DE102018219896A1 - Method and device for determining an operating cycle of a cylinder of an internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebssystems mit einem Verbrennungsmotor (2) und einem Elektroantrieb (3), wobei der Verbrennungsmotor (2) basierend auf einem Kurbelwellenlagewinkel und einer Phasenzuordnung eines Kurbelwellenlagewinkels zu einem Arbeitstakt eines oder mehrerer Zylinder (6) des Verbrennungsmotors (2) betrieben wird, mit folgenden Schritten zum Ermitteln der Phasenzuordnung zu dem Arbeitstakt des Zylinders (6):- mit Bezug zu einer den Brennraum vergrößernden Kolbenbewegung des Kolbens in dem Zylinder (6), Durchführen (S4) einer Testeinspritzung von Kraftstoff;- Ermitteln (S5) eines Verlaufs einer elektrischen Ansteuergröße für den Elektroantrieb (3);- Bei Feststellen einer Reduzierung der Leistungsaufnahme des Elektroantriebs (3) aufgrund der Testeinspritzung, Festlegen (S6) der Phasenzuordnung des Kurbelwellenlagewinkels zu einem Verbrennungstakt für den Zylinder (6).The invention relates to a method for operating a hybrid drive system with an internal combustion engine (2) and an electric drive (3), the internal combustion engine (2) being based on a crankshaft position angle and a phase assignment of a crankshaft position angle to an operating cycle of one or more cylinders (6) of the internal combustion engine ( 2) is operated with the following steps for determining the phase assignment to the operating cycle of the cylinder (6): - in relation to a piston movement of the piston in the cylinder (6) which increases the combustion chamber, performing (S4) a test injection of fuel; - determining (S5) a course of an electrical control variable for the electric drive (3); - If a reduction in the power consumption of the electric drive (3) is determined due to the test injection, determination (S6) of the phase assignment of the crankshaft position angle to a combustion cycle for the cylinder (6).
Description
Technisches GebietTechnical field
Die Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren, insbesondere im Taktbetrieb betriebene Verbrennungsmotoren, bei denen ein Ventilbetrieb mithilfe einer Nockenwelle gesteuert wird. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung Maßnahmen zum Erkennen eines Arbeitstaktes eines Zylinders eines Verbrennungsmotors.The invention relates to internal combustion engines, in particular internal combustion engines operated in cyclical operation, in which valve operation is controlled using a camshaft. Furthermore, the present invention relates to measures for recognizing an operating cycle of a cylinder of an internal combustion engine.
Technischer HintergrundTechnical background
Zur Erfassung eines Lagewinkels einer Kurbelwelle in einem Verbrennungsmotor ist ein Kurbelwellenlagesensor vorgesehen. Bei Viertaktmotoren ist die Kurbelwelle mit der Nockenwelle mechanisch so gekoppelt, dass sich bei zwei Umdrehungen der Kurbelwelle die Nockenwelle einmal dreht. Diese festgelegte Untersetzung ermöglicht es grundsätzlich, aus dem Lagewinkel der Kurbelwelle auf eine Phasenlage der Nockenwelle zu schließen. Da die Kurbelwelle jedoch innerhalb eines Arbeitsspiels zwei Umdrehungen ausführt, ist anhand einer Angabe zu dem Lagewinkel der Kurbelwelle kein Arbeitstakt eindeutig einem erfassten Lagewinkel zuordenbar.A crankshaft position sensor is provided to detect a position angle of a crankshaft in an internal combustion engine. In four-stroke engines, the crankshaft is mechanically coupled to the camshaft in such a way that the camshaft rotates once when the crankshaft rotates two times. This fixed reduction basically makes it possible to infer a phase position of the camshaft from the position angle of the crankshaft. However, since the crankshaft executes two revolutions within one work cycle, no work cycle can be clearly assigned to a detected position angle on the basis of an indication of the position angle of the crankshaft.
Daher wird in der Regel ein Nockenwellen-Lagesensor genutzt, der ein Referenzsignal bei einer bestimmten Position der Nockenwelle bereitstellt. Fällt der Nockenwelle-Lagesensor aus, ist bislang vorgesehen, zur Phasenbestimmung eine sogenannte Testeinspritzung zu nutzen, um zu bestimmen, ob aufgrund einer Kurbelwellenposition angenommenen Phasenlage, d. h. Zuordnung des Lagewinkels zu einem bestimmten Betriebstakt, korrekt ist. Erfolgt nach der Testeinspritzung z.B. aufgrund der Generierung eines Zündfunkens oder aufgrund eines ausreichenden Entzündungsdrucks zu Beginn des Verbrennungstaktes eine Verbrennung, so ist die angenommene Zuordnung Betriebstakt zum Lagewinkel korrekt, und der Lagewinkel lässt sich eindeutig einem Verbrennungstakt des betreffenden Zylinders zuordnen. Erfolgt die Verbrennung nicht, da z.B. kein Zündfunke generiert wird (bei Otto-Motoren) oder kein ausreichender Entzündungsdruck (bei Diesel-Motoren) vorliegt, kann angenommen werden, dass sich der Zylinder in einem Ansaugtakt befindet. Entsprechend muss die Zuordnung des Lagewinkels zu dem Lagewinkel innerhalb des Ansaugtaktes vorgenommen werden.Therefore, a camshaft position sensor is generally used, which provides a reference signal at a specific position of the camshaft. If the camshaft position sensor fails, it has hitherto been provided to use a so-called test injection for the phase determination in order to determine whether the phase position assumed on the basis of a crankshaft position, i. H. Assignment of the position angle to a specific operating cycle, is correct. If after the test injection e.g. due to the generation of an ignition spark or due to a sufficient ignition pressure at the beginning of the combustion cycle, the assumed assignment of the operating cycle to the position angle is correct, and the position angle can be clearly assigned to a combustion cycle of the cylinder in question. If the combustion does not take place, e.g. If no ignition spark is generated (for Otto engines) or there is insufficient ignition pressure (for diesel engines), it can be assumed that the cylinder is in an intake stroke. Accordingly, the position angle must be assigned to the position angle within the intake stroke.
Die Bestimmung, ob eine Verbrennung aufgrund der Testeinspritzung stattgefunden hat, wird derzeit über eine Messung und Auswertung der Motordrehzahl, insbesondere durch Überwachen der Beschleunigung, durchgeführt.The determination as to whether combustion has occurred due to the test injection is currently being carried out by measuring and evaluating the engine speed, in particular by monitoring the acceleration.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Erfindungsgemäß sind ein Verfahren zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit einer Zuordnung eines Lagewinkes der Kurbelwelle zu einem Betriebstakt mindestens eines Zylinders des Verbrennungsmotors gemäß Anspruch 1 sowie eine Vorrichtung und ein Motorsystem gemäß den nebengeordneten Ansprüchen vorgesehen.According to the invention, a method for operating an internal combustion engine with an assignment of a position angle of the crankshaft to an operating cycle of at least one cylinder of the internal combustion engine according to claim 1 and a device and an engine system according to the independent claims are provided.
Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.Further configurations are specified in the dependent claims.
Gemäß einem ersten Aspekt ist ein Verfahren zum Betreiben eines Hybridantriebssystems mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektroantrieb vorgesehen, wobei der Verbrennungsmotor basierend auf einem Kurbelwellenlagewinkel und einer Phasenzuordnung eines Kurbelwellenlagewinkels zu einem Arbeitstakt eines oder mehrerer Zylinder des Verbrennungsmotors betrieben wird, mit folgenden Schritten zum Ermitteln der Phasenzuordnung zu dem Arbeitstakt des Zylinders:
- - mit Bezug zu einer den Brennraum vergrößernden Kolbenbewegung des Kolbens in dem Zylinder, Durchführen einer Testeinspritzung von Kraftstoff;
- - Ermitteln eines Verlaufs einer elektrischen Ansteuergröße für den Elektroantrieb;
- - Bei Feststellen einer Reduzierung der Leistungsaufnahme des Elektroantriebs aufgrund der Testeinspritzung, Festlegen der Phasenzuordnung des Kurbelwellenlagewinkels zu einem Verbrennungstakt für den Zylinder.
- with respect to a piston movement of the piston in the cylinder which increases the combustion chamber, performing a test injection of fuel;
- - Determining a course of an electrical control variable for the electric drive;
- - If a reduction in the power consumption of the electric drive due to the test injection is determined, the phase assignment of the crankshaft position angle to a combustion cycle for the cylinder is determined.
Eine Testeinspritzung bezeichnet bei einem selbstzündenden kraftstoffgeführten Verbrennungsmotor (Diesel-Motor) die Abgabe von Kraftstoff in einen Brennraum, so dass durch eine nachfolgende Kompression (vor dem Ausstoß in einem Ausstoßtakt) ein daraus gebildetes Luft-Kraftstoff-Gemisch zündet. Die Testeinspritzung umfasst bei einem luftgeführten Verbrennungsmotor (Otto-Motor) die Abgabe von Kraftstoff in einen Brennraum oder in einen Saugrohrabschnitt, so dass durch eine nachfolgende Zündfunkengenerierung (vor dem Ausstoß in einem Ausstoßtakt) ein daraus gebildetes Luft-Kraftstoff-Gemisch zündet. Somit bezeichnet die Testeinspritzung eine Sequenz aus einer Kraftstoffabgabe in den Brennraum oder das Saugrohr; einer ggf. daraufhin folgenden direkten Entflammung beim selbstzündenden kraftstoffgeführten Verbrennungsmotor oder eines zeitlich koordinierten Entzündversuches beim luftgeführten Verbrennungsmotor. Die Testeinspritzung entspricht daher einer Testzündung bzw. einem Zündversuch.In the case of a self-igniting fuel-operated internal combustion engine (diesel engine), a test injection denotes the delivery of fuel into a combustion chamber, so that an air-fuel mixture formed therefrom ignites by subsequent compression (before the exhaust in an exhaust stroke). In the case of an air-guided internal combustion engine (Otto engine), the test injection comprises the delivery of fuel into a combustion chamber or into an intake manifold section, so that an air-fuel mixture formed therefrom is ignited by subsequent ignition spark generation (before the exhaust in an exhaust stroke). Thus, the test injection denotes a sequence from a fuel delivery into the combustion chamber or the intake manifold; a possible subsequent direct ignition in the self-igniting fuel-guided internal combustion engine or a time-coordinated ignition attempt in the air-guided internal combustion engine. The test injection therefore corresponds to a test ignition or an ignition attempt.
Ist eine Phaseninformation zu dem erfassten Kurbelwellenlagewinkel nicht verfügbar, z.B. aufgrund eines Ausfalls eines Nockenwellenpostionssensors, so wird die Zuordnung des Kurbelwellenlagewinkels zu dem jeweiligen Arbeitstakt eines bestimmten Zylinders mithilfe der Testeinspritzung in den betreffenden Zylinder durchgeführt. Erfolgt die Testeinspritzung während eines Verbrennungstaktes, so führt diese zu einer Beschleunigung der Kurbelwelle, die durch Überwachung des Kurbelwellenlagewinkels erfassbar ist.If phase information on the detected crankshaft position angle is not available, e.g. due to a failure of a camshaft position sensor, the assignment of the crankshaft position angle to the respective work cycle of a specific cylinder is carried out using the test injection into the relevant cylinder. If the test injection takes place during a combustion cycle, this leads to an acceleration of the crankshaft, which can be detected by monitoring the crankshaft position angle.
Es sind Hybridantriebssysteme bekannt, bei denen ein Verbrennungsmotor fest mit einem Elektroantrieb gekoppelt ist, so dass während des Betriebs des Verbrennungsmotors eine weitere zusätzliche Last wirkt. Diese kann die messbare Beschleunigung der Kurbelwelle bei einer Testeinspritzung dämpfen bzw. unterdrücken, so dass keine zuverlässige Erkennung der Auswirkung der Testeinspritzung möglich ist. Durch Auswertung der Leistungsaufnahme des Elektroantriebs ist es daher möglich, den Verlauf eines von dem Verbrennungsmotor bereitgestellten Drehmoments auszuwerten. Insbesondere bei Feststellen, dass die Leistungsaufnahme des Elektroantriebs sinkt, kann eine Verbrennung aufgrund der Testeinspritzung erkannt werden. Die Reduzierung der Leistungsaufnahme kann zudem eine Aufnahme von einem durch die Testeinspritzung bewirkten Drehmoment durch einen generatorischen Betriebs des Elektroantriebs umfassen. Somit kann die Reduzierung der Leistungsaufnahme auch einen kurzzeitigen Wechsel in einen generatorischen Betrieb des Elektroantriebs beinhalten.Hybrid drive systems are known in which an internal combustion engine is firmly coupled to an electric drive, so that a further additional load acts during the operation of the internal combustion engine. This can dampen or suppress the measurable acceleration of the crankshaft during a test injection, so that no reliable detection of the effect of the test injection is possible. By evaluating the power consumption of the electric drive, it is therefore possible to evaluate the course of a torque provided by the internal combustion engine. In particular, if it is found that the power consumption of the electric drive is decreasing, a combustion due to the test injection can be recognized. The reduction in the power consumption can also include the absorption of a torque caused by the test injection by a generator operation of the electric drive. The reduction in power consumption can therefore also include a brief change to generator operation of the electric drive.
Das obige Verfahren ermöglicht es, bei Ausfall eines Nockenwellenpostionssensors bzw. bei Motorsystemen, die ohne Nockenwellenpostionssensor ausgebildet sind, eine einfache und zuverlässige Möglichkeit bereitzustellen, die Zuordnung des Kurbelwellenlagewinkels zu einem Arbeitstakt eines Zylinders in einfacher Weise durchzuführen.The above method makes it possible, in the event of a camshaft position sensor failure or in engine systems which are designed without a camshaft position sensor, to provide a simple and reliable possibility of carrying out the assignment of the crankshaft position angle to an operating cycle of a cylinder in a simple manner.
Weiterhin kann die Testeinspritzung vor dem Zeitpunkt einer möglichen Zündung eines Luft-Kraftstoffgemisches im Zylinder durchgeführt werden.Furthermore, the test injection can be carried out before a possible ignition of an air-fuel mixture in the cylinder.
Es kann vorgesehen sein, dass bei Feststellen, dass aufgrund der Testeinspritzung keine Reduzierung der Leistungsaufnahme des Elektroantriebs aufgetreten ist, die Phasenzuordnung des Kurbelwellenlagewinkels zu einem Ansaugtakt für den Zylinder vorgenommen wird.It can be provided that when it is determined that no reduction in the power consumption of the electric drive has occurred due to the test injection, the phase assignment of the crankshaft position angle to an intake stroke for the cylinder is carried out.
Gemäß einer Ausführungsform kann die elektrische Ansteuergröße einem tatsächlichen Motorstrom oder einer Vorgabe für den Motorstrom, insbesondere einem Soll-Motorstrom bei einer Stromregelung, entsprechen.According to one embodiment, the electrical control variable can correspond to an actual motor current or a specification for the motor current, in particular a target motor current for a current control.
Es kann vorgesehen sein, dass der Elektroantrieb drehzahlgeregelt betrieben wird, wobei die elektrische Ansteuergröße einer Stellgröße der Drehzahlregelung, insbesondere einem Tastverhältnis zur Vorgabe einer Motorspannung des Elektroantriebs, entspricht.It can be provided that the electric drive is operated in a speed-controlled manner, the electrical control variable corresponding to a manipulated variable of the speed control, in particular a pulse duty factor for specifying a motor voltage of the electric drive.
Die Drehzahlregelung kann die messbare Beschleunigung der Kurbelwelle bei einer Testeinspritzung dämpfen bzw. unterdrücken, so dass keine zuverlässige Erkennung der Auswirkung der Testeinspritzung möglich ist. Dabei kompensiert die Drehzahlregelung Schwankungen der Kurbelwellendrehzahl, die durch die variierende Momentenabgabe des Verbrennungsmotors entstehen. Da die Ansteuerung des Elektroantriebs sowohl im drehzahlgeregelten Betrieb als auch aufgrund der veränderten Last ohne Drehzahlregelung direkt auf eine Drehmomentenerhöhung des Verbrennungsmotors reagiert, stellt die elektrische Ansteuerung des Elektroantriebs einen besseren Indikator für eine stattgefundene Verbrennung in einem Verbrennungstakt oder die ausbleibende Verbrennung in einem Ansaugtakt dar als die bloße Auswertung eines Drehzahlverlaufs des Verbrennungsmotors des Hybridantriebsystems, insbesondere dessen Antriebswelle.The speed control can dampen or suppress the measurable acceleration of the crankshaft during a test injection, so that no reliable detection of the effect of the test injection is possible. The speed control compensates for fluctuations in the crankshaft speed caused by the varying torque output of the internal combustion engine. Since the control of the electric drive reacts directly to an increase in torque of the internal combustion engine both in speed-controlled operation and due to the changed load without speed control, the electrical control of the electric drive is a better indicator of a combustion taking place in one combustion cycle or the lack of combustion in an intake cycle than the mere evaluation of a speed curve of the internal combustion engine of the hybrid drive system, in particular its drive shaft.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist eine Vorrichtung zum Betreiben eines Hybridantriebssystems mit einem Verbrennungsmotor und einem Elektroantrieb vorgesehen, wobei der Verbrennungsmotor basierend auf einem Kurbelwellenlagewinkel und einer Phasenzuordnung eines Kurbelwellenlagewinkels zu einem Arbeitstakt eines oder mehrerer Zylinder des Verbrennungsmotors betrieben wird, wobei die Vorrichtung ausgebildet ist, um die Phasenzuordnung zu dem Arbeitstakt des Zylinders zu ermitteln, indem:
- - mit Bezug zu einer den Brennraum vergrößernden Kolbenbewegung des Kolbens in dem Zylinder, eine Testeinspritzung von Kraftstoff durchgeführt wird;
- - ein Verlauf einer elektrischen Ansteuergröße für den Elektroantrieb ermittelt wird;
- - bei Feststellen einer Reduzierung der Leistungsaufnahme des Elektroantriebs aufgrund der Testeinspritzung, die Phasenzuordnung auf einen Verbrennungstakt für den Zylinder festgelegt wird.
- a test injection of fuel is carried out with reference to a piston movement of the piston in the cylinder which increases the combustion chamber;
- - A course of an electrical control variable for the electric drive is determined;
- - If a reduction in the power consumption of the electric drive is determined on the basis of the test injection, the phase assignment is set to a combustion cycle for the cylinder.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Hybridantriebssystem mit einem Verbrennungsmotor, mit einem mit dem Verbrennungsmotor koppelbaren Elektroantrieb und mit der obigen Vorrichtung vorgesehen.According to a further aspect, a hybrid drive system is provided with an internal combustion engine, with an electric drive that can be coupled to the internal combustion engine, and with the above device.
FigurenlisteFigure list
Ausführungsformen werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 eine schematische Darstellung eines Motorsystems mit einem Hybridantrieb; -
2 eine Darstellung einer Regelung des Elektroantriebs bei einem Drehzahlgeregelten Betrieb; und -
3 ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung eines Verfahrens zum Zuordnen einer Kurbelwellenwinkellage zu einem Arbeitstakt eines Zylinders eines Verbrennungsmotors.
-
1 a schematic representation of an engine system with a hybrid drive; -
2nd a representation of a control of the electric drive in a speed-controlled operation; and -
3rd a flowchart to illustrate a method for assigning a crankshaft angular position to an operating cycle of a cylinder of an internal combustion engine.
Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments
Das Antriebsmoment ergibt sich als Summe aus dem Motormoment des Verbrennungsmotors
Die Kurbelwelle
Es ist ein Motorsteuergerät
Weiterhin sind mit der Kurbelwelle
Aufgrund des Viertaktbetriebs ist es notwendig, die Nockenwelle
Weiterhin ist das Motorsteuergerät
Zum Erkennen des Kurbelwellenlagewinkels ist an der Kurbelwelle
Bei einer Testeinspritzung kann mit Bezug zu einer Bewegung des Kolbens hin zum unteren Totpunkt Kraftstoff in einen betreffenden Zylinder
Beispielsweise ist in
Die Ansteuerstellgröße y kann beispielsweise eine Ansteuerspannung sein, die in Form eines Tastverhältnisses oder dergleichen vorgegeben sein kann und die zum Bereitstellen eines vorbestimmten Motorstroms ermittelt wird. Die Ansteuerstellgröße kann in einer Leistungseinheit
Naturgemäß reagiert eine Drehzahlregelung bereits auf geringe Abweichungen zwischen der Soll-Drehzahl
Daher ist ein Verfahren zur Erkennung einer Zuordnung eines Kurbelwellenlagewinkels zu einem Arbeitstakt eines bestimmten Zylinders
In Schritt
In Schritt
In Schritt
In Schritt
In Schritt
Da die Zylinder
Befindet sich der Elektroantrieb
In Schritt
Insgesamt kann durch Auswertung einer elektrischen Größe am Eingang des Elektroantriebs
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