DE10015595A1 - Verfahren zur Erkennung des Verbrennungstaktes bei einem Einzylinder-Viertaktmotor - Google Patents
Verfahren zur Erkennung des Verbrennungstaktes bei einem Einzylinder-ViertaktmotorInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung des Verbrennungstaktes bei einem Einzylinder-Viertaktmotor, bei dem die Position und die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ermittelt wird. Dabei ist vorgesehen, daß die Periodendauer vom oberen Totpunkt bis zu einem bestimmten Drehwinkel der Kurbelwelle gemessen wird, und daß die gemessene Periodendauer zweier aufeinanderfolgender Umdrehungen der Kurbelwelle verglichen wird. Der Verbrennungstakt findet in der Umdrehung der Kurbelwelle mit der kürzeren Periodendauer statt.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung des Verbrennungstaktes
bei einem Einzylinder-Viertaktmotor, bei dem die Position und die Winkelgeschwin
digkeit der Kurbelwelle ermittelt wird.
Bei einem Viertaktmotor finden der Ansaug- und der Verdichtungstakt einer
seits und der Arbeits- oder der Verbrennungstakt und der Auspufftakt andererseits in
zwei aufeinanderfolgenden Umdrehungen der Kurbelwelle statt. Bei einem Verga
sermotor wird der Brennstoff im Ansaugtakt zusammen mit der Verbrennungsluft zu
geführt, sobald das von der Nockenwelle gesteuerte Einlaßventil öffnet. Bei einem
Einspritzmotor hingegen wird der Kraftstoff kurz vor Beginn des Arbeitstaktes in den
Zylinder eingespritzt, d. h. kurz bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht. Da
bei stellt die Erkennung des richtigen Zeitpunkts zum Einspritzen des Kraftstoffs ein
gewisses Problem dar. Durch Messen der Position und der Winkelgeschwindigkeit
der Kurbelwelle läßt sich zwar der richtige Zeitpunkt für die Einspritzung des Kraft
stoffs vor Ausführung des Verbrennungstaktes bestimmten, es läßt sich aber nicht
bestimmten, ob die Kurbelwelle gerade diejenige Umdrehung ausführt, in welcher
der Verbrennungstakt stattfindet. Es sind Viertaktmotoren bekannt, bei denen bei
jeder Umdrehung der Kurbelwelle Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wird, kurz
bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, und die Zündkerze wird bei jeder
Umdrehung der Kurbelwelle einmal gezündet. Das bedeutet, daß bei jeder zweiten
Umdrehung der Kurbelwelle Kraftstoff zum falschen Zeitpunkt eingespritzt und ein
Zündfunke erzeugt wird, nämlich in derjenigen Umdrehung der Kurbelwelle, in wel
cher der Ansaugtakt stattfindet. Eine solche Vorgehensweise führt zu einem ver
stärkten Abbrand der Zündkerze und zu einem höheren Stromverbrauch, was zu
Problemen hinsichtlich der Ladebilanz führen kann. Noch schwerwiegender ist aber
der Nachteil, daß sich sehr schlechte Abgaswerte ergeben, weil der Vorlagerungs
winkel der Einspritzimpulse nicht taktsynchron ausgegeben werden kann. Da die
Nockenwelle mit der halben Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle rotiert, könnte
leicht festgestellt werden, in welcher von zwei aufeinanderfolgenden Umdrehungen
der Kurbelwelle der Verbrennungstakt stattfindet. Hierzu müßte aber der Nocken
welle ein zusätzlicher Sensor zugeordnet sein, der deren Position ermittelt. Dies ist
aber einerseits mit zusätzlichen Kosten verbunden, und andererseits ist die Unter
bringung des Geberrades auf der Nockenwelle und des zugehörigen Sensors wegen
des zur Verfügung stehenden beengten Raumes problematisch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs ge
nannten Art zu schaffen, das es ohne Verwendung eines die Position der Nocken
welle ermittelnden Sensors ermöglicht, diejenige von zwei aufeinanderfolgenden
Umdrehungen der Kurbelwelle zu ermitteln, in welcher der Verbrennungstakt statt
findet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Periodendauer
vom oberen Totpunkt bis zu einem bestimmten Drehwinkel der Kurbelwelle gemes
sen wird, und daß die gemessene Periodendauer zweier aufeinanderfolgender
Umdrehungen der Kurbelwelle verglichen wird, wobei der Verbrennungstakt in der
Umdrehung der Kurbelwelle mit der kürzeren Periodendauer stattfindet.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Winkelgeschwindigkeit der
Kurbelwelle eines Einzylinder-Viertaktmotors ungleichförmig ist. Im Verbrennungstakt
wirkt auf die Kurbelwelle eine beschleunigende Kraft, während im Auspuff-,
Ansaug- und Verdichtungstakt über den Kolben und die Pleuelstange auf die Kur
belwelle eine bremsende Kraft einwirkt. Aufgrund dieser unterschiedlichen Winkel
geschwindigkeit der Kurbelwelle ist die Periodendauer, d. h. die für die Verdrehung
der Kurbelwelle um einen bestimmten Drehwinkel in zwei aufeinanderfolgenden
Umdrehungen derselben erforderliche Zeitdauer verschieden lang. Durch Messen
und Vergleichen der Periodendauer zweier aufeinanderfolgender Umdrehungen der
Kurbelwelle kann daher zweifelsfrei ermittelt werden, in welcher der beiden Umdre
hungen der Kurbelwelle der Verbrennungstakt stattfindet.
Vorzugsweise wird die Periodendauer vom oberen Totpunkt bis zum unteren
Totpunkt der Kurbelwelle gemessen, weil in diesem Bereich die größten Unter
schiede der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle auftreten. Der Unterschied der
gemessenen Periodendauer zweier aufeinanderfolgender Umdrehungen der Kur
belwelle ist daher besonders groß und deutlich.
Da bei der Messung der Periodendauer Störgrößen überlagert werden, wird
die Messung der Periodendauer zweckmäßigerweise gefiltert. Dabei wird während
des Startvorgangs eine andere Filterzeitkonstante verwendet als im Normalbetrieb
des Motors.
Im Vergleich zu einem herkömmlichen Viertakt-Einspritzmotor, bei dem bei
jeder Umdrehung der Kurbelwelle Kraftstoff eingespritzt und ein Zündfunke erzeugt
wird, erbringt das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß die Lebensdauer
der Zündkerze verdoppelt wird, da nur noch die halbe Anzahl von Zündfunken
erzeugt wird. Durch den verminderten Energiebedarf der Zündspule kann der Gene
rator kleiner und preiswerter ausfallen. Ferner werden die Rohemissionen geringer,
da der Kraftstoff phasenrichtig eingespritzt wird, so daß ein preiswerterer (Beschich
tung) Katalysator eingesetzt werden kann. Dies wird ohne Verwendung eines die
Position der Nockenwelle ermittelnden Sensors erreicht, indem diejenige Umdre
hung der Kurbelwelle ermittelt wird, in welcher der Verbrennungstakt stattfindet.
Beim Anlassen des Motors wird zunächst die Position der Kurbelwelle ermit
telt, und es wird bei jeder Umdrehung Kraftstoff eingespritzt. Sobald der Motor selb
ständig läuft und wegen der vom Kolben über die Pleuelstange beschleunigenden
bzw. bremsenden Kräfte eine ungleichförmige Winkelgeschwindigkeit aufweist, kann
eindeutig festgestellt werden, in welcher von zwei aufeinanderfolgenden Umdrehun
gen der Kurbelwelle der Verbrennungstakt stattfindet. Von dieser Umdrehung aus
gehend kann dann bei jeder zweiten Umdrehung Kraftstoff eingespritzt und ein
Zündfunke erzeugt werden.
Beim Verbrennungstakt wird die Kurbelwelle durch die Verbrennung be
schleunigt. Beim nachfolgenden Ansaugtakt (360° später) findet diese Beschleuni
gung nicht statt. Zur Berechnung dieser Beschleunigung wird die Periodendauer
vom oberen Totpunkt (OT) bis zum unteren Totpunkt (UT) der Kurbelwelle gemes
sen. Durch Vergleich der Periodendauer von jeweils aufeinanderfolgenden Umdre
hungen wird erkannt, in welcher Umdrehung der Verbrennungstakt bzw. der An
saugtakt stattfindet. Die Messung der Periodendauer wird in geeigneter Weise ge
filtert, wobei während des Startvorgangs eine andere Filterzeitkonstante verwendet
wird als im normalen Motorbetrieb. Dadurch wird der Einfluß des Anlassers auf die
Messung der Periodendauer minimiert. Zur Ermittlung des Verbrennungstaktes wird
die Differenz der Periodendauer von zwei aufeinanderfolgenden Umdrehungen pro
zentual errechnet. Das Vorzeichen dieses Prozentwertes ist ein Maß für die jeweils
langsamere oder schnellere Umdrehung. Übersteigt der Absolutwert der prozentua
len Differenz einen im Datenbereich eines entsprechenden Steuergerätes abgeleg
ten Schwellwert, so gilt der Verbrennungstakt als erkannt, und die Einspritzimpulse
sowie die Zündungen können korrekt zum Verbrennungstakt ausgegeben werden.
Die Erkennung des Schwellwertes wird im Startbereich des Motors temperatur
abhängig ausgeführt, um die unterschiedlichen Reibungsverluste bei warmem und
kaltem Motor zu kompensieren. Im Normalbetrieb des Motors erfolgt die Erkennung
des Schwellwertes in einem Last- und Drehzahlraum (Kennfeld), um in jedem Be
triebspunkt des Motors eine sichere Erkennung des Verbrennungstaktes zu ge
währleisten. Dabei überwacht eine Diagnosefunktion die korrekte Erkennung.
Dem Fachmann ist die Ausbildung einer Einrichtung zur Ermittlung der Posi
tion, d. h. des Drehwinkels der Kurbelwelle und zur Ermittlung der Dauer einer
bestimmten Periode der Kurbelwelle bekannt, so daß eine nähere Erläuterung
entbehrlich ist. Die ermittelten Meßergebnisse werden in einer Motorsteuerung
verarbeitet, um zu gewährleisten, daß Brennstoff in der richtigen Menge und zum
richtigen Zeitpunkt in den Zylinder eingespritzt wird und im richtigen Zeitpunkt die
Zündung erfolgt.
Claims (5)
1. Verfahren zur Erkennung des Verbrennungstaktes bei einem Einzylinder-
Viertaktmotor, bei dem die Position und die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle
ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Periodendauer vom oberen Tot
punkt bis zu einem bestimmten Drehwinkel der Kurbelwelle gemessen wird, und daß
die gemessene Periodendauer zweier aufeinanderfolgender Umdrehungen der
Kurbelwelle verglichen wird, wobei der Verbrennungstakt in der Umdrehung der
Kurbelwelle mit der kürzeren Periodendauer stattfindet.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Perioden
dauer vom oberen bis zum unteren Totpunkt der Kurbelwelle gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Messung der Periodendauer gefiltert wird, wobei während des Startvorgangs eine
andere Filterzeitkonstante verwendet wird als im Normalbetrieb des Motors.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Schwellwert zur Erkennung der prozentualen Periodendauer
differenz im Normalbetrieb des Motors betriebspunktabhängig ausgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Erkennung des Verbrennungstaktes durch eine Diagnosefunktion
permanent überwacht wird.
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