CZ130698A3 - Způsob stanovení fázové polohy u čtyřdobého spalovacího motoru - Google Patents

Description

Vynález se týká způsobu stanovení fázové polohy u čtyřdobého spalovacího motoru s lichým počtem válců podle předvýznakové části hlavního patentového nároku.

52savadní_stav^techniky

U víceválcového spalovacího motoru s klikovým hřídelem a s nejméně jedním vačkovým hřídelem se řídicím ústrojím spalovacího motoru po synchronizaci v závislosti na identifikované poloze klikového, případně vačkového hřídele vypočítává, ve kterém okamžiku se má pro který válec vstřikovat palivo a kdy se má ve kterém válci vybavit zažehnutí. U obvyklých spalovacích motorů je běžné zjištovat úhlovou polohu klikového hřídele prostřednictvím čidla, které snímá s klikovým hřídelem spojený kotouč opatřený charakteristickou povrchovou plochou, například více shodnými úhlovými značkami a jednou vztažnou značkou a předává odpovídající signál na řídicí ústrojí.

Protože se klikový hřídel v průběhu jednoho pracovního cyklu čtyřdobého spalovacíhí motoru dvakrát otočí, zatímco vačkový hřídel se otočí jen jednou, nelze fázovou polohu malovacího motoru jednoznačně určit jen ze signálu čidla klikového hřídele a proto je obvyklé zjištovat také polohu vačkového hřídele prostřednictvím vlastního čidla, tak zvaného fázového čidla, přičemž toto fázové čidlo snímá s vačkovým hřídelem spojený kotouč s jen jednou jedinou značkou.

• · ·

Vznikající signál, který má jeden impuls pro jednu otáčku vačkového hřídele, je také vyhodnocován v řídicím ústrojí.

Z mezinárodní přihlášky WO 87/05971 je známé zařízení pro identifikaci válce, případně pro poznání pracovního taktu spalovacího motoru s lichým počtem válců, které pracuje bez čidla vačkového hřídele. K tomu účelu je v řídicím ústrojí spalovacího motoru signál poskytovaný Čidlem klikového hřídele, který dodává impuls pro jednu otáčku klikového hřídele, čímž vytváří dva impulsy pro jednu otáčku vačkového hřídele, uváděn do vztahu se druhým signálem, kterým je například v pracovním taktu spalovacího motoru periodicky kolísající signál. Tento periodicky kolísající signál je bud výstupní signál Čidla počtu otáček nebo výstupní signál Čidla tlaku v sacím potrubí. Prostřednictvím podmínek panujících u spalovacího motoru s lichým počtem válců a pevného fázového vztahu mezi klikovým hřídelem a vačkovým hřídelem lze uskutečnit na podkladě jednoduchého logického spojení signálu klikového hřídele a druhého signálu identifikace pracovního taktu, přesněji řečeno na podkladě druhého signálu provést identifikaci pracovního taktu, protože při otáčce klikového hřídele periodicky kolísající druhý signál musí být vysoký, zatímco v opačné otáčce klikového hřídele musí být nízký.

U známého zařízení se tedy provádí poznání pracovního taktu na podkladě jednoduché logické vazby dvou signálů.

Vyhodnocení charakteristického průběhu signálu však není navrženo.

Pstata_yynálezu

Způsob podle vynálezu pro stanovení fázové polohy u čtyř dobého spalovacího motoru se znaky význakové části patentového nároku 1 má tu výhodu, že je možná synchronizace motoru bez zjištování polohy vačkového hřídele. Totéž platí také u systémů, u kterých je měnitelný fázový vztah mezi klikovým hřídelem a mezi vačkovým hřídelem. Tato výhoda se dosahuje tím, že se uvede do vztahu signál dodávaný pro stanovení fázové polohy úhlovým čidlem klikového hřídele, který má singularitu, se druhým signálem, který kolísá ve spalovacím taktu a má válcové specifické vlastnosti, přičemž pro stanovení fázové polohy se prozkoumá průběh druhého signálu v průběhu vzniku singularity prvního signálu. Protože se způsob vztahuje výlučně na spalovací motory s lichým počtem válců, vytváří se při vzniku singularity prvního signálu v první otáčce klikového hřídele jiný průběh druhého signálu než ve druhé otáčce klikového hřídele. Podkladem k tomu je ta skutečnost, že válce jsou v první otáčce klikového hřídele v jiném taktu než ve druhé, takže vydávaný moment spalovacího motoru je různý, což má účinek na průběh druhého signálu, například na průběh otáček a průběh tlaku v sacím potrubí, přičemž tyto účinky lze změřit a lze je vzít v úvahu pro identifikaci válce. S výhodou je proto druhý signál výstupní signál čidla otáček nebo čidla tlaku v sacím potrubí.

Další výhody vynálezu vyplývají ze skutečností, uvedených v závislých patentových nárocích. Přitom se ukázala jako zvláště výhodná ta skutečnost, že fázová posunutí mezi prvním signálem otáček a mezi druhým signálem otáček jsou při stanovení fázové polohy neproblematická, protože průběh druhého signálu a nikoli vznik minima nebo maxima druhého signálu se uvádí do vztahu se singularitou prvního signálu.

·« *

Zvláště výhodná je ta skutečnost, že způsob pro stanovení fázové polohy lze provádět již v průběhu spouštění, tedy ještě před tím, než se uskuteční první ohřev ve válci. Toto brzké stanovení fázové polohy je možné proto, že různé takty působí také bez ohřevu různě na počet otáček, případně na tlak v sacím potrubí,

U systému bez čidla vačkového hřídele lze uspořit čidlo včetně elektroniky, kola vačkového hřídele a odpovídajícího kabelování. Na řídicím ústrojí motoru lze uspořit tři zástrčkové kolíky a zapojení pro čidlo a pro kolík počítače. Také lze redukovat plochu vodiče. Bez čidla vačkového hřídele není také nutné reagovat na jeho diagnosu a na opatření pro nápravu chyb tohoto Čidla, čímž se podstatně zvýší použitelnost celého systému. Těchto úspor lze dosáhnout, aniž by ·* došlo k nepříznivému ovlivňování chování spalovacího motoru z hlediška spalin nebo spouštění. Výhodná se ukázala i ta skutečnost, že nárokovaný způsob nevytváří žádná přídavná zatížení z hlediska doby průběhu softwaru řídicího ústrojí, protože synchronizace před vlastním provozem motoru je uzavřena a tak nepředstavuje žádná omezení životnosti pro počítačové zdroje.

® 1 _ 2 b £ É2 -C É _ ΥΪ1S E θ § e

Předmět vynálezu je v dalším podrobněji vysvětlen v popise ve spojení s obrázkem na výkrese.

Na obr. 1 jsou schematicky znázorněny pro vysvětlení vynálezu potřebné komponenty řídicího systému spalovacího mot oru.

·· ftíblad provedení_vynálezu

Čidlový kotouč 10 je pevně spojen s klikovým hřídelem 11 spalovacího motoru a má na svém obvodu více shodných úhlových značek 12. Kromě těchto shodných úhlových značek 12 je vytvořena jedna referenční značka 13, která je například realizována prostřednictvím dvou chybějících úhlových značek 12.

Čidlový kotouč 10 je snímán snímačem 14, například indukčním snímačem 14 nebo Hallovým čidlem. Napěťové impulsy prvního signálu Sl, vytvářené ve snímači 14 při průběhu úhlových značek .12, se vhodným způsobem připravují a dále zpracovávají v řídicím ústrojí 15 spalovacího motoru.

Kromě klikového hřídele 11 má spalovací motor zpravidla také nejméně ještě jeden vačkový hřídel 25, který je obvykle s klikovým hřídelem 11 v pevném vztahu. Tento vztah je symbolizován čárou 16. Úhlová poloha vačkového hřídele 25 není u řídicího systému spalovacího motoru, který je znázorněn na obr. 1, zjišťována. Pro synchronizaci vztahu mezi klikovým hřídelem 11 a mezi vačkovým hřídelem 25 je v řídicím ústrojí 15 zpracováván periodicky ve spalovacím taktu kolísající druhý signál S2. Tento druhý signál S2 se získává prostřednictvím čidla 17 . Čidlo 17 je například takové Čidlo 17, které měří tlak v sacím potrubí spalovacího motoru. V zásadě však mohou být vyhodnocovány také jiné veličiny kolísající ve spalovacím taktu.

Do řídicího ústrojí 15 mohou být přiváděny také další, pro řízení, případně regulaci spalovacího motoru potřebné vstupní veličiny, přičemž na obr. 1 je jako signál znázorně na již jen vstupní veličina zapojeného zažehování, která je dodávána při uzavření spínače 18 zapalování svorkou K1♦ 15 spínače zapalování a oznamuje do řídicího ústrojí 15 uvedení spalovacího motoru do provozu.

Řídicí ústrojí 15 samo o sobě má nejméně jednu centrální počítačovou jednotku 19 a pamět 20. V řídicím ústrojí 15 jsou vytvářeny ovládací signály pro vstřikování a zapalování pro blíže neoznačené odpovídající komponenty spalovacího motoru. Tyto signály jsou vydávány prostřednictvím výstupů 21 a 22 řídicího ústrojí 15. Napájení řídicího ústrojí 15 se *

uskutečňuje obvyklým způsobem z baterie 23 přes spínač 24, který je uzavřen v průběhu provozu Spalovacího motoru, jakož i případně v průběhu fáze dobíhání. V dalším popsané zpracovávání signálů a vyhodnocení se uskutečňuje v řídicím ústrojí 15.

Řídicím systémem, který je znázorněn na obr. 1, lze v průběhu provozu spalovacího motoru kdykoli zjistit úhlovou polohu klikového hřídele .1.1 . Při spuštění vznikne nejpozději po jedné otáčce klikového hřídele 11 singularita v prvním signálu S1, která odpovídá vztažné značce klikového hřídele 11. Protože přiřazení mezi klikovým hřídelem 11 a mezi vačkovým hřídelem 25 je obvykle stejně známé jako přiřazení mezi polohou vačkového hřídele 25 a mezi polohou jednotlivých válců spalovacího motoru, lze uskutečnit po poznání vztažné značky synchronizaci, avšak jen tehdy, pokud je k dispozici charakteristický signál pro fázovou polohu.

U systému podle vynálezu, který má působit bez fázového čidla, případně bez čidla vačkového hřídele 25, tedy bez čidla, které zjištuje polohu vačkového hřídele 2_5₁ vzniká pro·· ·· ·« ·· «« to··· · « ····· • · · · « · · ·· φ · • · · · · ···· · · ·φ • φ · φ φ φ · to * φφφφ ·· «· ··« Φ· blém spočívající v tom, že čidlem klikového hřídele 11 dodávaný signál vztažné značky je mnohoznačný, protože klikový hřídel 11 se v průběhu jednoho pracovního taktu dvakrát otočí, zatímco vačkový hřídel 25 se pootočí jen jednou. Proto se v řídicím ústrojí 15 přídavně k prvnímu signálu S1 vyhodnocuje druhý signál 32, například signál počtu otáček nebo výstupní signál čidla tlaku v sacím potrubí, který má charakteristické vlastnosti pro polohu válce. Tento druhý signál S2, případně charakteristické vlastnosti tohoto signálu se uvádějí do vztahu k prvnímu signálu S1 a tak je vyhodnocován zejména průběh druhého signálu S2 v průběhu vytváření vstupu vztažné značky, případně singularity prvního signálu Sl.

Takové vyhodnocení je možné, protože u spalovacích motorů s lichým počtem válců nepanují při každé otáčce klikového hřídele 11 shodné poměry. U spalovacích motorů, případně u motorů, je v jedné poloze motoru, která je v následujícím zkráceně označována Ml, v určitých taktech jiný počet válců než u druhé možné polohy motoru M2. To je možné znázornit na tříválcovém motoru, tak jak je to uvedeno v dalším.

V poloze motoru je například válec 1 v kompresním taktu válec 2 ve výstupním taktu válec 3 ve vstupním taktu.

V poloze motoru M2 je na rozdíl od toho válec 1 ve výstupním taktu válec 2 v pracovním taktu válec 3 ve vstupním taktu.

Z této sestavy je patrno, že v obou polohách motoru Ml ··

Φ· · • · a M2 je vždy jeden válec ve vstupním taktu a ve výstupním taktu, ale jeden třetí válec je podle polohy motoru bud v pracovním taktu nebo v kompresním taktu. Zatímco kompresní takt má vliv snižující počet otáček, vede pracovní takt ke zvýšení počtu otáček. Tak se liší průběh počtu otáček a průběh tlaku v sacím potrubí v první otáčce klikového hřídele 11 charakteristicky od průběhů ve druhé otáčce klikového hřídele 11. Tak vytváří průběh počtu otáček a průběh tlaku v sacím potrubí v okolí vztažné značky, případně v okolí singularity prvního signálu SI kritérium pro polohu motoru a lze jej použít jako náhradu pro signál vačkového hřídele 25, přičemž se vytváří identifikační signál označující polohu motoru Ml nebo M2.

V závislosti na počtu válců a na dobách ovládání ventilů motoru se rozhodne jak při vyhodnocování průhěhu počtu otáček, tak také při vyhodnocování signálu tlaku, zda je nejlepším způsobem pro rozpoznání fázové polohy otočení znaménka nárůstu druhého signálu S2 nebo vyhodnocení minima/maxima druhého signálu S2 v okolí vztažné značky, případně singularity prvního signálu SI. Pro zjištování otočení znaménka nebo pro vyhodnocení minima/maxima se druhé signály S2 odvádějí po intervalech a tak se získají nárůsty a/nebo hodnoty maxima/minima. Přesné body měření pro zjištění počtu otáček nebo tlaku v sacím potrubí se stanovují specificky v závislosti na motoru.

Jak je z měření patrno, lze při spouštění spalovacího motoru, případně motoru bezprostředně potom, co řídicí ústrojí 15 zjistí, že byl uveden do činnosti spouštěč, použít jak průběh počtu otáček, tak také průběh tlaku v sacím potrubí jako druhé signály S2 pro synchronizaci. Vyhodnocení lze při9* · 9·· · ·· Φ • · · · · · 9 · « «· • ·· * 9 9 9 · ··· • 4 · 9 · 9 ·!· · «·· « φ ·····< 9 φφ • •*•9« 99 9 999 · tom provést bezprostředně po začátku otáčení motoru v nevytápěném provozu, a to ještě před tím, než se uskuteční první vstřikování, případně zažehování. Při první otáčce bez vytápění je pro první nebo pro druhou otáčku klikového hřídele 11 jak průběh počtu otáček, tak i průběh tlaku v sacím potrubí charakteristický. Po začátku normálního provozu motoru, zejména při vysokých otáčkách motoru nebo při změnách počtu otáček nelze případně průběh počtu otáček pro stanovení polohy motoru použít. Pokud má být provedena synchronizace v průběhu provozu, musí se uskutečnit prostřednictvím vyhodnocení signálu tlaku v sacím potrubí.

Pokud jsou způsoby podle vynálezu nasazeny u systémů s čidlem vačkového hřídele 25, lze je nasadit vždy do nouzového chodu, když se zjistí porucha u čidla vačkového hřídele 25.

Je možná také taková kombinace, že po spuštění se uskutečňuje způsob podle vynálezu a v průběhu normálního provozu je využíván výstupní signál čidla vačkového hřídele 25 pro stanovení fázové polohy.

Claims (7)

1. Způsob stanovení fázové polohy u Čtyřdobého spalovacího motoru s lichým počtem válců, u kterého se vytváří první signál, který má singularitu, která je přiřaditelná k předem stanovenému úhlu klikového hřídele, a druhý signál, který se vytváří z výstupního signálu Čidla počtu otáček a/nebo z výstupního signálu Čidla tlaku v nasávacím potrubí, uvádí se do vztahu a vytváří se identifikační signál vyhodnocením druhého signálu v oblasti singularity prvního signálu, vyznačující se tím, že průběh druhého signálu, který je typický vždy pro první otáčku klikového hřídele a druhou otáčku klikového hřídele, se zkouší v oblasti singularity.

2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že způsob se provádí při spouštění před prvním ohřevem ve válci spalovacího motoru.

3. Způsob podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že vyhodnocení druhého signálu (S2) obsahuje poznání obratu znaménka stoupání signálu nebo minimální/ maximální vyhodnocení v okolí singularity prvního signálu (Sl) .

4. Způsob podle nároku 3, vyznačující se tím, že řídicí ústrojí rozhoduje v závislosti na počtu válců a/nebo ovládacích dob ventilů spalovacího motoru, zda se provede vyhodnocení na podkladě stoupání druhého signálu nebo na podkladě minimálního/maximálniho vyhodnocení.

5. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyzná - • · · · · · ···· *

- n -ty

Sující se tím, že měřicí body pro zjištění počtu otáček a/nebo tlaku v sacím potrubí se stanoví specificky podle motoru.

6. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyzná

Čující se tím, že v průběhu provozu se v předem stanovených intervalech nebo při předem stanovených podmínkách provádějí další určení nebo přezkoušení fázové polohy, přičemž při určováních v průběhu provozu se vyhodnocuje výlučně výstupní signál čidla tlaku sacího potrubí.

7. Způsob podle jednoho z předcházejících nároků, vyzná čující se tím, že se provádí u spalovacího motoru s fázovým Čidlem, pokud se ovládacím ústrojím zjistí porucha fázového čidla nebo příslušného zapojení úpravy signálu, pro provádění nouzového provozu.