ scheibe ZKS ist ein Zahnkranz ZK angebracht, bei dem jede Zah'n- periode ein Winkelinkrement darstellt. Über einen Sensor S
    [0024] - beispielsweise einen magnetischen Sensor - kann der Durchlauf der Zahnflanken bzw. der Markierungen detektiert und mit einem Prüfgerät PG ausgewertet werden. In Verbindung mit dem über eine Triggerzange TZ erfaßten Zündimpuls einer Zündspule ZS ist eine Winkelbestimmung aller Zündwinkel aller Zylinder "trotz Zahnkranzeintönigkeit" in Echtzeit ununterbrochen möglich. In der Figur 2 ist ein Zahnkranz ZK gemäß Figur 1 abgerollt dargestellt. Eine erste Bezugsmarke befindet sich am linken Ende des abgerollten Zahnkranzes; es handelt sich hier um die Offset-Markierung für den oberen Totpunkt 0T eines ersten Zy- linders bzw. eines ersten Zylinders der zweiten Kurbelwellen¬ umdrehung bzw. um einen Synchronisationspunkt SP, welcher dadurch hervorgehoben ist, daß die zwei vorhergehenden Zähne weggelassen worden sind. Am rechten Ende befindet sich die Markierung für den oberen Totpunkt 0T des ersten Zylinders, bei dem die vorausgehenden sechs Zahnperioden 1 ... 6 als Referenz¬ winkel R definiert sind. Die Zeitspanne beim Durchlauf dieses Bereichs ist mit tR bezeichnet. Weiterhin ist in der Figur 2 der Zündzeitpunkt ZZP angegeben; die Zeitspanne zwischen dem Zündzeitpunkt ZZP und dem oberen Totpunkt OT ist hier mit t . bezeichnet.
    [0025] Der zu errechnende Zündwinkel σc ergibt sich somit zu
    [0026] c = — . 36 Z LR1 unter der Annahme, daß eine Zahπperiode 6" beträgt und somit der Referenzwinkelbereich 36° ist. Unter dem abgerollten Zahn¬ kranz ist noch vereinfacht die Impulsfolge zur Bestimmung des Referenzwinkels R dargestellt.
    [0027] In der Figur 3 ist eine Zahnkranzfolge, wie sie bei einem Vier¬ zylindermotor auftritt, abgerollt dargestellt, wobei hier nur die zur Bestimmung der Refereπzwinkel Rl ... R4 notwendigen Zahn- bzw. Impulsflanken angegeben sind. Links ist wiederum der Synchronisationspunkt SP gekennzeichnet, es folgt die Zündung
    [0028] (Zündzeitpunkt ZZP) des ersten Zylinders und die Zeitspanne t,, j nachfolgend die Referenzwinkelzeit tR1 dieses ersten Zylinders. Die Zündwinkelbestimmung kann hier wie beim Ausführungsbeispiel nach der Figur 1 durchgeführt werden. Unmittelbar danach folgt die Zündung des zweiten Zylinders und die Erfassung der Refe¬ renzwinkelzeit tR2 und der Zeitspanne t 2 vom Zündereignis bis zum oberen Totpunkt 0T2 des zweiten Zylinders. Das gleiche ist für den dritten und vierten Zylinder dargestellt. Es ist somit möglich, eine zylinderspezifische Zündwinkelbestimmung cC -, ... oc A in der Zündreihenfolge des Motors in Echtzeit durchzuführen,
    [0029] Beim Ausführungsbeispiel nach der Figur 4 ist eine Segment¬ scheibe SS vorhanden, auf der anstelle der Zähne Segmente mit vergrößertem Radius vorhanden sind, bei denen die rechte Flanke den oberen Totpunkt OT eines ersten Zylinders und die linke Flanke den Bereich des Referenzwinkels R zum oberen Totpunkt OT des ersten Zylinders darstellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Referenzwinkel R = 55 ° . Diesem Segment gegenüber¬ liegend ist noch ein zweites Segment für einen zweiten Zylinder in Zylinderreihenfolge angebracht. Neben diesem Ausführungs- beispiel der Zahnkranzscheibe ZKS ist ein Impulsdiagramm der detektierten Zeitspannen tΛ und tR zu sehen, wobei hier der Zündzeitpunkt ZZP innerhalb der Referenzwinkelzeit tR liegt, was jedoch nichts an der Auswerterechnung gemäß Figur 2 ändert. Die Erfassung der Zeitspanne und die Ermittlung des Zündwinkels geschieht für den zweiten Zylinder in der gleichen Weise und ist weiterhin identisch mit der Erfassung des Zündwinkels oc des dritten und vierten Zylinders.
    [0030] In Figur 5 sind jeweils Segmentscheiben SS für einen Sechs- zylindermotor und einen Achtzylindermotor gezeigt. Beim Sechs¬ zylindermotor ist jeweils ein Segment für die Zündwinkelmessung des ersten und vierten Zylinders mit den oberen Totpunkten 0T1 und 0T4 sowie ein Segment für den zweiten und fünften Zylinder und ein weiteres für den dritten und sechsten Zylinder ange- geben. In äquivalenter Form sind die Segmente zur Zündwinkel¬ bestimmung im rechten Ausführungsbeispiel für den Achtzylinder- Verbrennungsmotor angegeben.
    [0031] 4 Patentansprüche
    [0032] 5 Figuren
    权利要求:
    Claims Patentansprüche
    1. Anordnung zur Bestimmung des Zündwinkels bei Verbrennungs¬ motoren, - bei der die Zylinderbeweguπgen proportional einer meßtech¬ nisch erfaßbaren Kurbelwellendrehung sind und
    - bei der durch mindestens zwei Markierungen auf dem Umfang einer mit der Kurbelwelle fest verbundenen Scheibe ein Referenzwinkelbereich (R) angegeben ist, wobei aus den Markierungen der obere Totpunkt (OT) des mindestens einen Zylinders herleitbar ist, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
    - daß mit einem fest im Bereich der drehenden Scheibe (KWS; SS) angebrachten Sensor (S), einer Zähleinrichtung und einer Aus- werteelektronik eine Zeitspanne für den Durchlauf einer vor¬ gegebenen Anzahl oder der Abstand von Markierungen als Refe¬ renzgröße feststellbar ist, wobei die vorgegebene Anzahl der Markierungen oder der Abstand der Markierungen einen Referenz¬ winkel (R) angibt, - daß mit einem weiteren Sensor der Zündzeitpunkt (ZZP) detek- tierbar ist und
    - daß in der Auswerteeinrichtung die Referenzzeitspanne (tR) und die Zeitspanne (t^) zwischen dem Zündzeitpunkt (ZZP) und dem Zeitpunkt des Durchlaufs des oberen Totpunkts (OT) zur
    Bestimmung des Zündwinkels oC7 nach der Gleichung
    cC
    ^z = t R
    herangezogen wird.
    2. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g.e k e n n - z e i c h n e t ,
    - daß die drehende Scheibe eine Zahnkranzscheibe (ZKS) ist, bei der sich ein Zahnkranz (ZK) auf der Zahnkranzscheibe (ZKS) befindet und bei dem jeder Zahn einen vorgegebenen Winkel¬ bereich markiert, - und daß ein Synchronisationspunkt (SP) durch Weglassen der vorhergehenden Zähne gebildet ist, wobei die Orte der oberen Totpunkte (OT) der Zylinder durch Abzählen von vorgegebenen Zähnezahlen hergeleitet werden.
    3. Anordnung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n ¬ z e i c h n e t ,
    - daß die sich drehende Scheibe eine Segmentscheibe (SS) ist, bei der sich mindestens ein radial oder axial erhobenes Seg- ment auf dem Umfang der Scheibe (KWS) befindet, wobei der
    Umfangsabschnitt des Segments den Referenzwinkel (R) und eine Segmentkante den jeweiligen oberen Totpunkt (OT) angibt.
    4. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a - d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
    - daß es sich bei den Sensoren (S) zur Erfassung des Durchlaufs der Zähne oder Segmente um magnetische Sensoren handelt.
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    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
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    1989-09-28| WWE| Wipo information: entry into national phase|Ref document number: 1988902795 Country of ref document: EP |
    1990-03-07| WWP| Wipo information: published in national office|Ref document number: 1988902795 Country of ref document: EP |
    1992-10-28| WWW| Wipo information: withdrawn in national office|Ref document number: 1988902795 Country of ref document: EP |
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
    DEP3710521.3||1987-03-30||
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