DE102011083470A1

DE102011083470A1 - Verfahren zum Bestimmen einer Motorposition

Info

Publication number: DE102011083470A1
Application number: DE201110083470
Authority: DE
Inventors: Ulrich-Michael Nefzer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2013-03-28

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Anordnung zur Bestimmung einer Motorposition mit Hilfe eines Nockenwellensignals (42) vorgestellt. Dabei wird eine Flanke (50, 52, 54, 56, 58, 60) des Nockenwellensignals (42) erkannt, eine Position des Motors angenommen und in Abhängigkeit der angenommenen Position eine Einspritzung auf einen nächsten Zylinder vorgenommen. Weiterhin wird überprüft, ob die vorgenommene Einspritzung eine Erhöhung der Drehzahl des Motors bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Motors mit einem Nockenwellensignal und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Das Verfahren wird insbesondere bei Kolbenmaschinen, die über eine Kurbelwelle und eine Nockenwelle verfügen, durchgeführt.
Stand der Technik
Die Position eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Kolbenmotors, lässt sich mit Hilfe eines Kurbelwellensignals und eines Nockenwellensignals bestimmen. Das Kurbelwellensignal ermöglicht die Bestimmung der genauen Position, ist jedoch nicht eindeutig. Das Nockenwellensignal ist zwar ungenau aber eindeutig, um die Phasenlage zu bestimmen.
Während eines Arbeitsspiels eines Viertaktmotors dreht sich die Kurbelwelle zweimal, während die Nockenwelle in dieser Zeit nur eine Umdrehung durchführt. Über die Kurbelwelle wird die genaue Position berechnet. Über die Nockenwelle wird die Phasenlage, die angibt, in welchem Takt sich der Motor befindet, berechnet.
Die Motorposition bezeichnet dabei die Lage bzw. Stellung der Zylinder des Motors bzw. der Kolben in den Zylindern. Die Phasenlage gibt an, in welchem Takt sich der bzw. die Zylinder befinden. Bei einem Viertaktmotor sind bspw. für den Kreisprozess vier Takte erforderlich. Bei einem Hubkolbenmotor ist ein Takt die Bewegung des Kolbens vom Stillstand in eine Richtung bis zum erneuten Stillstand.
Die vier Takte bei einem Viertaktmotor sind:

1. Takt, Ansaugen
2. Takt, Verdichten
3. Takt, Arbeiten
4. Takt, Ausstoßen

Um bei Verbrennungsmotoren eine möglichst effiziente Verbrennung zu erreichen, muss die Motorposition so genau wie möglich bestimmt werden. Abweichungen führen zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrads und der Abgaswerte.
Die Kurbelwelle in dem Verbrennungsmotor ist dafür vorgesehen, die oszillierende und lineare Bewegung eines oder mehrerer Kolben in eine Drehbewegung umzusetzen. Somit werden die Kolbenkräfte aufgenommen, in ein Drehmoment gewandelt und das Drehmoment bspw. über die Kupplung an das Getriebe weitergeleitet. Die Nockenwelle, die zur Betätigung der Ein- und Auslassventile der Zylinder vorgesehen ist, wird von der Kurbelwelle, bspw. über Kettentrieb und Steuerkette oder über einen Zahnriemen, angetrieben. Dabei dreht sich die Nockenwelle im Vergleich zur Kurbelwelle üblicherweise mit halber Drehzahl.
Zu beachten ist, dass bei ausgefallenem Kurbelwellensensor das Bestimmen der Motorposition nur noch über spezielle Geberradtypen auf der Nockenwelle möglich ist. Diese Geberräder müssen im Verlauf eines Arbeitsspiels, wobei 720° Kurbelwelle 360° Nockenwelle entspricht, mindestens ein eindeutiges Muster aufweisen, um die Position des Verbrennungsmotors exakt an dieser Stelle bestimmen zu können.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Anordnung gemäß Anspruch 9 vorgestellt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung.
Es ist mit dem vorgestellten Verfahren somit möglich, Nockenwellensignale, die kein eindeutiges Muster aufweisen, zur Bestimmung der Motorposition zu verwenden. Eines dieser nicht eindeutigen Signale wird bspw. von einem 3-Zahn Geberrad zur Verfügung gestellt. Ein Kurbelwellensignal zur Bestimmung der Motorposition ist nicht mehr notwendig. Somit kann das Verfahren bei Ausfall des Kurbelwellensensors eingesetzt werden. Es könnte auch grundsätzlich auf diesen Sensor, der das Kurbelwellensignal bereitstellt, verzichtet werden. Aufgrund aktueller Abgasgesetzgebungen wird es nicht möglich sein, auf das Kurbelwellensignal zu verzichten.
Zu beachten ist, dass das vorgestellte Verfahren nicht bei Motoren mit Zylinderzahlen i = n·3 durchgeführt werden kann. Somit kann das Verfahren bspw. bei 4- oder 8-Zylinderfahrzeugen eingesetzt werden.
Das Verfahren sieht vor, dass bei einer Flanke, nämlich einer negativen oder positiven Flanke in dem Nockenwellensignal, eine Position angenommen und dann in einen nächsten Zylinder eingespritzt wird. War die Annahme richtig, so erhöht sich die Drehzahl, d. h. grad n > 0. Erhöht sich die Drehzahl nicht, so war die Annahme falsch und es wird bspw. bei der nächsten Flanke im Nockenwellensignal unter Berücksichtigung, dass die vorherige Annahme falsch war, eine neue Annahme getroffen.
Der nächste Zylinder ist derjenige Zylinder, für den noch eine Einspritzung und Zündung berechnet werden kann und in den eingespritzt werden kann.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sonder auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Verbrennungsmotor.
2 zeigt Verläufe eines Kurbelwellensignals und eines Nockenwellensignals.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
1 zeigt in einer stark vereinfachten Darstellung einen Motor, der insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Es handelt sich hierbei um einen V-Motor. Die Darstellung zeigt eine Kurbelwelle 12, auf der ein Kurbelwellengeberrad 14 sitzt (Pfeil 20), an dessen Umfang Zähne angeordnet sind. Dabei ist ein Abschnitt 16 am Umfang des Kurbelwellengeberrades 14 vorgesehen, der keine Zähne trägt. Auf diese Weise wird eine Lage- und damit Positionsbestimmung möglich, wozu ein Kurbelwellensensor 18 vorgesehen ist, der ein Kurbelwellensignal, das Informationen zu der Lage der Kurbelwelle 12 trägt, bereitstellt.
Der Motor 10 umfasst weiterhin vier Nockenwellen 22, 24, 26 und 28, die über einen Zahnriemen 30 von der Kurbelwelle 12 angetrieben werden. Zur Vereinfachung der Darstellung ist nur ein Nockenwellengeberrad 32 dargestellt, das auf der Nockenwelle 26 sitzt (Pfeil 64). Dieses Nockenwellengeberrad 32 weist am Umfang drei Aussparungen 34 und entsprechend drei Zähne 35 auf, die unterschiedlich dimensioniert sind und eine Lagebestimmung bzw. Drehwinkelbestimmung der Nockenwelle 26 ermöglichen. Hierzu ist ein Nockenwellensensor 36 vorgesehen, der ein Nockenwellensignal liefert.
In 2 ist oben der Verlauf eines Kurbelwellensignals 40 und unten der Verlauf eines Nockenwellensignals 42 dargestellt.
Das Kurbelwellensignal 40 ist ein Rechtecksignal, wobei die Form des Verlaufs durch die Zähne des Kurbelwellengeberads bewirkt ist. Deutlich zu erkennen sind drei Abschnitte 44, 46 und 48 die durch den Abschnitt 16 (1) des Kurbelwellengeberrads bewirkt sind.
Bei dem Nockenwellensignal 42 handelt es sich um ein symmetrisches Signal, das dreimal hintereinander auftritt, bspw. ein 150° – 90° KW-Muster. Dieses Muster hängt u. a. vom verwendeten Geberrad ab. So ist auch bspw. ein Geberrad mit einem 200° – 40° KW-Muster möglich.
In Kombination mit dem Kurbelwellensignal 40 ist im Normalbetrieb anhand der Pegelinformation die Position eindeutig bestimmbar. Das gezeigte Nockenwellensignal 42 weist eine erste negative Flanke 50, eine erste positive Flanke 52, eine zweite negative Flanke 54, eine zweite positive Flanke 56, eine dritte negative Flanke 58 und eine dritte positive Flanke 60 auf.
Mit dem vorgestellten Verfahren ist es nunmehr möglich, bei Zylinderzahlen i ungleich 3·n (n = 1, 2, 3...) auch ohne Kurbelwellensignal 40 die Position eindeutig zu bestimmen. Dies erfolgt derart:

Nachdem eine fallende 50, 54, 58 oder steigende Flanke 52, 56, 60 erkannt wurde, wird die Position der ersten fallenden 50, 54, 58 oder steigenden Nockenwellenflanke 52, 56, 60 nach der 0°-Position gesetzt. Ausgehend von dieser Position wird einmalig eine Einspritzung auf den nächsten möglichen Zylinder vorgenommen bzw. programmiert. Es ergeben sich folgende Möglichkeiten:

1. War die angenommene Position korrekt, so wird die Einspritzung zu einer Drehzahlerhöhung führen, die anhand des Nockenwellensignals 42 ausgewertet werden kann.

Die Zeit über die einzelnen Nockenwellenabschnitte wäre auch als Bezugsgröße möglich. Aus dieser Zeit wird die Drehzahl berechnet. Es können auch weitere Größen herangezogen werden. So kann als Größe bspw. die Beschleunigung verwendet werden.

2. War die angenommene Position falsch, so wird daraus keine Drehzahlerhöhung resultieren. Danach muss die Position bspw. um 240° verschoben werden und es muss wiederum eine Einspritzung auf den nächsten möglichen Zylinder erfolgen. Danach ergeben sich wieder die beiden Möglichkeiten.

Wurde für die erste Positionsbestimmung die erste fallende Flanke zum Beispiel als Flanke 50 angenommen, so wird, nachdem die Position als falsch angenommen wurde, die nächste fallende Flanke als die Flanke mit Bezugsziffer 50 angenommen.
Dieser Vorgang kann solange wiederholt werden, bis der Motor startet oder eine maximal vorgebbare Anzahl an Testeinspritzungen erreicht wurde. Dies dient dem Komponentenschutz.

Claims

Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Motors (10), der mindestens eine Nockenwelle (22, 24, 26, 28) aufweist, zu der ein Nockenwellensignal (42) zur Verfügung steht, wobei eine Flanke (50, 52, 54, 56, 58, 60) des Nockenwellensignals (42) erkannt wird, eine Position des Motors (10) angenommen wird und in Abhängigkeit der angenommenen Position eine Einspritzung auf einen nächsten Zylinder vorgenommen wird, und wobei überprüft wird, ob die vorgenommene Einspritzung eine Erhöhung der Drehzahl des Motors (10) bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine negative Flanke (50, 54, 58) im Nockenwellensignal (42) erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine positive Flanke (52, 56, 60) im Nockenwellensignal (42) erkannt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem im Falle einer Erhöhung der Drehzahl die angenommene Position als korrekte Position festgelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem im Falle keiner Erhöhung der Drehzahl die angenommene Position als falsche Position festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die angenommene Position verschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die angenommene Position um 240° verschoben wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, das solange durchgeführt wird, bis die angenommene Position als korrekte Position festgelegt wird.
Anordnung zum Bestimmen einer Position eines Motors (10) anhand eines Nockenwellensignals (42), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit mindestens einem Nockenwellensensor (36), der ein Nockenwellensignal (42) zur Verfügung stellt, wobei die Anordnung dazu ausgebildet ist, eine Flanke (50, 52, 54, 56, 58, 60) des Nockenwellensignals (42) zu erkennen, eine Position des Motors (10) anzunehmen und in Abhängigkeit der angenommenen Position eine Einspritzung auf einen nächsten Zylinder vorzunehmen, und wobei die Anordnung weiterhin dazu ausgebildet ist, zu überprüfen, ob die vorgenommene Einspritzung eine Erhöhung der Drehzahl des Motors (10) bewirkt.