DE102004057260A1 - Internal combustion engine operating method for motor vehicle, involves obtaining periodic signal from operation value of engine, and evaluating cylinder-specific characteristic of value for determining current operating phase of cylinders - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft zunächst ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, bei dem unter Berücksichtigung eines periodischen Signals, dessen Periode einem Arbeitsspiel entspricht, die aktuelle Betriebsphase eines Zylinders ermittelt wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm, ein elektrisches Speichermedium für eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung einer Brennkraftmaschine, sowie eine Brennkraftmaschine, insbesondere für ein Kraftfahrzeug.The Invention relates first a method of operating an internal combustion engine with multiple Cylinders, taking into account a periodic signal whose period corresponds to a working cycle, the current operating phase of a cylinder is determined. The invention further relates to a computer program, an electrical storage medium for one Control and / or regulating device of an internal combustion engine, as well an internal combustion engine, in particular for a motor vehicle.
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist vom Markt her bekannt. Beispielsweise zur Steuerung der Zündung und der Einspritzung des Kraftstoffs ist es erforderlich, dass eine Steuer- und/oder Regeleinrichtung, welche den Betrieb der Brennkraftmaschine steuert, weiß, ob ein Zylinder gerade in einem Kompressionstakt, einem Expansionstakt, einem Ausstoßtakt oder einem Saugtakt arbeitet. Die Winkelstellung einer Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine, die üblicherweise durch einen Sensor erfasst wird, liefert hierfür bei 4-Takt-Brennkraftmaschinen keine eindeutige Information, da sich ein aus vier Arbeitstakten zusammensetzendes Arbeitsspiel eines Zylinders über zwei Kurbelwellenumdrehungen erstreckt. Daher wird bei dem vom Markt her bekannten Verfahren zusätzlich ein aktueller Stellungsbereich einer Nockenwelle der Brennkraftmaschine erfasst, welche während eines Arbeitsspiels nur eine volle Umdrehung ausführt. Aus der Stellung der Kurbelwelle und dem aktuellen Stellungsbereich der Nockenwelle können jene Informationen gewonnen werden, die eine eindeutige Bestimmung des aktuellen Betriebszustands der Zylinder einer Brennkraftmaschine ermöglichen.One Method of the type mentioned is known from the market. For example, to control the ignition and the injection of fuel, it is necessary that a control and / or regulating device, which controls the operation of the internal combustion engine, knows whether a Cylinder just in a compression stroke, an expansion stroke, an exhaust stroke or a suction stroke works. The angular position of a crankshaft an internal combustion engine, usually is detected by a sensor, provides this for 4-stroke internal combustion engines none clear information, as one composed of four working cycles Working cycle of a cylinder over two crankshaft revolutions extends. Therefore, at the market Her known methods in addition a current position range of a camshaft of the internal combustion engine which is detected during of a work cycle only one full turn. Out the position of the crankshaft and the current position range the camshaft can that information is obtained which is a unique determination the current operating state of the cylinder of an internal combustion engine enable.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, welches die Bereitstellung der oben genannten Informationen auf einfachere Art und Weise ermöglicht.task the present invention is to provide a method which includes the provision of the above information simpler way allows.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das periodische Signal aus mindestens einer Betriebsgröße der Brennkraftmaschine gewonnen wird, welche mindestens eine Eigenschaft aufweist, die von der aktuellen Betriebsphase in dem oder den Zylindern der Brennkraftmaschine abhängt (zylinderspezifische Eigenschaft), und dass die zylinderspezifische Eigenschaft zur Bestimmung der aktuellen Betriebsphase eines Zylinders ausgewertet wird. Bei einem Computerprogramm, einem elektrischen Speichermedium, einer Steuer- und/oder Regeleinrichtung und einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art wird die gestellte Aufgabe entsprechend gelöst.These Task is characterized by a method of the type mentioned by solved, that the periodic signal from at least one operating variable of the internal combustion engine is obtained, which has at least one property, the from the current operating phase in the cylinder (s) of the internal combustion engine depends (Cylinder-specific property), and that the cylinder-specific Property for determining the current operating phase of a cylinder is evaluated. In a computer program, an electrical Storage medium, a control and / or regulating device and an internal combustion engine of the aforementioned type, the task is accordingly solved.
Vorteile der ErfindungAdvantages of invention
Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann auf die Sensorik, die zur Erfassung des aktuellen Winkelbereichs der Nockenwelle erforderlich ist, vollständig verzichtet werden. Hierdurch wird die Herstellung der Brennkraftmaschine vereinfacht, und die Herstellkosten werden gesenkt. Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass zahlreiche Betriebsgrößen einer Brennkraftmaschine, die ohnehin während deren Betrieb erfasst werden, während eines Arbeitsspiels eines Zylinders typischen und mit der aktuellen Arbeitsphase eines Zylinders zusammenhängenden Schwankungen unterliegen, wobei das Ausmaß dieser Schwankungen von Zylinder zu Zylinder unterschiedlich ist. Aus diesen Schwankungen kann im Verlauf eines Arbeitsspiels die aktuelle Betriebsphase der Zylinder bestimmt werden.at Application of the method according to the invention can affect the sensors used to capture the current angle range the camshaft is required to be completely dispensed with. This will simplifies the manufacture of the internal combustion engine, and the production costs are lowered. The invention is based on the recognition that numerous operating variables of a Internal combustion engine, which detects anyway during their operation be during one Working cycle of a cylinder typical and with the current working phase of a cylinder related Fluctuations are subject to the extent of these fluctuations of cylinder to cylinder is different. Out of these fluctuations can in the Course of a work cycle the current operating phase of the cylinder be determined.
Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, dass die Betriebsgröße eine Winkelgeschwindigkeit einer Kurbelwelle oder eine äquivalente Größe, ein Massenstrom oder eine Strömungsgeschwindigkeit einer Ansaugluftströmung, ein Ansaugluftdruck, ein Abgasdruck, ein Brennraumdruck, eine Kraft oder Dehnung eines Gehäuses, und/oder ein Körperschall ist. Während einer Kompressionsphase eines Zylinders wird beispielsweise die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle geringer, wohingegen sie während einer Expansionsphase eines Zylinders zunimmt. Da die Winkelgeschwindigkeit jedoch für alle Zylinder nur an einer Stelle der Kurbelwelle durch einen entsprechenden Sensor erfasst wird, die entsprechende Entfernung des Sensors vom Angriffspunkt eines Pleuels des entsprechenden Zylinders also unterschiedlich weit entfernt ist, ergibt sich aufgrund der Torsion der Kurbelwelle am Erfassungsort der Winkelgeschwindigkeit ein von Zylinder zu Zylinder unterschiedlicher Abfall der Winkelgeschwindigkeit beziehungsweise eine unterschiedliche Zunahme dieser Winkelgeschwindigkeit. Hieraus kann bestimmt werden, welcher Zylinder sich gerade in einer Kompressionsphase befindet, was in Kenntnis der Reihenfolge der Arbeitsphasen eine eindeutige Bestimmung der aktuellen Betriebsphase der Zylinder ermöglicht.A advantageous development of the method is characterized characterized in that the operating size one Angular velocity of a crankshaft or an equivalent Size, one Mass flow or a flow velocity an intake air flow, an intake air pressure, an exhaust gas pressure, a combustion chamber pressure, a force or stretching a case, and / or a structure-borne noise is. While a compression phase of a cylinder, for example, the Angular velocity of the crankshaft lower, whereas during a Expansion phase of a cylinder increases. Because the angular velocity however for all Cylinder only at one point of the crankshaft by a corresponding Sensor is detected, the corresponding distance of the sensor from Point of attack of a connecting rod of the corresponding cylinder so different far away is due to the torsion of the crankshaft at the detection location of the angular velocity from cylinder to cylinder different drop in angular velocity respectively a different increase in this angular velocity. From this can be determined which cylinder is currently in a compression phase what is in the order of work phases one clear determination of the current operating phase of the cylinder allows.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass mindestens zwei unterschiedliche Betriebsgrößen ausgewertet und die Ergebnisse der Auswertung miteinander korreliert werden. Dies erhöht die Zuverlässigkeit bei der Ermittlung der aktuellen Betriebsphase eines Zylinders.A further advantageous embodiment of the method according to the invention provides that at least two different operating sizes are evaluated and the results of the evaluation are correlated with each other. This increases the reliability in determining the current operating phase of a cylinder.
In die gleiche Richtung zielt jene Weiterbildung, bei welcher die Auswertung der Betriebsgrößen mit einem OT-Signal eines Winkelsensor einer Kurbelwelle kombiniert wird. Ein solcher Winkelsensor ist üblicherweise ohnehin vorhanden, so dass keine zusätzlichen Kosten entstehen. Das OT-Signal ist üblicherweise ein Rechtecksignal, welches anzeigt, dass sich der Kolben eines bestimmten Zylinders im oberen Totpunkt befindet.In the same direction aims that training in which the evaluation of Betriebsgrö ßen with an OT signal of an angle sensor of a crankshaft is combined. Such an angle sensor is usually present anyway, so that no additional costs. The OT signal is usually a square wave signal indicating that the piston of a particular cylinder is at top dead center.
Besonders bevorzugt ist es, wenn das erfindungsgemäße Verfahren in einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine durchgeführt wird, in dem keine Verbrennung in den Zylindern stattfindet. Dies ist beispielsweise während der ersten Phase eines Anlassvorganges der Fall oder während eines Schubbetriebs. In einem solchen Betriebszustand der Brennkraftmaschine werden die Schwankungen beziehungsweise Änderungen der Betriebsgröße durch die Kraftstoffverbrennung nicht verfälscht, sondern basieren im Wesentlichen ausschließlich auf der Kompression beziehungsweise Expansion einer in einem Zylinder eingeschlossenen Luftmasse. Dies erhöht die Zuverlässigkeit bei der Bestimmung der Betriebsphase eines Zylinders.Especially It is preferred if the method according to the invention in an operating state of Internal combustion engine performed in which no combustion takes place in the cylinders. This is for example during the first phase of a starting process of the case or during a push operation. In such an operating condition of the internal combustion engine, the Fluctuations or changes the size of the company The fuel combustion is not distorted, but based in Essentially exclusively on the compression or expansion of one in a cylinder enclosed air mass. This increases the reliability in determining the operating phase of a cylinder.
Eine vergleichsweise schnelle Ermittlung der Betriebsphase eines Zylinders wird durch eine Auswertung im Zeitbereich ermöglicht.A comparatively fast determination of the operating phase of a cylinder is made possible by an evaluation in the time domain.
In Weiterbildung hierzu wird vorgeschlagen, dass die zylinderspezifischen Signalmaxima und/oder Signalminima und/oder Steigungen ausgewertet werden. Dies ist programmtechnisch einfach zu realisieren. Durch eine eventuelle Kombination der vorgenannten Signaleigenschaften wird die Genauigkeit und Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens nochmals erhöht.In Continuing this is proposed that the cylinder-specific Signal maxima and / or signal minima and / or slopes evaluated become. This is programmatically easy to implement. By a possible combination of the aforementioned signal properties will the accuracy and reliability the method according to the invention increased again.
Vorgeschlagen wird auch, dass die Auswertung den Vergleich eines Ist-Musters der ermittelten zylinderspezifischen Eigenschaft mit einem Soll-Muster umfasst. Ein solches Soll-Muster wird vorab für den jeweiligen Brennkraftmaschinentyp in entsprechenden Vorversuchen ermittelt. Es basiert auf den sich über eine Periode von zwei Kurbelwellenumdrehungen wiederholenden zylinderspezifischen Änderungen beziehungsweise Schwankungen der erfassten Betriebsgrößen und gestattet es, einer bestimmten Schwankung beziehungsweise Änderung der Betriebsgröße den entsprechenden Zylinder zuzuordnen. Diese Verfahrensvariante ist einfach zu programmieren und ermöglicht eine sehr schnelle Bestimmung der aktuellen Betriebsphase eines Zylinders. Dabei kann es auch genügen, dass das Soll-Muster nur einen Teil des zwei Kurbelwellenumdrehungen langen Arbeitsspiels betrifft.proposed is also that the evaluation is the comparison of an actual pattern of determined cylinder-specific property with a desired pattern includes. Such a target pattern is in advance for each type of engine determined in appropriate preliminary tests. It is based on over itself Period of two crankshaft revolutions repeating cylinder-specific changes or fluctuations of the recorded operating variables and allows a certain fluctuation or change of the Company size the corresponding Assign cylinder. This process variant is easy to program and allows a very fast determination of the current operating phase of a Cylinder. It may also be sufficient that the target pattern only a part of the two crankshaft revolutions long working cycle concerns.
Alternativ oder zusätzlich hierzu kann auch eine Auswertung mittels Wavelet-Analyse durchgeführt werden, bei der das erfasste Signal mit einem für den Brennkraftmaschinentyp spezifischen Referenzsignal verglichen wird. Eine Wavelet-Analyse liefert einen deutlichen positiven Ausschlag, sobald bei ähnlichen Signalverläufen die richtige Phasenzuordnung gefunden wird. Dabei ist eine Erkennung des richtigen Phasenbezugs auch schon mit einem Teil des Signalverlaufs möglich. Dies ermöglicht auch bei nur kleinen zylinderspezifischen Unterschieden im Signalverlauf die richtige Erkennung der aktuellen Arbeitsphase eines Zylinders. Auch andere Verfahren, wie beispielsweise ein Kreuzkorrelationsverfahren, können zum Vergleich des gemessenen Signals mit einem Referenzsignal eingesetzt werden. Auch das Referenzsignal wird vorab für den jeweiligen Brennkraftmaschinentyp ermittelt.alternative or additionally For this purpose, an evaluation by means of wavelet analysis can be performed, in which the detected signal with a for the internal combustion engine type specific reference signal is compared. A wavelet analysis provides one significant positive rash, as soon as the signal is similar correct phase assignment is found. There is a recognition the correct phase reference already with a part of the waveform possible. this makes possible even with only small cylinder-specific differences in the signal curve the correct recognition of the current working phase of a cylinder. Other methods, such as a cross-correlation method, can be used for Comparison of the measured signal with a reference signal used become. Also, the reference signal is in advance for each type of internal combustion engine determined.
Ferner ist eine Auswertung auch im Frequenzbereich möglich. Dies bietet sich dann an, wenn keine Notwendigkeit besteht, die aktuelle Betriebsphase eines Zylinders möglichst schnell zu erkennen. Idealerweise steht für eine Auswertung im Frequenzbereich mindestens ein Arbeitsspiel zur Auswertung zur Verfügung, so dass beispielsweise über eine Fast-Fourier-Transformation die Amplitude und Phase der Nockenwellenfrequenz und ihrer Oberwellen bis hin zur halben Zündfrequenz oder, bei Diesel-Brennkraftmaschinen, einer entsprechenden Frequenz bestimmt werden können. In bestimmten Fällen kann auch schon nach weniger als einem Arbeitsspiel anhand der Oberwellen der Nockenwellenfrequenz auf die aktuelle Arbeitsphase eines Zylinders geschlossen werden.Further an evaluation is also possible in the frequency domain. This offers itself then if there is no need, the current operating phase a cylinder as possible to recognize quickly. Ideally, it stands for an evaluation in the frequency domain at least one working game available for evaluation, so that over for example a fast Fourier transform the amplitude and phase of the camshaft frequency and their harmonics up to half the ignition frequency or, in diesel internal combustion engines, a corresponding frequency can be determined. In certain cases can even after less than a working cycle based on the harmonics the camshaft frequency to the current working phase of a cylinder getting closed.
Für alle genannten Auswerteverfahren gilt, dass beim ersten Starten der Brennkraftmaschine das Verfahren bis zum sicheren Erkennen der aktuellen Arbeitsphase eines Zylinders eventuell länger dauern kann, bis durch eine sogenannte "Geberrad-Adaption" Fehler einer Geberradteilung gelernt werden. Ein solches Geberrad ist üblicherweise Teil der Sensorik zur Erkennung der Winkelstellung und der Drehgeschwindigkeit einer Kurbelwelle. Je mehr Arbeitsspiele für die Auswertung herangezogen werden, desto höher ist die Erkennungssicherheit der aktuellen Betriebsphase eines Zylinders.For all mentioned Evaluation method is that the first time the engine starts Procedure for the reliable recognition of the current working phase of a Cylinders may take longer can, until by a so-called "encoder wheel adaptation" error a Geberradteilung be learned. Such a donor wheel is usually part of the sensor system for detecting the angular position and the rotational speed of a Crankshaft. The more cycles used for the evaluation be, the higher is the recognition reliability of the current operating phase of a cylinder.
Zeichnungendrawings
Nachfolgend werden besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.following become particularly preferred embodiments the present invention with reference to the accompanying Drawing closer explained.
In der Zeichnung zeigen:In show the drawing:
Beschreibung der Ausführungsbeispieledescription the embodiments
Eine
Brennkraftmaschine trägt
in
Die
Brennkraftmaschine
Verbrennungsabgase
werden aus den Zylindern
Alle
Sensoren
Die
in
In
diesen Diagrammen sind die Signale der Körperschallsensoren
In these diagrams are the signals from the structure-borne sound sensors
Bei
dem im Motorblock
Während in
den
Für den genau
zwischen den Zylindern
Anhand
der
Dabei
hängen
Umfang und Art dieser Drehzahlschwingung von dem Zylinder
Auch
die Signale des Drucksensors
Die
in
Nach
einem Startblock
After a starting block
In
einem Block
In
einem Block
Man
erkennt, dass eine gemeinsame Auswertung der relativen Amplituden
der Körperschallsensoren
In
einem Block
Das
Ein-/Um-/ und/oder Ausschalten der Phasenerkennung im Block
Da
die Sensitivität
beispielsweise der eingesetzten Körperschallsensoren
Man erkennt aus den obigen Ausführungen, dass für die meisten Brennkraftmaschinentypen zwei außermittig angeordnete Körperschallsensoren für die sichere Erfassung der aktuellen Betriebsphase der Zylinder eingesetzt werden können. Möglich ist auch die Verwendung eines einzigen außermittig beziehungsweise asymmetrisch zu den einzelnen Zylindern angeordneten Körperschallsensors. Die Verwendung eines einzelnen Sensors ist besonders problemlos möglich bei ungeraden Zylinderanzahlen, wenn eine unsymmetrische Zündreihenfolge vorliegt oder wenn eine unsymmetrische Übertragungsfunktion von den einzelnen Zylindern zum Körperschallsensor vorliegt.you recognizes from the above remarks that for the Most internal combustion engine types two eccentrically arranged structure-borne sound sensors for the Safe detection of the current operating phase of the cylinder used can be. Possible is also the use of a single eccentric or asymmetric Structure-borne sound sensor arranged to the individual cylinders. The usage a single sensor is possible especially easily odd number of cylinders when an unbalanced firing order is present or if an asymmetrical transfer function of the individual cylinders to structure-borne sound sensor is present.
Die
Auswertung der zylinderspezifischen Schwankungen der Signale der
Sensoren
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