EP0676008B1 - Verfahren zur zylindererkennung im leerlauf von brennkraftmaschinen - Google Patents

Verfahren zur zylindererkennung im leerlauf von brennkraftmaschinen Download PDF

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EP0676008B1
EP0676008B1 EP94900734A EP94900734A EP0676008B1 EP 0676008 B1 EP0676008 B1 EP 0676008B1 EP 94900734 A EP94900734 A EP 94900734A EP 94900734 A EP94900734 A EP 94900734A EP 0676008 B1 EP0676008 B1 EP 0676008B1
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cylinder
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internal combustion
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Robert Bosch GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P15/00—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits
    • F02P15/08—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits having multiple-spark ignition, i.e. ignition occurring simultaneously at different places in one engine cylinder or in two or more separate engine cylinders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P15/00—Electric spark ignition having characteristics not provided for in, or of interest apart from, groups F02P1/00 - F02P13/00 and combined with layout of ignition circuits
    • F02P15/008—Reserve ignition systems; Redundancy of some ignition devices

Definitions

  • the invention relates to a method for cylinder detection for internal combustion engines according to the preamble of the main claim.
  • Document WO-A-89 08 778 which specifies the closest prior art, discloses a method for cylinder detection in the quasi-stationary state, preferably idling, of an internal combustion engine for controlling cyclically repeating operating processes, in particular ignition and / or injection processes. It is also known from DE-A-34 31 232 to provide two master wheels for cylinder recognition, ie for recognizing the compression in a cylinder, for example cylinder 1 of the engine during a working cycle, of which the first master wheel with crankshaft speed and the second master wheel at half the crankshaft speed, i.e. at the speed of the camshaft.
  • a synchronization of the signals that are generated in the sensors assigned to the sensor wheels enables the clock to be recognized precisely, since the engine is located during the combustion cycle.
  • the failure of the sensor for detecting the camshaft revolution means that an exact position of the piston of a cylinder during a combustion cycle can no longer be recognized due to the missing phase signal.
  • the method according to the invention with the characterizing features of the independent claims has the advantage that a cylinder detection is possible even without a phase signal. Another advantage is that cylinder-specific controls, such as cylinder-selective injection or cylinder-selective knock control, can also be continued in the event of a phase sensor error. Ultimately, it is advantageous that safety measures for emergency operation, such as later ignition angle and mixture enrichment, can be omitted or can be ended again after a short time.
  • FIG. 1 shows the relationship between the camshaft and crankshaft signals on the basis of signal profiles
  • FIG. 2 shows a structogram for carrying out the method according to claim 1
  • FIG. 3 shows a structogram for carrying out the method according to claim 3.
  • the signal curves from the camshaft sensor NW and from the crankshaft sensor KW in a multi-cylinder internal combustion engine, as detected by a control unit and normal operating conditions, are shown as the first and second signal curves.
  • 1 shows the ignition control signal 1 output by the control unit on a first cylinder Z1. All three waveforms NW, KW and the ignition control signal 1 are shown over the crankshaft angle, the range from 0 ° to 720 ° (i.e. two crankshaft revolutions (to be explained in more detail) in particular.
  • the crankshaft of a four-stroke internal combustion engine is known to rotate during one Combustion cycle twice around its own axis, thus the piston moves twice towards top dead center, once in the compression stroke and the other in the exhaust stroke
  • the crankshaft is usually connected to a sensor wheel which, for example, consists of 60-2 teeth in order to detect a complete crankshaft revolution.
  • the camshaft of an internal combustion engine rotates at half the crankshaft speed, so that two crank shaft revolutions a camshaft revolution is completed. This normally gives a good opportunity to carry out a synchronization between the camshaft signal NW and the crankshaft signal KW, in order to then trigger the ignition pulse in the correct cycle of the combustion cycle.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of the inventive method of cylinder detection in idle mode.
  • the signals supplied by the sensors assigned to the sensor wheels such as the camshaft signal NW and the crankshaft signal KW, are detected.
  • a subsequent query 6 checks whether the phase signal of the camshaft NW was in order. If this is the case, ie for the output of the ignition both the crankshaft signal KW and the camshaft signal NW are present, then in step 7 after the occurrence of the camshaft signal and the crankshaft signal, the ignition is output for each cylinder in the corresponding cycle of the combustion cycle. If query 6 was answered with no, ie the camshaft signal was missing or was faulty, 8 safety measures for emergency operation are started in one work step.
  • safety measures M1, M2 and M3 include, for example, the output of safety ignition angles for knock control, the mixture enrichment and the output of dual ignition, ie an ignition pulse is triggered before each top dead center is reached.
  • a work step 9 it is ensured, by detecting the corresponding operating parameters of the internal combustion engine, that the internal combustion engine is operating in a quasi-stationary state.
  • fixed values for the air pilot control and for the ignition angle are output for the steady state of the idle operation of the internal combustion engine in such a way that the idle speed increases slightly. This is necessary in order to avoid the engine stopping when a load is switched on, eg air conditioning.
  • the ignition angle is output so that a change in the ignition angle will have an immediate effect on a change in speed.
  • the ignition angle of one of the two ignitions per combustion cycle is changed by changing it in the early or late direction.
  • An uneven running evaluation is then carried out in a query 12 and checks whether a speed change occured.
  • a yes in the query 12 ie a change in engine speed n as a result of a change in the ignition angle in the direction of early or late, leads to a work step 13.
  • the ignition can thus be assigned to the cylinder 1 and the safety measures initiated for an emergency operation mode M1, M2 and M3 are deleted in a work step 14.
  • Step 16 the safety measures for emergency operation are deleted. Steps 14 and 16 result in a step 17, in which it is checked again whether the phase signal was OK. When transitioning from idling LL to part-load range, the corresponding gap is used as cylinder assignment, otherwise no additional measures are taken.
  • FIG. 3 is intended to explain a second exemplary embodiment for cylinder assignment for idling operation of an internal combustion engine in the event of a missing or faulty phase signal.
  • the beginning of this process is identical to the process described in FIG. 2, so that work steps 5 to 11 will not be explained again in more detail.
  • step 18 After changing the ignition angle of every second ignition per crankshaft revolution in step 11, it is checked in a step 18 whether the change in ignition angle has counteracted the air pilot value for the idle speed. If this is not the case, that is to say a no to query 18, the changed ignition is assigned to the charge cycle in a subsequent work step 19. In step 20, the ignition signal for the subsequent ignition is thus shifted by 360 ° to the previously changed ignition.
  • step 21 After the ignition has been assigned to the corresponding cycle of the combustion cycle, the safety measures for emergency operation can be deleted in step 21.
  • step 23 the security measures M1, M2 and M3 can be deleted. Steps 21 and 23 of this method are connected to a step 24.
  • the ignition or injection is now controlled by the control unit with the determined cylinder assignment until the next control unit reset.
  • the process then begins again by jumping to the start of the process in step 24.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Zylindererkennung bei fehlendem oder fehlerhaftem Phasensignal im Leerlauf von Brennkraftmaschinen vorgeschlagen. Dazu wird mit jeder Kurbelwelle in jedem Zylinder ein Zündfunke erzeugt und der vorgegebene Zündwinkel der Leerlaufsteuerung für mindestens eine Zündung eines Zylinders in jeder zweiten Kurbelwellenumdrehung verändert. Anschließend wird die Reaktion auf die Veränderung des Zündwinkels in Richtung früh oder spät durch Laufunruheerfassung oder Überwachung des Luftvorsteuerwertes ausgewertet und eine entsprechende Zylinderzuordnung vorgenommen.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Zylindererkennung für Brennkraftmaschinen nach der Gattung des Hauptanspruchs. Die Druckschrift WO-A-89 08 778, die den nächstliegenden Stand der Technik angibt, offenbart ein Verfahren zur Zylindererkennung im quasistationären Zustand, vorzugsweise Leerlauf, einer Brennkraftmaschine zur Steuerung sich zyklisch wiederholender Betriebsvorgänge insbesondere Zünd- und/oder Einspritzvorgänge. Es ist auch bereits aus der DE-A-34 31 232 bekannt, zur Zylindererkennung, d.h. zur Erkennung der Kompression in einem Zylinder z.B. Zylinder 1 des Motors während eines Arbeitszyklusses, zwei Geberräder vorzusehen, wovon sich das erste Geberrad mit Kurbelwellengeschwindigkeit und das zweite Geberrad mit halber Kurbelwellengeschwindigkeit, also mit der Geschwindigkeit der Nockenwelle, dreht. Eine Synchronisation der Signale, die in den den Geberrädern zugeordneten Sensoren, erzeugt werden, ermöglicht das genaue Erkennen des Taktes, indem sich der Motor während des Verbrennungszyklusses befindet. Bei diesem Verfahren führt der Ausfall des Sensors zur Erfassung der Nockenwellenumdrehung dazu, daß eine genaue Lage des Kolbens eines Zylinders während eines Verbrennungszyklusses aufgrund des fehlenden Phasensignals nicht mehr erkannt werden kann.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche hat demgegenüber den Vorteil, daß auch ohne Phasensignal eine Zylindererkennung möglich ist. Als weitere Vorteil ist anzusehen, daß insbesondere zylinderindividuelle Regelungen, wie eine zylinderselektive Einspritzung oder eine zylinderselektive Klopfregelung auch bei Phasensensorfehler fortgeführt werden können. Letztendlich ist es vorteilhaft, daß Sicherheitsmaßnahmen für einen Notlaufbetrieb wie später Zündwinkel und Gemischanfettung unterbleiben können, bzw nach kurzer Zeit wieder beendet werden können.
  • Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den nebengeordneten Ansprüchen Verfahren möglich. Besonders vorteilhaft ist es, bis zur Zuordnung der Bezugsmarke und damit der Zylindererkennung Sicherheitsmaßnahmen zu aktivieren, die nach der Zylindererkennung wieder inaktiv geschaltet werden. So ist es vorteilhaft, in jeder Kurbelwellenumdrehung ein Zündsignal auszugeben, wovon eines dann im Verdichtungstakt stattfindet und damit eine Verbrennung auslösen kann.
    • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 den Zusammenhang zwischen Nockenwellen- und Kurbelwellensignal anhand von Signalverläufen, Figur 2 ein Struktogramm zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und Figur 3 ein Struktogramm zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 3.
    • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • In Figur 1 sind als erster und zweiter Signalverlauf die Signalverläufe vom Nockenwellengeber NW und vom Kurbelwellengeber KW bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, wie sie von einem Steuergerät und normalen Betriebsbedingungen erfaßt werden, dargestellt. Als dritter Signalverlauf ist in der Figur 1 das an einem ersten Zylinder Z1 vom Steuergerät ausgegebene Zündsteuersignal 1 dargestellt. Alle drei Signalverläufe NW, KW und das Zündsteuersignal 1 sind über den Kurbelwellenwinkel dargestellt, wobei insbesondere der Bereich von 0° bis 720° (also zwei Kurbelwellenumdrehungen (näher erläutert werden soll). Bekanntermaßen dreht sich die Kurbelwelle einer Vier-Takt-Brennkraftmaschnine während eines Verbrennungszyklusses zweimal um ihre eigene Achse. Dabei bewegt sich demzufolge der Kolben zweimal in Richtung oberer Totpunkt und zwar einmal im Verdichtungshub und zum anderen im Ausstoßtakt. Nun ist es für eine ordnungsgemäße Verbrennung wesentlich, daß die Zündung an der Zündkerze im Verdichtungstakt und nicht im Ausstoßtakt erfolgt, da sonst eine Gefahr für das Saugrohr besteht. Die Kurbelwelle ist üblicherweise mit einem Geberrad verbunden, das beispielsweise aus 60 - 2 Zähnen besteht, um eine vollständige Kurbelwellenumdrehung zu erkennen. Die Nockenwelle einer Brennkraftmaschine dreht sich mit halber Kurbelwellengeschwindigkeit, so daß auf zwei Kurbelwellenumdrehungen eine Nockenwellenumdrehung abgeschlossen wird. Hieraus gibt sich im Normalfall eine gute Möglichkeit, eine Synchronisation zwischen Nockenwellensignal NW und Kurbelwellensignal KW durchzuführen, um anschließend den Zündimpuls im richtigen Takt des Verbrennungszyklusses auszulösen. Beim Erkennen des gleichzeitigen Vorliegens der Lücke auf dem Nockenwellen-Geberrad und dem Kurbelwellen-Geberrad kann die Lage der Brennkraftmaschine erkannt werden und eine entsprechende Zuordnung des darauffolgenden Zündimpulses an den entsprechenden Zylinder, der sich im Verdichtungstakt befindet, erfolgen.
  • Figur 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens der Zylindererkennung im Leerlaufbetrieb. In einem Arbeitsschritt 5 werden die von den den Geberrädern zugeordneten Sensoren gelieferten Signale, wie das Nockenwellensignal NW und das Kurbelwellensignal KW erfaßt. In einer anschließenden Abfrage 6 wird kontrolliert, ob das Phasensignal der Nockenwelle NW in Ordnung war. Ist dies der Fall, d.h. für die Ausgabe der Zündung liegen sowohl das Kurbelwellensignal KW als auch das Nockenwellensignal NW vor, so erfolgt im Arbeitsschritt 7 nach dem Auftreten von Nockenwellensignal und Kurbelwellensignal für jeden Zylinder die Ausgabe der Zündung im entsprechenden Takt des Verbrennungszyklus. Wurde die Abfrage 6 mit nein beantwortet, d.h. das Nockenwellensignal fehlte oder war fehlerhaft, so werden in einem Arbeitsschritt 8 Sicherheitsmaßnahmen für einen Notlaufbetrieb gestartet. Diese Sicherheitsmaßnahmen M1, M2 und M3 umfassen beispielsweise die Ausgabe von Sicherheitszündwinkeln für eine Klopfregelung, die Gemischanfettung und die Ausgabe von Doppelzündungen, d.h. es wird ein Zündimpuls vor jedem Erreichen des oberen Totpunktes ausgelöst. In einem Arbeitsschritt 9 wird sichergestellt, durch Erfassung der entsprechenden Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, daß die Brennkraftmaschine in einem quasi stationären Zustand arbeitet. Im anschließenden Arbeitsschritt 10 werden für den stationären Zustand des Leerlaufbetriebs der Brennkraftmaschine feste Werte für die Luftvorsteuerung sowie für den Zündwinkel in der Art ausgegeben, daß sich die Leerlaufdrehzahl leicht erhöht. Dies ist notwendig, um bei Zuschaltung einer Last z.B. Klimaanlage ein Ausgehen des Motors zu vermeiden. Der Zündwinkel wird so ausgegeben, daß eine Veränderung des Zündwinkels sich unmittelbar in einer Drehzahländerung auswirken wird. Im anschließenden Arbeitsschritt 11 wird der Zündwinkel einer der beiden Zündungen pro Verbrennungszyklus also einer Doppelzündung am Zylinder 1 verändert, indem er in Richtung früh oder spät geändert wird. Anschließend wird in einer Abfrage 12 eine Laufunruheauswertung durchgeführt und kontrolliert ob eine Drehzahländerung aufgetreten ist. Ein Ja in der Abfrage 12, d.h. es wurde eine Drehzahländerung n aufgrund einer Zündwinkelveränderung in Richtung früh bzw. spät ermittelt, führt zu einem Arbeitsschritt 13. Hier wird aufgrund der Drehzahländerung festgestellt, daß der Zündwinkel, der verändert wurde, im richtigen Takt des Verbrennungszyklusses bei einer ordnungsgemäßen Zündung stattgefunden hat. Somit kann eine Zuordnung der Zündung zum Zylinder 1 erfolgen und in einem Arbeitsschritt 14 werden die eingeleiteten Sicherheitsmaßnahmen für einen Notlaufbetrieb M1, M2 und M3 wieder gelöscht. Ein Nein in der Abfrage 12, d.h. es konnte keine Drehzahländerung ermittelt werden, führt im Arbeitsschritt 15 dazu, daß vom Steuergerät erkannt wird, daß die ausgegebene Zündung mit der Zündwinkeländerung im Ladungswechseltakt (Ausstoßtakt) erfolgte, so daß die Zündwinkeländerung ohne Folge für die Drehzahl bleiben mußte.
  • Nach der Synchronisation des Zylinders wird vom Steuergerät die darauffolgende Zündung um 360° Kurbelwellenwinkel versetzt im Verdichtungstakt ausgegeben. In einem anschließenden Arbeitsschritt 16 werden die Sicherheitsmaßnahmen für einen Notlaufbetrieb gelöscht. Arbeitsschritt 14 und 16 führen in einem Arbeitsschritt 17, in welchem erneut kontrolliert wird, ob das Phasensignal in Ordnung war. Beim Übergang vom Leerlauf LL in den Teillastbereich wird mit der entsprechenden Lücke als Zylinderzuordnung weitergerechnet, ansonsten werden keine Zusatzmaßnahmen durchgeführt.
  • In der Figur 3 soll ein zweites Ausführungsbeispiel zur Zylinderzuordnung für den Leerlaufbetrieb einer Brennkraftmaschine bei fehlendem oder fehlerhaftem Phasensignal erläutert werden. Der Anfang dieses Verfahrens ist identisch dem in Figur 2 beschriebenen Verfahren, so daß die Arbeitsschritte 5 bis 11 nicht nochmal näher erläutert werden sollen. Nach dem Verändern des Zündwinkels jeder zweiten Zündung pro Kurbelwellenumdrehung im Arbeitsschritt 11 wird in einem Arbeitsschritt 18 kontrolliert, ob die Zündwinkeländerung ein Gegensteuern des Luftvorsteuerwertes für die Leerlaufdrehzahl bewirkt hat. Ist dies nicht der Fall, also ein Nein auf die Abfrage 18, so wird in einem anschließenden Arbeitsschritt 19 die veränderte Zündung dem Ladungswechseltakt zugeordnet. Damit wird im Arbeitsschritt 20 für die darauffolgende Zündung das Zündsignal um 360° zur vorher veränderten Zündung versetzt. Nach der Zuordnung der Zündung zum entsprechenden Takt des Verbrennungszyklus können im Arbeitsschritt 21 die Sicherheitsmaßnahmen für einen Notlaufbetrieb gelöscht werden. Ein Ja auf die Abfrage 18, d.h. die Veränderung des Zündwinkels bewirkte eine Veränderung des Luftvorsteuerwertes, führte zum Arbeitsschritt 22, in welchem die Zündung mit dem veränderten Zündwinkel als Zündung im Verdichtungstakt erkannt wird. Die ausgegebene Zündung war somit in Ordnung. Im Arbeitsschritt 23 können die Sicherheitsmaßnahmen M1, M2 und M3 gelöscht werden. Die Arbeitsschritte 21 und 23 dieses Verfahrens sind mit einem Arbeitsschritt 24 verbunden.
  • Die Ansteuerung der Zündung oder der Einspritzung erfolgt nun seitens des Steuergerätes mit der ermittelten Zylinderzuordnung bis zum nächsten Steuergerätereset. Danach beginnt das Verfahren von neuem, indem im Arbeitsschritt 24 an den Beginn des Verfahrens gesprungen wird.

Claims (4)

  1. Verfahren zur Zylindererkennung im quasitationären Zustand, vorzugsweise Leerlauf einer Brennkraftmaschine zur Steuerung sich zyklisch wiederholender Betriebsvorgänge, insbesondere Zünd- und/oder Einspritzvorgänge, dadurch gekennzeichnet, daß die von einem der Kurbelwellenwinkel zugeordneter Sensor Signale zur Erfassung des Kurbelwellenwinkels und einer auf der Kurbelwelle angebrachten Bezugsmarke zur Verarbeitung erfaßt werden, wobei ein Zündwinkel für mindestens einen Zylinder für eine vorgebbare Anzahl von Zündzyklen in jeder zweiten Kurbelwellenumdrehung in Richtung früh oder spät verändert wird und anschließend die Drehzahländerung die Zündung mit dem veränderten Zündwinkel dem Verdichtungstakt des Zylinders zugeordnet wird und die auf der Kurbelwelle angebrachte Bezugsmarke einem Bezugszylinder zugeordnet wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer Veränderung des Zündwinkels und einem Beibehalten des quasistationären Zustands der Brennkraftmaschine, die Zündung mit dem veränderten Zündwinkel dem Ausstoßtakt des Zylinders zugeordnet wird.
  3. Verfahren zur Zylindererkennung im quasistationären Zustand vorzugsweise Leerlauf einer Brennkraftmaschinen zur Steuerung sich zyklisch wiederholender Betriebsvorgänge, dadurch gekennzeichnet, daß die von einem der Kurbelwelle zugeordneten Sensor Signale zur Erfassung des Kurbelwellenwinkels und einer auf der Kurbelwelle angebrachten Bezugsmarke zur Verarbeitung erfaßt werden, wobei ein Zündsignal ausgegeben wird und der Luftvorsteuerwert für den quasistationären Betrieb festlegt wird und wobei für eine vorgebbare Anzahl von Zündungen der Zündwinkel an mindestens einem Zylinder in Richtung früh oder spät verändert wird und anschließend der Luftvorsteuerwert überwacht wird und daß bei einer Änderung des Luftvorsteuerwertes die Zündung mit dem veränderten Zündwinkel dem Verdichtungstakt des Zylinders zugeordnet wird und die auf der Kurbelwelle angebrachte Bezugsmarke einem Bezugszylinder zugeordnet wird.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bis zur Zuordnung der Bezugsmarke zum Bezugszylinder Sicherheitsmaßnahmen, insbesondere eine Zündsignalsausgabe in jeder Kurbelwellenumdrehung, aktiviert werden.
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