DE19652896A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Zylindererkennung in einer Brennkraftmaschine - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur Zylindererkennung in einer BrennkraftmaschineInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein
Verfahren zur Zylindererkennung in einer Brennkraftmaschine (im
weiteren auch kurz als Motor bezeichnet).
In modernen Kraftfahrzeugen erfolgt das Motor-Management, d. h.
die Steuerung und Regelung sowie Überwachung der wesentlichen
Funktionen des Motors, üblicherweise unter Verwendung eines
Steuergeräts mit einer Rechnereinrichtung.
Insbesondere müssen die Zündung und die Kraftstoffeinspritzung
gemeinsam und aufeinander abgestimmt gesteuert werden, wobei der
jeweilige Betriebszustand des Motors genau erfaßt werden und bei
der Zündzeitpunktberechnung und der Kraftstoffbemessung berück
sichtigt werden muß.
Eine von der Rechnereinrichtung für die Steuerung der Zündung
und Kraftstoffeinspritzung benötigte wichtige Information be
trifft die Stellung der Kurbelwelle. Üblicherweise ist ein Kur
belwellensensor zur Erfassung der Kurbelwellenstellung vorge
sehen. Dieser Kurbelwellensensor ist beispielsweise ein indukti
ver Geber, der ein Signal für die Drehzahl als auch ein Signal
für mindestens eine ausgewählte Kurbelwellenstellung ausgibt. In
der Regel ist die ausgewählte Kurbelwellenstellung der obere
Totpunkt (OT) eines oder mehrerer bestimmter Zylinder.
Bei Zündanlagen mit ruhender Zündhochspannungsverteilung mit
Einzelspulen benötigt die Rechnereinrichtung noch eine zusätzli
che Information über die Stellung der Nockenwelle, damit die
Zündspule des Zylinders, der sich gerade im oder in der Nähe des
OT des Arbeitstaktes befindet, angesteuert werden kann. Anderen
falls könnte es sein, daß unerwünschterweise die Zündspule des
Zylinders, der sich gerade im oder in der Nähe des OT des Aus
stoßtaktes befindet, angesteuert wird.
Die Ermittlung der Stellung der Nockenwelle erfolgt üblicher
weise mittels eines Nockenwellensensors, welcher beispielsweise
dann ein Signal abgibt, wenn sich die Nockenwelle in einer Stel
lung befindet, in der ein bestimmter Zylinder am OT seines Ar
beitstaktes ist. Dieses bekannte Verfahren wird auch als Zylin
der-Eins-Erkennung bezeichnet.
Aus der Verknüpfung der Signale des Kurbelwellensensors und des
Nockenwellensensors können die Zündzeitpunkte und Einspritzzeit
punkte sämtlicher Zylinder in eindeutiger Weise durch die Rech
nereinrichtung berechnet werden.
Das angegebene Verfahren nach dem Stand der Technik hat den
Nachteil, daß zwei kostspielige Sensoren und eine entsprechend
aufwendige Verdrahtung benötigt werden.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und
ein Verfahren zur Zylindererkennung in einer Brennkraftmaschine
zu schaffen, wobei es keines zusätzlichen Nockenwellensensors
bedarf.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des
Anspruchs 1 gelöst, also durch eine Vorrichtung zur Zylinder
erkennung in einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwellen-Sen
soreinrichtung zum Erfassen eines Kurbelwinkels und einer
vorbestimmten Kurbelwellenstellung und Ausgeben entsprechender
Kurbelsignale; einer Zündeinrichtung zum Zünden der jeweiligen
Zylinder der Brennkraftmaschine durch Erzeugen von entsprechen
den Hochspannungsimpulsen ansprechend auf entsprechende Steuer
signale; einer Steuereinrichtung zum Empfangen der Kurbelsignale
und Ausgeben der Steuersignale an die Zündeinrichtung in Ab
hängigkeit von zumindest den Kurbelsignalen; wobei die Steuer
einrichtung derart gestaltet ist, daß sie in einer
Zylindererkennungsphase beim Empfang eines Kurbelsignals ent
sprechend einer vorbestimmten Kurbelstellung ein Steuersignal
zum Erzeugen eines Hochspannungsimpulses mit einer vorbestimmten
erreichbaren Amplitude in mindestens einem bestimmten Zylinder
ausgibt; einer Zünderfassungseinrichtung zum Erfassen, ob und/oder
bei welcher Zündspannung der bestimmte Zylinder durch den
Hochspannungsimpuls gezündet worden ist und Ausgeben eines ent
sprechenden Zünderfassungssignals; und einer Zylindererken
nungseinrichtung zum Ermitteln, ob der bestimmte Zylinder in der
vorbestimmten Kurbelstellung in seinem Arbeitstakt ist, basie
rend auf zumindest dem Zünderfassungssignal.
Diese Aufgabe wird ebenfalls durch das in Anspruch 25 angegebene
Verfahren gelöst, also durch ein Verfahren zur Zylindererkennung
in einer Brennkraftmaschine mit den Schritten: Erfassen eines
Kurbelwinkels und einer vorbestimmten Kurbelwellenstellung und
Ausgeben entsprechender Kurbelsignale; Erzeugen eines Hoch
spannungsimpulses mit einer vorbestimmten erreichbaren Amplitude
in mindestens einen bestimmten Zylinder beim Erfassen einer
vorbestimmten Kurbelstellung während einer Zylindererkennungs
phase; Erfassen, ob und/oder bei welcher Zündspannung der
bestimmte Zylinder durch den Hochspannungsimpuls gezündet worden
ist und Ausgeben eines entsprechenden Zünderfassungssignals; und
Ermitteln, ob der bestimmte Zylinder in der vorbestimmten Kur
belstellung in seinem Arbeitstakt ist, basierend auf zumindest
dem Zünderfassungssignal.
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Prinzip der vorliegenden Erfindung beruht darauf, daß die
Zündspannung bei einer vorbestimmten Kurbelstellung, welche am
oder in der Nähe des OT des betreffenden Zylinders liegt, unter
anderem vom im Zylinder herrschenden Druck abhängt. So beträgt
die Zündspannung bei 1 bar typischerweise 5 kV, während sie bei
etwa 5-7 bar typischerweise etwa 13-20 kV beträgt. Die aufge
führten Drücke und Zündspannungen können sich in zwei unter
schiedlichen Zylindern eines Motors einstellen, wenn sich der
eine Zylinder gerade am oder in der Nähe des OT seines Ausstoß
taktes (Ventile sind geöffnet) und der andere Zylinder gerade am
oder in der Nähe des OT seines Arbeitstaktes (Ventile sind ge
schlossen) befindet.
Mithin kann durch Erfassung der unterschiedlichen Zündspannungen
ermittelt werden, welcher der Zylinder der im Arbeitstakt be
findliche ist, und dementsprechend die Zündreihenfolge festge
legt werden, ohne daß es des üblichen Nockenwellensensors be
darf.
Zur Erfassung bietet sich insbesondere erstens die Möglichkeit,
daß der in der Zylindererkennungsphase zugeführte Hochspannungs
impuls ein normaler Hochspannungsimpuls ist, d. h. ein Hochspan
nungsimpuls, dessen Amplitude die zur Zündung im Arbeitstakt
notwendige Größe von typischerweise etwa 13 kV erreichen kann.
In diesem Fall wird die tatsächliche Zündspannung erfaßt und das
Resultat zur Zylindererkennung ausgewertet.
Zweitens kann der in der Zylindererkennungsphase zugeführte
Hochspannungsimpuls ein reduzierter Hochspannungsimpuls sein,
d. h. ein Hochspannungsimpuls, dessen Amplitude die zur Zündung
im Arbeitstakt notwendige Größe von typischerweise etwa 13 kV
nicht erreichen kann, sondern nur eine Größe, die typischerweise
7 kV beträgt und zur Zündung im Ausstoßtakt ausreichend ist. In
diesem Fall wird erfaßt, ob überhaupt ein Funken aufgetreten
ist, und das Resultat zur Zylindererkennung ausgewertet.
Ist dann die Anfangsreihenfolge der Zylinder einmal festgelegt,
so lassen sich alle weiteren Zündzeitpunkte bis zum nächsten
Stillstand des Motors inkremental durch Erfassen der Kur
belstellung mit dem Kurbelsensor festlegen. Mit anderen Worten
muß die Zylindererkennung nur in der Anlaufphase des Motors
durchgeführt werden. Besonders vorteilhaft am Gegenstand nach
Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung ist also die Tatsache, daß
der übliche Nockenwellensensor eingespart werden kann.
Gemäß der bevorzugten Weiterbildung nach Anspruch 3 ist die
vorbestimmte Kurbelstellung der obere Totpunkt des bestimmten
Zylinders. Dies bringt den Vorteil mit sich, daß bei dieser
Kurbelstellung die Druckdifferenz zwischen Arbeitstakt und Aus
stoßtakt und damit die Zuverlässigkeit der Messung am größten
ist.
Gemäß der weiteren bevorzugten Weiterbildung nach Anspruch 4 ist
die vorbestimmte Amplitude kleiner als die zur Zündung im Ar
beitstakt notwendige Amplitude. Dies bringt den Vorteil mit
sich, daß kein zusätzlicher Steueraufwand zur Einstellung der
Größe der Amplitude der Hochspannungsimpulse notwendig ist. In
diesem Fall ist die Zünderfassungseinrichtung vorzugsweise der
art gestaltet, daß sie die Zündspannung des bestimmten Zylinders
erfaßt. Das Zünderfassungssignal ist dann entweder die erfaßte
Zündspannung selbst oder ein daraus eindeutig ableitbares Si
gnal.
Gemäß der weiteren bevorzugten Weiterbildung nach Anspruch 6
weist die Zylindererkennungseinrichtung eine Speichereinrichtung
zum Speichern mindestens eines Zündbezugssignals und eine Ver
gleichseinrichtung zum Vergleichen des Zünderfassungssignals mit
dem Zündbezugssignal auf. Das Zündbezugssignal ist vorzugsweise
ein Referenzspannungswert, der so gewählt ist, daß dieser gerin
ger als die zur Zündung notwendige Spannungsamplitude ist, wenn
sich der betreffende Zylinder im Arbeitstakt befindet, aber
höher als die zur Zündung notwendige Spannungsamplitude, wenn
sich dieser Zylinder im Ausstoßtakt befindet. Das Zündbezugs
signal kann z. B. 9 kV betragen. Diese Weiterbildung ist einfach
zu realisieren, setzt aber voraus, daß die zum Zünden notwendige
Zündspannung im komprimierten und im nicht komprimierten Zustand
hinreichend verschieden ist, um eine zuverlässige Zylindererken
nung zu ermöglichen.
Gemäß der weiteren bevorzugten Weiterbildung nach Anspruch 7 ist
in der Speichereinrichtung eine Vielzahl von Zündbezugssignalen
entsprechend verschiedener Betriebszustände der Brennkraftma
schine gespeichert, und die Vergleichseinrichtung ist derart
gestaltet, daß sie ein dem aktuellen Betriebszustand der Brenn
kraftmaschine entsprechendes Zündbezugssignal zum Vergleich
heranzieht. Durch eine derartige Ausgestaltung kann der Tatsache
Rechnung getragen werden, daß das Zündbezugssignal von dem Be
triebszustand des Motors abhängig ist. Unter Betriebszustand
sind dabei sowohl interne Parameter, wie z. B. Kompressionsdruck,
als auch externe Parameter, wie z. B. Außentemperatur oder Luft
druck, zu verstehen.
Gemäß der weiteren bevorzugten Weiterbildung nach Anspruch 8 ist
die Zünderfassungseinrichtung derart gestaltet, daß sie die
Zündspannung des bestimmten Zylinders bei zwei aufeinanderfol
genden Perioden der Zündwechselspannung erfaßt. In diesem Fall
weist die Zylindererkennungseinrichtung vorzugsweise eine Spei
chereinrichtung zum Speichern des ersten Zünderfassungssignals
und eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des ersten Zünd
erfassungssignals mit dem zweiten Zünderfassungssignal auf.
Repräsentiert das erste Zünderfassungssignal eine höhere Zünd
spannung, ist der bestimmte Zylinder bei der ersten Umdrehung im
Arbeitstakt, ansonsten bei der zweiten Umdrehung.
Gemäß der weiteren bevorzugten Weiterbildung nach Anspruch 10
ist die Zünderfassungseinrichtung derart gestaltet ist, daß sie
die Zündspannung mindestens zweier einander entsprechender be
stimmter Zylinders bei derselben Periode der Zündwechselspannung
erfaßt. In diesem Fall weist die Zylindererkennungseinrichtung
vorzugsweise eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der
Zünderfassungssignale entsprechend der zwei bestimmten Zylinder
auf. Das gleichzeitige Anlegen der Zündspannung an die zwei
bestimmten Zylinder und der anschließende Vergleich der Erfas
sungssignale hat den Vorteil, daß die anderen Einflußgrößen, die
die Zündspannung beeinflussen, wie z. B. Elektrodenabstand, Gas
zusammensetzung und Gasdynamik, in beiden Zylindern in der Regel
gleich sind und sich daher kompensieren.
Gemäß der weiteren bevorzugten Weiterbildung nach Anspruch 12
ist die vorbestimmte Amplitude, d. h. das Zündbezugssignal,
geringer als die zur Zündung im Arbeitstakt notwendige Ampli
tude.
Eine solche verringerte Amplitude läßt sich beispielsweise durch
Verringern der der Zündspule primärseitig zugeführten Energie,
konkret des Primärstroms, oder durch Verringern der Steilheit
der Abschaltflanke des Primärstroms erreichen.
In diesem Fall ist vorzugsweise die vorbestimmte Amplitude, also
das Zündbezugssignal höher als die zur Zündung im Ausstoßtakt
notwendige Amplitude.
Bei einer derartigen Weiterbildung ist die Zünderfassungsein
richtung vorzugsweise derart gestaltet, daß sie erfaßt, ob der
bestimmte Zylinder gezündet worden ist, also eine JA/NEIN-Be
stimmung durchführt.
Gemäß der weiteren bevorzugten Weiterbildung nach Anspruch 18
ist die Zündeinrichtung zum Erzeugen von bipolaren Hochspan
nungsimpulsen ausgelegt. Neben den vorstehend aufgeführten Wei
terbildungen, die vorzugsweise bei einer unipolaren Zündein
richtung realisiert werden, gibt es bei solch einer bipolaren
Zündeinrichtung weitere vorteilhafte Möglichkeiten zur Zylinder
erkennung.
Gemäß der weiteren bevorzugten Weiterbildung nach Anspruch 19
ist die Steuereinrichtung derart gestaltet, daß sie ein Steuer
signal zum Erzeugen eines bipolaren Hochspannungsimpulses mit
einer unterschiedlichen ersten und zweiten vorbestimmten Am
plitude in Abhängigkeit von der jeweiligen Halbwelle ausgibt.
Mit anderen Worten sind bei dieser Weiterbildung die positive
und die negative Halbwelle der Zündspannung unterschiedlich
dimensioniert.
Vorzugsweise ist in diesem Fall die zweite vorbestimmte Amplitu
de die zur Zündung im Arbeitstakt notwendige Amplitude, und die
erste vorbestimmte Amplitude geringer als die zweite vorbestimm
te Amplitude und höher als die zur Zündung im Ausstoßtakt not
wendige Amplitude. Ebenfalls in diesem Fall möglich ist, daß die
Steuereinrichtung derart gestaltet ist, daß sie die erste vor
bestimmte Amplitude bei aufeinanderfolgenden Perioden der
Zündwechselspannung eines Funkens erhöht, bis die vorbestimmte
Amplitude höher als die zur Zündung im Ausstoßtakt notwendige
Amplitude ist.
Gemäß der weiteren bevorzugten Weiterbildung nach Anspruch 23
ist die Zünderfassungseinrichtung derart gestaltet, daß sie
erfaßt, ob der bestimmte Zylinder in der ersten und/oder zwei
ten Halbwelle gezündet worden ist. Wird der bestimmte Zylinder
bereits in der ersten Halbwelle gezündet, so ist er im Ausstoß
takt, ansonsten ist er im Arbeitstakt.
Gemäß der weiteren bevorzugten Weiterbildung nach Anspruch 23
ist die Zünderfassungseinrichtung an der primärseitigen Wicklung
der jeweiligen Zündspule vorgesehen. Vorteilhaft an dieser Aus
gestaltung ist, daß es leicht möglich ist, den Zeitpunkt des
Auftretens eines Zündfunkens auf der Primärseite zu erfassen und
daraus die gewünschte Information über die Druckverhältnisse im
bestimmten Zylinder bzw. dessen momentanen Takt zu gewinnen.
Gemäß der weiteren bevorzugten Weiterbildung nach Anspruch 24
ist eine Anlaßsignal-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines
Anlaßsignals beim Starten der Brennkraftmaschine und Ausgeben
des Anlaßsignals an die Steuereinrichtung zum Festlegen der
Zylindererkennungsphase vorgesehen. Dies ist von Vorteil, da,
wie bereits erwähnt, die Zylindererkennung nur am Anfang des
Betriebs des Motors notwendig ist. Beispielsweise kann das Anlaß
signal mit der Startposition des Zündschlüssels ausgegeben wer
den.
Im folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter
Ausführungsformen mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
näher erläutert werden.
In den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer bevorzugten Aus
führungsform der erfindungsgemäßen Zylindererkennungs
vorrichtung,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Zündspannungsver
laufs der Zündwechselspannung bei der Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Zylindererkennungsvorrichtung
gemäß Fig. 1 während einer vollen Periode der Zünd
wechselspannung, in den Zylindern 1 und 4, wobei Zy
linder 4 zündet, und
Fig. 3 eine ähnliche Darstellung des Zündspannungsverlaufs
wie in Fig. 2, allerdings wird sowohl im Zylinder 1
und 4 ein Zündfunke erzeugt, jedoch zu unterschiedli
chen Zeitpunkten, was ausgewertet wird.
In den Figuren bezeichnen identische Bezugszeichen gleiche oder
funktionsgleiche Bestandteile.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung einer ersten bevor
zugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylindererkennungs
vorrichtung.
In Fig. 1 bezeichnen Bezugszeichen 1, 2, 3 und 4 einen ersten,
zweiten, dritten und vierten Zylinder eines Vierzylinder-Vier
takt-Motors, welche einen jeweiligen Kolben 10, 20, 30, und 40
enthalten, der über eine entsprechende Pleuelstange 11, 21, 31
und 41 mit einer Kurbelwelle 15 verbunden ist. Die Kurbelwelle
15 ist durch zugehörige Lager 15a-15e im nicht dargestellten
Motorblock gelagert.
Im Zylinderkopf eines jeden Zylinders 1, 2, 3 und 4 ist eine
jeweilige Zündkerze 51, 52, 53 und 54 vorgesehen, welcher die
notwendige Zündspannung von einer entsprechenden Zündspule 61,
62, 63 und 64 zugeführt wird.
Mit der Primärseite einer jeweiligen Zündspule 61, 62, 63 und 64
verbunden ist eine zugehörige Zündendstufe 71, 72, 73 und 74,
welche zum Zuführen und Abschalten des Primärwechselstromes der
Zündspulen 61, 62, 63 und 64 ansteuerbar ist.
Dazu sind die Zündendstufen 71, 72, 73 und 74 über jeweilige
Steuerleitungen 81, 82, 83 und 84, die die Zündspannung und/oder
Zündstrom festlegen, mit einer nicht dargestellten Primärstrom
quelle, die sich zweckmäßigerweise in einem Steuergerät 100
befindet, verbunden. Die Primärstromquelle wird mit einer Ver
sorgungsspannung von typischerweise 12 V entsprechend der Batte
riespannung betrieben.
Weiterhin liefert das Steuergerät 100 über Steuerleitungen 91,
92, 93 und 94 Steuersignale an die jeweiligen Zündendstufen 71,
72, 73 und 74, um die Dauer und damit den Beginn und das Ende
des die jeweilige Zündspule zugeführten Primärstromes zu steu
ern. In diesem Zusammenhang wird ausdrücklich zum Zwecke der
Offenbarung auf die vorveröffentlichte EP 0 596 471 A1 der An
melderin verwiesen, in welcher bereits detailliert das Ansteuern
der Zündspulen mit die Zündenergie und die Zünddauer bestimmen
den Signalen offenbart ist.
Die dem ersten Zylinder 1 entsprechende erste Zündendstufe 71
und die dem vierten Zylinder 4 entsprechende Zündendstufe 74
weisen jeweils eine primärseitige Zünderfassungseinrichtung in
Form einer nicht dargestellten Einrichtung auf, die zum Erfas
sen, ob und/oder bei welcher Zündspannung der betreffende
erste bzw. vierte Zylinder 1, 4 durch einen erzeugten Hochspan
nungsimpuls gezündet worden ist und Ausgeben eines entsprechen
den Zünderfassungssignals dient. Die Einrichtung kann z. B. eine
primärseitige Zeitmeßeinrichtung oder eine di/dt-Meßeinrichtung
sein. Die entsprechenden Zünderfassungssignale werden dem Steu
ergerät 100 über Signalleitungen 171 bzw. 174 zugeführt.
An der Kurbelwelle 15 ist weiterhin ein Kurbelwellensensor 25
angebracht, mit dem die Kurbelstellung und der gemeinsame obere
Totpunkt des ersten und vierten Zylinders 1, 4 erfaßt werden
können. Ein entsprechendes Kurbelsignal wird dem Steuergerät 100
über eine Signalleitung 125 zugeführt.
Schließlich bezeichnet 150 eine Mehrzahl weiterer Signalleitun
gen, welche dem Steuergerät 100 entsprechende Signale zuführen,
die den Betriebszustand des Motors, z. B. Temperatur, Drehzahl,
Stellung des Zündschlüssels usw., charakterisieren.
Im folgenden wird der Betrieb der so aufgebauten Zylindererken
nungsvorrichtung näher erläutert.
Eine sogenannte Zylindererkennungsphase wird durch die Start
stellung des Zündschlüssels definiert dem Steuergerät 100 über
eine der Signalleitungen 150 mitgeteilt. Beim Empfang eines
Kurbelsignals entsprechend der gemeinsamen Kurbelstellung OT des
ersten und vierten Zylinders 1, 4 über die Signalleitung 125
während dieser Zylindererkennungsphase, erzeugt das Steuergerät
100 ein Steuersignal zum Erzeugen eines Hochspannungswechsel
stromimpulses mit einer Amplitude von z. B. etwa 9 kV für die
erste und vierte Zündendstufe 71, 74.
Die Amplitude von 9 kV des Hochspannungsimpuls ist derart ge
wählt, daß sie geringer als die zur Zündung notwendige Amplitu
de, wenn sich der erste bzw. vierte Zylinder 1, 4 im Arbeitstakt
befindet, aber höher als die zur Zündung notwendige Amplitude,
wenn sich der erste bzw. vierte Zylinder 1, 4 im Ausstoßtakt
befindet, ist.
Dementsprechend wird in demjenigen der beiden Zylinder 1, 4,
welcher sich im Arbeitstakt befindet (hier der Zylinder 1), kein
Zündfunke erzeugt, und in demjenigen, der sich im Ausstoßtakt
befindet (hier der Zylinder 4), ein Zündfunke Z erzeugt.
Die primärseitig vorgesehene Zünderfassungseinrichtungen in der
ersten und vierten Zündendstufe 71, 74 erfassen, ob der zugehö
rige Zylinder 1, 4 durch den Hochspannungsimpuls gezündet worden
ist und liefern ein entsprechendes Zünderfassungssignal über die
jeweilige Steuerleitung 171, 174 an das Steuergerät 100.
Anhand der Wellenform des so empfangenen Zünderfassungssignals
ermittelt das Steuergerät mit Hilfe eines internen Rechners,
welcher der beiden Zylinder 1, 4 in seinem Arbeitstakt ist (im
gezeigten Fall der Zylinder 1) und trifft eine entsprechende
Zuordnung als "Zylinder-Eins" für die weitere Zündzeitpunkt
festlegung.
Fig. 2 zeigt eine Darstellung des Zündspannungsverlaufs gemäß
der erläuterten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zylinder
erkennungsvorrichtung von Fig. 1.
In Fig. 2 ist auf der Abszisse die Zeit dargestellt, während auf
der Ordinate die Sekundärspannung an der Zündkerze 51, 54 des
ersten und vierten Zylinders 1, 4 dargestellt ist. Es sei be
merkt, daß Abszisse geteilt ist und jeweils für den ersten
Zylinder 1 und den vierten Zylinder 4 den gleichen zeitlichen
Vorgang darstellt.
Der links in Fig. 2 dargestellte Sekundärspannungsverlauf des
ersten Zylinders 1 beginnt mit einem negativen Bereich von ca.
-3 kV, welcher vom Einschalten der Zündendstufe 71 herrührt und
hier nicht weiter interessiert.
Beim Erfassen der gemeinsamen Kurbelstellung OT des ersten und
vierten Zylinders 1, 4 wird der Primärstrom der Zündendstufe 71
mit steiler Flanke abgeschaltet, und dementsprechend wird ein
Hochspannungsimpuls mit einer erreichbaren Amplitude u von ca.
9 kV, welche durch
u = L di/dt (1)
gegeben ist, erzeugt. Dabei bezeichnet L die Gegeninduktivität
der Zündspule 61 und di/dt die zeitliche Ableitung des Stromver
laufs zur Zeit des Abschalten des Primärstroms in der betreffen
den Zündendstufe. Unter OT ist hier der obere Totpunkt eines
Zylinders zu verstehen.
Aus der Beziehung (1) ist ersichtlich, daß die Größe der er
reichbaren Amplitude u des Hochspannungsimpulses einerseits
durch Verkleinern der Steilheit der Abschaltflanke und an
dererseits durch Verkleinern des Abschaltstroms beeinflußbar
ist.
Da im vorliegenden Fall die erreichbare Amplitude u des Hoch
spannungsimpulses nicht zum Zünden des im Arbeitstakt befindli
chen ersten Zylinders 1 ausreicht, zeigt der Se
kundärspannungsverlauf ein kurzes Plateau bei 9 kV und fällt
anschließend wieder ab.
Anders ist der rechts in Fig. 2 dargestellte Sekundärspannungs
verlauf des vierten Zylinders 4. Auch hier beginnt der Hoch
spannungsimpuls mit dem nicht interessierenden negativen Ab
schnitt, zeigt anschließend bei OT jedoch nur einen Anstieg bis
zu ca. 5 kV, wo sich vorzeitig ein Funke im Zylinder 4 bildet,
da dieser sich im Ausstoßtakt befindet. Die mit dem Funken ver
bundene Ionisierung bewirkt einen Abfall der Spannung auf ein
sogenanntes Brennplateau bei ca. 1 kV, das solange andauert, bis
die Endstufe abschaltet. Danach fällt die Sekundärspannung an
der Zündkerze 64 wieder ab.
Es sollte bemerkt werden, daß es möglich ist, anstelle der
gleichzeitigen Erfassung des Spannungsverlaufs im ersten und im
vierten Zylinder 1, 4 eine Erfassung des Spannungsverlaufs in
beiden oder in nur einem dieser Zylinder bei zwei aufeinander
folgenden Umdrehungen der Kurbelwelle durchzuführen, da die
gezeigten Spannungsverläufe in jedem der Zylinder bei dieser
Form der primärseitigen Ansteuerung alternierend auftreten.
Im folgenden wird im Zusammenhang mit Fig. 3 eine weitere Aus
führungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Auch bei dieser Ausführungsform sind die Zündkerzen 51, 52, 53
und 54, die Zündspulen 61, 62, 63 und 64, die Zündendstufen 71,
72, 73 und 74 und das Steuergerät 100 zur Erzeugung von bipo
laren Hochspannungsimpulsen ausgelegt. Dabei besteht ein Hoch
spannungsimpuls z. B. aus einer negativen ersten Halbwelle und
einer positiven zweiten Halbwelle, welche im Normalbetrieb beide
zur Erzeugung eines Zündfunkens, dienen.
Der Betrieb der so aufgebauten Zylindererkennungsvorrichtung
verläuft folgendermaßen.
Während der Zylindererkennungsphase, die sich analog zur obigen
ersten Ausführungsform festlegen läßt, werden die Amplituden der
positiven und negativen Halbwelle unterschiedlich groß gemacht.
Dabei wird die erste negative Halbwelle derart dimensioniert,
daß sie in dem komprimierten, im Arbeitstakt befindlichen ersten
Zylinder 1 nicht zur Ausbildung eines Zündfunkens führt. Die
zweite positive Halbwelle hingegen erhält die Amplitude wie beim
normalen Zündvorgang. Somit wird erst die zweite positive Halb
welle den Zündfunken im ersten Zylinder 1 erzeugen.
Entsprechend wird der vierte Zylinder 4 beim Anlegen eines der
artigen bipolaren Hochspannungsimpulses bereits bei der ersten
negativen Halbwelle gezündet.
Die Zylindererkennung durch die Zylindererkennungseinrichtungen
in der ersten und vierten Zündendstufe 71, 74 erfolgt dadurch,
daß die jeweilige Zylindererkennungseinrichtung erfaßt, ob der
betreffende Zylinder in der ersten und/oder zweiten Halbwelle
gezündet worden ist.
Claims (25)
1. Vorrichtung zur Zylindererkennung in einer Brennkraftma
schine mit:
einer Kurbelwellen-Sensoreinrichtung zum Erfassen eines Kur belwinkels und einer vorbestimmten Kurbelwellenstellung und Ausgeben entsprechender Kurbelsignale;
einer Zündeinrichtung zum Zünden der jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine durch Erzeugen von entsprechenden Hochspan nungsimpulsen ansprechend auf entsprechende Steuersignale;
einer Steuereinrichtung zum Empfangen der Kurbelsignale und Ausgeben der Steuersignale an die Zündeinrichtung in Abhängig keit von zumindest den Kurbelsignalen;
wobei die Steuereinrichtung derart gestaltet ist, daß sie in einer Zylindererkennungsphase beim Empfang eines Kurbelsignals entsprechend einer vorbestimmten Kurbelstellung ein Steuer signal zum Erzeugen eines Hochspannungsimpulses mit einer vor bestimmten erreichbaren Amplitude in mindestens einem bestimm ten Zylinder ausgibt;
einer Zünderfassungseinrichtung zum Erfassen, ob und/oder bei welcher Zündspannung der bestimmte Zylinder durch den Hochspannungsimpuls gezündet worden ist und Ausgeben eines entsprechenden Zünderfassungssignals; und
einer Zylindererkennungseinrichtung zum Ermitteln, ob der be stimmte Zylinder in der vorbestimmten Kurbelstellung in seinem Arbeitstakt ist, basierend auf zumindest dem Zünderfassungs signal.
einer Kurbelwellen-Sensoreinrichtung zum Erfassen eines Kur belwinkels und einer vorbestimmten Kurbelwellenstellung und Ausgeben entsprechender Kurbelsignale;
einer Zündeinrichtung zum Zünden der jeweiligen Zylinder der Brennkraftmaschine durch Erzeugen von entsprechenden Hochspan nungsimpulsen ansprechend auf entsprechende Steuersignale;
einer Steuereinrichtung zum Empfangen der Kurbelsignale und Ausgeben der Steuersignale an die Zündeinrichtung in Abhängig keit von zumindest den Kurbelsignalen;
wobei die Steuereinrichtung derart gestaltet ist, daß sie in einer Zylindererkennungsphase beim Empfang eines Kurbelsignals entsprechend einer vorbestimmten Kurbelstellung ein Steuer signal zum Erzeugen eines Hochspannungsimpulses mit einer vor bestimmten erreichbaren Amplitude in mindestens einem bestimm ten Zylinder ausgibt;
einer Zünderfassungseinrichtung zum Erfassen, ob und/oder bei welcher Zündspannung der bestimmte Zylinder durch den Hochspannungsimpuls gezündet worden ist und Ausgeben eines entsprechenden Zünderfassungssignals; und
einer Zylindererkennungseinrichtung zum Ermitteln, ob der be stimmte Zylinder in der vorbestimmten Kurbelstellung in seinem Arbeitstakt ist, basierend auf zumindest dem Zünderfassungs signal.
2. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zünderfas
sungseinrichtung an der primärseitigen Wicklung der jeweiligen
Zündspule vorgesehen ist.
3. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Kurbelstellung
mindestens annähernd der obere Totpunkt des bestimmten Zylin
ders ist.
4. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach einem der Ansprüche
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Amplitu
de kleiner als die zur Zündung im Arbeitstakt notwendige Am
plitude ist.
5. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach Anspruch 4, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zünderfassungseinrichtung derart ge
staltet ist, daß sie die Zündspannung des bestimmten Zylinders
erfaßt.
6. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zylindererkennungseinrichtung eine
Speichereinrichtung zum Speichern mindestens eines Zündbezugs
signals und eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des
Zünderfassungssignals mit dem Zündbezugssignal aufweist.
7. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß in der Speichereinrichtung eine Vielzahl
von Zündbezugssignalen entsprechend verschiedener Betriebs
zustände der Brennkraftmaschine gespeichert sind und die Ver
gleichseinrichtung derart gestaltet ist, daß sie ein dem aktu
ellen Betriebszustand der Brennkraftmaschine entsprechendes
Zündbezugssignal zum Vergleich heranzieht.
8. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach einem der Ansprüche
1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zünderfassungsein
richtung derart gestaltet ist, daß sie die Zündspannung des
bestimmten Zylinders bei zwei aufeinanderfolgenden Perioden
erfaßt.
9. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zylindererkennungseinrichtung eine
Speichereinrichtung zum Speichern des ersten Zünderfassungs
signals und eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen des
ersten Zünderfassungssignals mit dem zweiten Zünderfassungs
signal aufweist.
10. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach einem der Ansprüche
1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zünderfassungsein
richtung derart gestaltet ist, daß sie die Zündspannung minde
stens zweier einander entsprechender bestimmter Zylinder bei
derselben Umdrehung der Kurbelwelle erfaßt.
11. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach Anspruch 10, da
durch gekennzeichnet, daß die Zylindererkennungseinrichtung
eine Vergleichseinrichtung zum Vergleichen der Zünderfassungs
signale entsprechend der zwei bestimmten Zylinder aufweist.
12. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach einem der Ansprüche
1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Amplitu
de geringer als die zur Zündung im Arbeitstakt notwendige Am
plitude ist.
13. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach Anspruch 12, da
durch gekennzeichnet, daß die vorbestimmte Amplitude höher als
die zur Zündung im Ausstoßtakt notwendige Amplitude ist.
14. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach Anspruch 12, da
durch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung derart gestal
tet ist, daß sie die vorbestimmte Amplitude bei aufeinander
folgenden Perioden der Kurbelwelle erhöht, bis die vor
bestimmte Amplitude höher als die zur Zündung im Ausstoßtakt
notwendige Amplitude ist.
15. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach Anspruch 13 oder
14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zünderfassungseinrichtung
derart gestaltet ist, daß sie erfaßt, ob der bestimmte Zylin
der gezündet worden ist.
16. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach Anspruch 13 oder
14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zünderfassungseinrichtung
derart gestaltet ist, daß bei zwei aufeinanderfolgenden Peri
oden der Kurbelwelle erfaßt, ob der bestimmte Zylinder gezün
det worden ist.
17. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach Anspruch 13 oder
14, dadurch gekennzeichnet, daß die Zünderfassungseinrichtung
derart gestaltet ist, daß sie erfaßt, ob einer von mindestens
zwei einander entsprechenden bestimmten Zylindern gezündet
worden ist.
18. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündein
richtung zum Erzeugen von bipolaren Hochspannungsimpulsen aus
gelegt ist.
19. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach Anspruch 18, da
durch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung derart gestal
tet ist, daß sie ein Steuersignal zum Erzeugen eines bipolaren
Hochspannungsimpulses mit einer unterschiedlichen ersten und
zweiten vorbestimmten Amplitude in Abhängigkeit von der jewei
ligen Halbwelle ausgibt.
20. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach Anspruch 19, da
durch gekennzeichnet, daß die zweite vorbestimmte Amplitude
die zur Zündung im Arbeitstakt notwendige Amplitude ist und
die erste vorbestimmte Amplitude geringer als die zweite vor
bestimmte Amplitude ist.
21. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach Anspruch 20, da
durch gekennzeichnet, daß die erste vorbestimmte Amplitude
höher als die zur Zündung im Ausstoßtakt notwendige Amplitude
ist.
22. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach Anspruch 20, da
durch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung derart gestal
tet ist, daß sie die erste vorbestimmte Amplitude bei aufein
anderfolgenden Umdrehungen der Kurbelwelle erhöht, bis die
vorbestimmte Amplitude höher als die zur Zündung im Ausstoß
takt notwendige Amplitude ist.
23. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach Anspruch 21 oder
22, dadurch gekennzeichnet, daß die Zünderfassungseinrichtung
derart gestaltet ist, daß sie erfaßt, ob der bestimmte Zylin
der in der ersten und/oder zweiten Halbwelle gezündet worden
ist.
24. Vorrichtung zur Zylindererkennung nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anlaß
signal-Erzeugungseinrichtung zum Erzeugen eines Anlaßsignals
beim Starten der Brennkraftmaschine und Ausgeben des Anlaß
signals an die Steuereinrichtung zum Festlegen der Zylinder
erkennungsphase vorgesehen ist.
25. Verfahren zur Zylindererkennung in einer Brennkraftmaschi
ne mit den Schritten:
Erfassen eines Kurbelwinkels und einer vorbestimmten Kurbel wellenstellung und Ausgeben entsprechender Kurbelsignale;
Erzeugen eines Hochspannungsimpulses mit einer vorbestimmten erreichbaren Amplitude in mindestens einen bestimmten Zylinder beim Erfassen einer vorbestimmten Kurbelstellung während einer Zylindererkennungsphase;
Erfassen, ob und/oder bei welcher Zündspannung der bestimmte Zylinder durch den Hochspannungsimpuls gezündet worden ist und Ausgeben eines entsprechenden Zünderfassungssignals; und
Ermitteln, ob der bestimmte Zylinder in der vorbestimmten Kur belstellung in seinem Arbeitstakt ist, basierend auf zumindest dem Zünderfassungssignal.
Erfassen eines Kurbelwinkels und einer vorbestimmten Kurbel wellenstellung und Ausgeben entsprechender Kurbelsignale;
Erzeugen eines Hochspannungsimpulses mit einer vorbestimmten erreichbaren Amplitude in mindestens einen bestimmten Zylinder beim Erfassen einer vorbestimmten Kurbelstellung während einer Zylindererkennungsphase;
Erfassen, ob und/oder bei welcher Zündspannung der bestimmte Zylinder durch den Hochspannungsimpuls gezündet worden ist und Ausgeben eines entsprechenden Zünderfassungssignals; und
Ermitteln, ob der bestimmte Zylinder in der vorbestimmten Kur belstellung in seinem Arbeitstakt ist, basierend auf zumindest dem Zünderfassungssignal.
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