DE102011083470A1 - Method for determining position of e.g. four-stroke engine of four-cylinder vehicle, involves assuming position of combustion engine, and judging whether injection increases rotation speed of combustion engine - Google Patents

Method for determining position of e.g. four-stroke engine of four-cylinder vehicle, involves assuming position of combustion engine, and judging whether injection increases rotation speed of combustion engine Download PDF

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Abstract

The method involves providing a camshaft signal to camshafts (22, 24, 26, 28). An edge of the camshaft signal is recognized. A position of a combustion engine (10) is assumed, and injection is made on near cylinder based on the assumed position. A judgment is made whether the injection increases rotation speed of the combustion engine. A positive edge in the camshaft signal is recognized. The assumed position is defined as a correct position in case of the increase of rotation speed, and as a wrong position in case of no increase of rotation speed. The camshaft signal comprises negative edges and positive edges. An independent claim is also included for an arrangement for determination of a position of a combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Motors mit einem Nockenwellensignal und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Das Verfahren wird insbesondere bei Kolbenmaschinen, die über eine Kurbelwelle und eine Nockenwelle verfügen, durchgeführt.The invention relates to a method for determining a position of an engine with a camshaft signal and an arrangement for carrying out the method. The method is carried out in particular in piston engines which have a crankshaft and a camshaft.

Stand der TechnikState of the art

Die Position eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Kolbenmotors, lässt sich mit Hilfe eines Kurbelwellensignals und eines Nockenwellensignals bestimmen. Das Kurbelwellensignal ermöglicht die Bestimmung der genauen Position, ist jedoch nicht eindeutig. Das Nockenwellensignal ist zwar ungenau aber eindeutig, um die Phasenlage zu bestimmen.The position of an internal combustion engine, in particular a piston engine, can be determined with the aid of a crankshaft signal and a camshaft signal. The crankshaft signal allows the determination of the exact position, but is not unique. The camshaft signal is inaccurate but unique in order to determine the phase position.

Während eines Arbeitsspiels eines Viertaktmotors dreht sich die Kurbelwelle zweimal, während die Nockenwelle in dieser Zeit nur eine Umdrehung durchführt. Über die Kurbelwelle wird die genaue Position berechnet. Über die Nockenwelle wird die Phasenlage, die angibt, in welchem Takt sich der Motor befindet, berechnet.During a working cycle of a four-stroke engine, the crankshaft rotates twice, while the camshaft performs only one revolution during this time. The exact position is calculated via the crankshaft. The camshaft is used to calculate the phase position, which indicates the timing of the engine.

Die Motorposition bezeichnet dabei die Lage bzw. Stellung der Zylinder des Motors bzw. der Kolben in den Zylindern. Die Phasenlage gibt an, in welchem Takt sich der bzw. die Zylinder befinden. Bei einem Viertaktmotor sind bspw. für den Kreisprozess vier Takte erforderlich. Bei einem Hubkolbenmotor ist ein Takt die Bewegung des Kolbens vom Stillstand in eine Richtung bis zum erneuten Stillstand.The engine position designates the position or position of the cylinder of the engine or the piston in the cylinders. The phase position indicates in which clock the cylinder or cylinders are located. In a four-stroke engine, for example, four cycles are required for the cycle process. In a reciprocating engine, a stroke is the movement of the piston from standstill in one direction to a new stop.

Die vier Takte bei einem Viertaktmotor sind:

  • 1. Takt, Ansaugen
  • 2. Takt, Verdichten
  • 3. Takt, Arbeiten
  • 4. Takt, Ausstoßen
The four strokes on a four-stroke engine are:
  • 1st stroke, aspiration
  • 2nd bar, compacting
  • 3rd bar, works
  • 4th bar, ejecting

Um bei Verbrennungsmotoren eine möglichst effiziente Verbrennung zu erreichen, muss die Motorposition so genau wie möglich bestimmt werden. Abweichungen führen zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrads und der Abgaswerte.In order to achieve the most efficient combustion in internal combustion engines, the engine position must be determined as accurately as possible. Deviations lead to a deterioration of the efficiency and the emission values.

Die Kurbelwelle in dem Verbrennungsmotor ist dafür vorgesehen, die oszillierende und lineare Bewegung eines oder mehrerer Kolben in eine Drehbewegung umzusetzen. Somit werden die Kolbenkräfte aufgenommen, in ein Drehmoment gewandelt und das Drehmoment bspw. über die Kupplung an das Getriebe weitergeleitet. Die Nockenwelle, die zur Betätigung der Ein- und Auslassventile der Zylinder vorgesehen ist, wird von der Kurbelwelle, bspw. über Kettentrieb und Steuerkette oder über einen Zahnriemen, angetrieben. Dabei dreht sich die Nockenwelle im Vergleich zur Kurbelwelle üblicherweise mit halber Drehzahl.The crankshaft in the internal combustion engine is intended to convert the oscillating and linear movement of one or more pistons into a rotational movement. Thus, the piston forces are absorbed, converted into a torque and the torque, for example, forwarded via the clutch to the transmission. The camshaft, which is provided for actuating the intake and exhaust valves of the cylinder, is driven by the crankshaft, for example via chain drive and timing chain or via a toothed belt. The camshaft usually rotates at half speed compared to the crankshaft.

Zu beachten ist, dass bei ausgefallenem Kurbelwellensensor das Bestimmen der Motorposition nur noch über spezielle Geberradtypen auf der Nockenwelle möglich ist. Diese Geberräder müssen im Verlauf eines Arbeitsspiels, wobei 720° Kurbelwelle 360° Nockenwelle entspricht, mindestens ein eindeutiges Muster aufweisen, um die Position des Verbrennungsmotors exakt an dieser Stelle bestimmen zu können.It should be noted that when the crankshaft sensor fails, the engine position can only be determined using special sender wheel types on the camshaft. These donor wheels must have at least one unique pattern in the course of a working cycle, with 720 ° crankshaft corresponding to 360 ° camshaft in order to be able to determine the position of the internal combustion engine exactly at this point.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und einer Anordnung gemäß Anspruch 9 vorgestellt. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung. Against this background, a method with the features of claim 1 and an arrangement according to claim 9 are presented. Further embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims and the description.

Es ist mit dem vorgestellten Verfahren somit möglich, Nockenwellensignale, die kein eindeutiges Muster aufweisen, zur Bestimmung der Motorposition zu verwenden. Eines dieser nicht eindeutigen Signale wird bspw. von einem 3-Zahn Geberrad zur Verfügung gestellt. Ein Kurbelwellensignal zur Bestimmung der Motorposition ist nicht mehr notwendig. Somit kann das Verfahren bei Ausfall des Kurbelwellensensors eingesetzt werden. Es könnte auch grundsätzlich auf diesen Sensor, der das Kurbelwellensignal bereitstellt, verzichtet werden. Aufgrund aktueller Abgasgesetzgebungen wird es nicht möglich sein, auf das Kurbelwellensignal zu verzichten.It is thus possible with the presented method to use camshaft signals that have no unique pattern to determine the motor position. One of these ambiguous signals is provided, for example, by a 3-tooth sender wheel. A crankshaft signal to determine the engine position is no longer necessary. Thus, the method can be used in case of failure of the crankshaft sensor. It could also basically be dispensed with this sensor, which provides the crankshaft signal. Due to current emissions legislation, it will not be possible to dispense with the crankshaft signal.

Zu beachten ist, dass das vorgestellte Verfahren nicht bei Motoren mit Zylinderzahlen i = n·3 durchgeführt werden kann. Somit kann das Verfahren bspw. bei 4- oder 8-Zylinderfahrzeugen eingesetzt werden.It should be noted that the method presented can not be performed on engines with cylinder numbers i = n × 3. Thus, the method can be used, for example, in 4- or 8-cylinder vehicles.

Das Verfahren sieht vor, dass bei einer Flanke, nämlich einer negativen oder positiven Flanke in dem Nockenwellensignal, eine Position angenommen und dann in einen nächsten Zylinder eingespritzt wird. War die Annahme richtig, so erhöht sich die Drehzahl, d. h. grad n > 0. Erhöht sich die Drehzahl nicht, so war die Annahme falsch und es wird bspw. bei der nächsten Flanke im Nockenwellensignal unter Berücksichtigung, dass die vorherige Annahme falsch war, eine neue Annahme getroffen.The method envisages that one edge, namely a negative or positive edge in the camshaft signal, assumes a position and then injects it into a next cylinder. If the assumption was correct, the speed increases, ie. H. degree n> 0. If the speed does not increase, the assumption was wrong and, for example, a new assumption is made on the next edge in the camshaft signal, taking into account that the previous assumption was wrong.

Der nächste Zylinder ist derjenige Zylinder, für den noch eine Einspritzung und Zündung berechnet werden kann und in den eingespritzt werden kann.The next cylinder is the cylinder for which an injection and ignition can still be calculated and injected.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sonder auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the respectively specified combination, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Verbrennungsmotor. 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine.

2 zeigt Verläufe eines Kurbelwellensignals und eines Nockenwellensignals. 2 shows curves of a crankshaft signal and a camshaft signal.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. The invention is schematically illustrated by means of embodiments in the drawings and will be described in detail below with reference to the drawings.

1 zeigt in einer stark vereinfachten Darstellung einen Motor, der insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Es handelt sich hierbei um einen V-Motor. Die Darstellung zeigt eine Kurbelwelle 12, auf der ein Kurbelwellengeberrad 14 sitzt (Pfeil 20), an dessen Umfang Zähne angeordnet sind. Dabei ist ein Abschnitt 16 am Umfang des Kurbelwellengeberrades 14 vorgesehen, der keine Zähne trägt. Auf diese Weise wird eine Lage- und damit Positionsbestimmung möglich, wozu ein Kurbelwellensensor 18 vorgesehen ist, der ein Kurbelwellensignal, das Informationen zu der Lage der Kurbelwelle 12 trägt, bereitstellt. 1 shows in a highly simplified representation of a motor, in total with the reference numeral 10 is designated. It is a V-engine. The illustration shows a crankshaft 12 on which a crankshaft sensor wheel 14 sits (arrow 20 ), on the circumference of which teeth are arranged. Here is a section 16 on the circumference of the Kurbelwellengeberrades 14 provided that carries no teeth. In this way, a position and thus position determination is possible, including a crankshaft sensor 18 is provided, which is a crankshaft signal containing information about the position of the crankshaft 12 carries, provides.

Der Motor 10 umfasst weiterhin vier Nockenwellen 22, 24, 26 und 28, die über einen Zahnriemen 30 von der Kurbelwelle 12 angetrieben werden. Zur Vereinfachung der Darstellung ist nur ein Nockenwellengeberrad 32 dargestellt, das auf der Nockenwelle 26 sitzt (Pfeil 64). Dieses Nockenwellengeberrad 32 weist am Umfang drei Aussparungen 34 und entsprechend drei Zähne 35 auf, die unterschiedlich dimensioniert sind und eine Lagebestimmung bzw. Drehwinkelbestimmung der Nockenwelle 26 ermöglichen. Hierzu ist ein Nockenwellensensor 36 vorgesehen, der ein Nockenwellensignal liefert.The motor 10 also includes four camshafts 22 . 24 . 26 and 28 that have a toothed belt 30 from the crankshaft 12 are driven. To simplify the illustration, only one camshaft sensor wheel is used 32 shown on the camshaft 26 sits (arrow 64 ). This camshaft sensor wheel 32 has three recesses on the circumference 34 and accordingly three teeth 35 on, which are dimensioned differently and a position determination or rotation angle determination of the camshaft 26 enable. For this purpose, a camshaft sensor 36 provided, which provides a camshaft signal.

In 2 ist oben der Verlauf eines Kurbelwellensignals 40 und unten der Verlauf eines Nockenwellensignals 42 dargestellt.In 2 above is the course of a crankshaft signal 40 and below the course of a camshaft signal 42 shown.

Das Kurbelwellensignal 40 ist ein Rechtecksignal, wobei die Form des Verlaufs durch die Zähne des Kurbelwellengeberads bewirkt ist. Deutlich zu erkennen sind drei Abschnitte 44, 46 und 48 die durch den Abschnitt 16 (1) des Kurbelwellengeberrads bewirkt sind.The crankshaft signal 40 is a rectangular signal, wherein the shape of the course is effected by the teeth of the Kurbelwellengeberads. Clearly visible are three sections 44 . 46 and 48 through the section 16 ( 1 ) of the Kurbelwellengeberrads are effected.

Bei dem Nockenwellensignal 42 handelt es sich um ein symmetrisches Signal, das dreimal hintereinander auftritt, bspw. ein 150° – 90° KW-Muster. Dieses Muster hängt u. a. vom verwendeten Geberrad ab. So ist auch bspw. ein Geberrad mit einem 200° – 40° KW-Muster möglich.At the camshaft signal 42 it is a symmetrical signal that occurs three times in a row, for example a 150 ° - 90 ° KW pattern. This pattern depends, among other things, on the used encoder wheel. Thus, for example, a donor wheel with a 200 ° - 40 ° KW pattern is possible.

In Kombination mit dem Kurbelwellensignal 40 ist im Normalbetrieb anhand der Pegelinformation die Position eindeutig bestimmbar. Das gezeigte Nockenwellensignal 42 weist eine erste negative Flanke 50, eine erste positive Flanke 52, eine zweite negative Flanke 54, eine zweite positive Flanke 56, eine dritte negative Flanke 58 und eine dritte positive Flanke 60 auf.In combination with the crankshaft signal 40 In normal operation, the position can be uniquely determined on the basis of the level information. The camshaft signal shown 42 has a first negative edge 50 , a first positive edge 52 , a second negative edge 54 , a second positive edge 56 , a third negative edge 58 and a third positive edge 60 on.

Mit dem vorgestellten Verfahren ist es nunmehr möglich, bei Zylinderzahlen i ungleich 3·n (n = 1, 2, 3...) auch ohne Kurbelwellensignal 40 die Position eindeutig zu bestimmen. Dies erfolgt derart:

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

  • 1. War die angenommene Position korrekt, so wird die Einspritzung zu einer Drehzahlerhöhung führen, die anhand des Nockenwellensignals 42 ausgewertet werden kann.
With the presented method, it is now possible for cylinder numbers i not equal to 3 · n (n = 1, 2, 3...) Even without crankshaft signal 40 to determine the position clearly. This is done in such a way:

After a falling 50 . 54 . 58 or rising edge 52 . 56 . 60 was detected, the position of the first falling 50 . 54 . 58 or rising camshaft edge 52 . 56 . 60 set to the 0 ° position. Starting from this position, an injection to the next possible cylinder is made or programmed once. The following possibilities arise:
  • 1. If the assumed position was correct, the injection will result in a speed increase based on the camshaft signal 42 can be evaluated.

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

  • 2. War die angenommene Position falsch, so wird daraus keine Drehzahlerhöhung resultieren. Danach muss die Position bspw. um 240° verschoben werden und es muss wiederum eine Einspritzung auf den nächsten möglichen Zylinder erfolgen. Danach ergeben sich wieder die beiden Möglichkeiten.
The time over the individual camshaft sections would also be possible as a reference. From this time the speed is calculated. It can also be used in other sizes. For example, acceleration can be used as the size.
  • 2. If the assumed position was wrong, it will not result in a speed increase. After that, the position has to be shifted, for example, by 240 ° and, in turn, an injection to the next possible cylinder must take place. After that, the two possibilities arise again.

Wurde für die erste Positionsbestimmung die erste fallende Flanke zum Beispiel als Flanke 50 angenommen, so wird, nachdem die Position als falsch angenommen wurde, die nächste fallende Flanke als die Flanke mit Bezugsziffer 50 angenommen.For the first position determination, the first falling edge was, for example, as a flank 50 Assuming, after the position has been assumed to be false, the next falling edge is assumed to be the edge with reference numeral 50.

Dieser Vorgang kann solange wiederholt werden, bis der Motor startet oder eine maximal vorgebbare Anzahl an Testeinspritzungen erreicht wurde. Dies dient dem Komponentenschutz.This process can be repeated until the engine starts or a maximum predefinable number of test injections has been reached. This is for component protection.

Claims (9)

Verfahren zum Bestimmen einer Position eines Motors (10), der mindestens eine Nockenwelle (22, 24, 26, 28) aufweist, zu der ein Nockenwellensignal (42) zur Verfügung steht, wobei eine Flanke (50, 52, 54, 56, 58, 60) des Nockenwellensignals (42) erkannt wird, eine Position des Motors (10) angenommen wird und in Abhängigkeit der angenommenen Position eine Einspritzung auf einen nächsten Zylinder vorgenommen wird, und wobei überprüft wird, ob die vorgenommene Einspritzung eine Erhöhung der Drehzahl des Motors (10) bewirkt. Method for determining a position of an engine ( 10 ), the at least one camshaft ( 22 . 24 . 26 . 28 ), to which a camshaft signal ( 42 ), one flank ( 50 . 52 . 54 . 56 . 58 . 60 ) of the camshaft signal ( 42 ), a position of the engine ( 10 ) and, depending on the assumed position, an injection is made to a next cylinder, and it is checked whether the injection made is an increase in the speed of the engine ( 10 ) causes. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine negative Flanke (50, 54, 58) im Nockenwellensignal (42) erkannt wird.Method according to Claim 1, in which a negative edge ( 50 . 54 . 58 ) in the camshaft signal ( 42 ) is recognized. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem eine positive Flanke (52, 56, 60) im Nockenwellensignal (42) erkannt wird. Method according to Claim 1, in which a positive edge ( 52 . 56 . 60 ) in the camshaft signal ( 42 ) is recognized. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem im Falle einer Erhöhung der Drehzahl die angenommene Position als korrekte Position festgelegt wird.Method according to one of claims 1 to 3, wherein in the case of an increase in the rotational speed, the assumed position is set as the correct position. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem im Falle keiner Erhöhung der Drehzahl die angenommene Position als falsche Position festgelegt wird.Method according to one of claims 1 to 3, wherein in the case of no increase in the rotational speed, the assumed position is set as the wrong position. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die angenommene Position verschoben wird.Method according to Claim 5, in which the assumed position is shifted. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die angenommene Position um 240° verschoben wird. The method of claim 5, wherein the assumed position is shifted by 240 °. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, das solange durchgeführt wird, bis die angenommene Position als korrekte Position festgelegt wird.The method of claim 6 or 7, which is carried out until the assumed position is determined as the correct position. Anordnung zum Bestimmen einer Position eines Motors (10) anhand eines Nockenwellensignals (42), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, mit mindestens einem Nockenwellensensor (36), der ein Nockenwellensignal (42) zur Verfügung stellt, wobei die Anordnung dazu ausgebildet ist, eine Flanke (50, 52, 54, 56, 58, 60) des Nockenwellensignals (42) zu erkennen, eine Position des Motors (10) anzunehmen und in Abhängigkeit der angenommenen Position eine Einspritzung auf einen nächsten Zylinder vorzunehmen, und wobei die Anordnung weiterhin dazu ausgebildet ist, zu überprüfen, ob die vorgenommene Einspritzung eine Erhöhung der Drehzahl des Motors (10) bewirkt.Arrangement for determining a position of an engine ( 10 ) based on a camshaft signal ( 42 ), in particular for carrying out a method according to one of claims 1 to 8, with at least one camshaft sensor ( 36 ), which is a camshaft signal ( 42 ), the arrangement being designed to provide a flank ( 50 . 52 . 54 . 56 . 58 . 60 ) of the camshaft signal ( 42 ) to recognize a position of the engine ( 10 ) and to make an injection to a next cylinder depending on the assumed position, and wherein the arrangement is further configured to check whether the injection made is an increase in the speed of the engine ( 10 ) causes.
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