DE102015202207B4 - Method for synchronization when starting a spark-ignited multi-cylinder internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Synchronisation beim Starten einer fremdgezündeten Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit
- mindestens zwei Zylindern (x ≥ 2), wobei jeder Zylinder einen mit einer Kurbelwelle verbundenen und bei rotierender Kurbelwelle zwischen einem unteren Totpunkt (UT) und einem oberen Totpunkt (OT) oszillierenden Kolben umfasst und mindestens ein erster Zylinder (x = 1) mit einem Drucksensor zur messtechnischen Erfassung eines Zylinderdrucks in einem vom zylinderzugehörigen Kolben mit ausgebildeten zylinderzugehörigen Brennraum ausgestattet ist, und
- einer Startvorrichtung, mit der die Kurbelwelle beim Starten zwangsweise in Drehung versetzbar ist, bei dem zwecks Starten der Brennkraftmaschine
- die Startvorrichtung aktiviert wird, um die Kurbelwelle in Drehung zu versetzen, dadurch gekennzeichnet, dass
- mittels Drucksensor der Zeitpunkt TN1u detektiert wird, zu dem der Zylinderdruck pcyl,1 im ersten Zylinder (x = 1) eine vorgebbare Druckschwelle pN übersteigt, und ein Druckgradient dp1 = pcyl,1(t2) - pcyl,1(t1) / (t2-t1) ermittelt wird, um zu verifizieren, dass der Zylinderdruck pcyl,1 im ersten Zylinder (x = 1) ein ansteigender Druck mit dp1 > 0 ist und sich der erste Zylinder im Kompressionstakt befindet,
- mittels Drucksensor der Zeitpunkt TN1d detektiert wird, zu dem der Zylinderdruck pcyl,1 im ersten Zylinder (x = 1) die vorgegebene Druckschwelle pN wieder unterschreitet, wobei eine Kompressionszeit Tcomp = (TN1d - TN1u) / 2 ermittelt wird, welche der zylinderzugehörige Kolben nach Übersteigen der vorgegebenen Druckschwelle pN bis zum Erreichen des oberen Totpunktes (OT) benötigt, und
- die Stellung des Kolbens mindestens eines Zylinders x im oberen Totpunkt (OT) ermittelt wird unter Verwendung der Kompressionszeit Tcomp und dem zylinderzugehörigen Zeitpunkt TNxu, zu dem der Zylinderdruck pcyl,x im Zylinder x die vorgegebene Druckschwelle pN übersteigt, wobei dieser mindestens eine Zylinder x befeuert wird, um die Brennkraftmaschine in Betrieb zu nehmen.
Method of synchronization when starting a spark-ignited multi-cylinder internal combustion engine with
- At least two cylinders (x ≥ 2), each cylinder comprises a connected to a crankshaft and a rotating crankshaft between a bottom dead center (UT) and a top dead center (TDC) oscillating piston and at least one first cylinder (x = 1) with a pressure sensor for metrological detection of a cylinder pressure in a cylinder-associated piston is formed with cylinder-associated combustion chamber, and
- A starting device with which the crankshaft when starting forcibly set in rotation, in which for the purpose of starting the internal combustion engine
the starting device is activated to set the crankshaft in rotation, characterized in that
- By the pressure sensor, the time T N1u is detected, to which the cylinder pressure p cyl, 1 in the first cylinder (x = 1) exceeds a predetermined pressure threshold p N , and a pressure gradient dp 1 = p cyl, 1 (t 2 ) - p cyl , 1 (t 1 ) / (t 2 -t 1 ) is determined to verify that the cylinder pressure p cyl, 1 in the first cylinder (x = 1) is an increasing pressure with dp 1 > 0 and the first cylinder is located in the compression stroke,
- The time T N1d is detected by means of pressure sensor, to which the cylinder pressure p cyl, 1 in the first cylinder (x = 1) again falls below the predetermined pressure threshold p N , wherein a compression time T comp = (T N1d - T N1u ) / 2 determined is, which requires the cylinder-related piston after exceeding the predetermined pressure threshold p N to reach the top dead center (TDC), and
- The position of the piston of at least one cylinder x at top dead center (TDC) is determined using the compression time T comp and the cylinder associated time T Nxu to which the cylinder pressure p cyl, x in cylinder x exceeds the predetermined pressure threshold p N , where at least one cylinder x is fired to take the internal combustion engine into operation.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisation beim Starten einer fremdgezündeten Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit
- - mindestens zwei Zylindern (x ≥ 2), wobei jeder Zylinder einen mit einer Kurbelwelle verbundenen und bei rotierender Kurbelwelle zwischen einem unteren Totpunkt (UT) und einem oberen Totpunkt (OT) oszillierenden Kolben umfasst und mindestens ein erster Zylinder (x = 1) mit einem Drucksensor zur messtechnischen Erfassung eines Zylinderdrucks in einem vom zylinderzugehörigen Kolben mit ausgebildeten zylinderzugehörigen Brennraum ausgestattet ist, und
- - einer Startvorrichtung, mit der die Kurbelwelle beim Starten zwangsweise in Drehung versetzbar ist,
- - die Startvorrichtung aktiviert wird, um die Kurbelwelle in Drehung zu versetzen.
- - At least two cylinders (x ≥ 2), each cylinder comprises a connected to a crankshaft and a rotating crankshaft between a bottom dead center (UT) and a top dead center (TDC) oscillating piston and at least one first cylinder (x = 1) with a pressure sensor for metrological detection of a cylinder pressure in a cylinder-associated piston is formed with cylinder-associated combustion chamber, and
- a starting device with which the crankshaft is forcibly set in rotation during starting,
- - The starting device is activated to enable the crankshaft in rotation.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung umfasst der Begriff Brennkraftmaschine Ottomotoren, aber auch Hybrid-Brennkraftmaschinen, die ein Hybrid-Brennverfahren nutzen, sowie Hybrid-Antriebe, die neben der Brennkraftmaschine eine mit der Brennkraftmaschine antriebsverbindbare Elektromaschine umfassen, welche Leistung von der Brennkraftmaschine aufnimmt oder als zuschaltbarer Hilfsantrieb zusätzlich Leistung abgibt.In the context of the present invention, the term internal combustion engine comprises gasoline engines, but also hybrid internal combustion engines that use a hybrid combustion process, as well as hybrid drives, which in addition to the internal combustion engine include an electric motor which can be connected to the engine, which receives power from the internal combustion engine or as switchable Auxiliary drive additionally delivers power.
Die deutsche Offenlegungsschrift
Die deutschen Offenlegungsschriften
Die Kenntnis der Stellung der einzelnen Zylinder, d. h. die Kenntnis der Stellung der einzelnen Kolben einer Brennkraftmaschine ist erforderlich, damit die Einspritzung des Kraftstoffes bzw. die Einleitung der Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches gezielt, d. h. bei definierten Kurbelwellenwinkeln (KW) erfolgen kann, um so in den einzelnen Zylindern eine optimierte Verbrennung mit einem möglichst niedrigen Kraftstoffverbrauch und möglichst geringen Emissionen zu gewährleisten.The knowledge of the position of each cylinder, d. H. the knowledge of the position of the individual pistons of an internal combustion engine is required so that the injection of the fuel or the initiation of the ignition of the fuel-air mixture targeted, d. H. can be done at defined crankshaft angles (KW), so as to ensure optimized combustion in the individual cylinders with the lowest possible fuel consumption and the lowest possible emissions.
Des Weiteren ist eine gezielte Einspritzung bzw. Zündung notwendig, um bei fremdgezündeten Brennkraftmaschinen die ungewollte Selbstzündung von Gemischteilen - das sogenannte Klopfen - zu verhindern und einen möglichst gleichförmigen Lauf der Brennkraftmaschine sicherzustellen, der sich durch ein Minimum an Drehschwingungen der Kurbelwelle und damit durch ein Minimum an Drehzahlschwankungen auszeichnet. Die Aufgabe, die Einspritzung und Zündung zu steuern, übernimmt in der Regel eine Motorsteuerung.Furthermore, a targeted injection or ignition is necessary in order to prevent the unwanted self-ignition of mixture parts - the so-called knocking - and to ensure a uniform possible running of the internal combustion engine, which is characterized by a minimum of torsional vibrations of the crankshaft and thus by a minimum characterized in speed fluctuations. The task of controlling the injection and ignition usually takes over a motor control.
Nach dem Stand der Technik wird die Stellung der einzelnen Zylinder einer Brennkraftmaschine mittels Nockenwellensensor und Kurbelwellensensor, der auch als Kurbelwinkelgeber bezeichnet wird, bestimmt. Die deutsche Offenlegungsschrift
Der ortsfeste, an der Brennkraftmaschine angeordnete Kurbelwellensensor greift dabei Signale von einem Ring oder Zahnkranz ab, der mit der Kurbelwelle umläuft und beispielsweise am Schwungrad vorgesehen werden kann. Das vom Kurbelwellensensor erzeugte Signal wird von der Motorsteuerung zur Berechnung der Drehzahl und der Winkelstellung der Kurbelwelle benötigt. Diese Daten benötigt die Motorsteuerung für die Berechnung der Zündeinstellung, der Kraftstoffeinspritzung und der Kraftstoffmenge unter sämtlichen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine, wobei die Kenntnis der Drehzahl die primäre Information ist, die mit Hilfe des Kurbelwellensensors generiert wird.The fixed, arranged on the internal combustion engine crankshaft sensor detects signals from a ring or ring gear, which rotates with the crankshaft and can be provided for example on the flywheel. The signal generated by the crankshaft sensor is required by the engine controller to calculate the speed and angular position of the crankshaft. This data requires engine control to calculate ignition timing, fuel injection, and fuel quantity under all engine operating conditions, with knowledge of engine speed being the primary information generated by the crankshaft sensor.
Zwar kann die Drehzahl grundsätzlich auch mittels Nockenwellensensor ermittelt werden. Die Drehzahl soll aber so exakt wie möglich ermittelt werden, um einen einwandfreien und optimalen Betrieb der Brennkraftmaschine zu gewährleisten, weshalb nach dem Stand der Technik vorzugsweise der Kurbelwellensensor verwendet wird, da die Kurbelwelle mit der doppelten Drehzahl der Nockenwelle umläuft und damit ein Signal mit einer wesentlich höheren Auflösung liefert. Eine höhere Auflösung kann mittels Kurbelwellensensor auch deshalb generiert werden, weil das auf der Kurbelwelle angeordnete Schwungrad aufgrund seines relativ großen Durchmessers eine Vielzahl von Zähnen oder sonstigen Signalgebern aufnehmen kann.Although the speed can basically be determined by means of camshaft sensor. The speed should, however, be determined as accurately as possible to ensure proper and optimal operation of the engine, which is why the crankshaft sensor is preferably used in the prior art, since the crankshaft rotates at twice the speed of the camshaft and thus a signal with a delivers much higher resolution. A higher resolution can also be generated by means of crankshaft sensor because the arranged on the crankshaft flywheel can accommodate a variety of teeth or other signal generators due to its relatively large diameter.
Der Nockenwellensensor wird benötigt, um eine Aussage darüber treffen zu können, ob sich der Zylinder, d. h. der Kolben, im Verbrennungszyklus umfassend das Komprimieren und das Expandieren oder im Ladungswechselzyklus umfassend das Ausschieben und das Ansaugen befindet. Der Kurbelwellensensor bestimmt dabei lediglich die Stellung des Kolbens in einem Kurbelwinkelfenster von 360°KW. Anhand der Informationen des Kurbelwellensensors kann beispielsweise die Aussage getroffen werden, ob der Kolben im oberen Totpunkt (
In der Praxis wird üblicherweise die Stellung nur eines einzelnen Zylinders der Brennkraftmaschine, des sogenannten Referenzzylinders, mittels der genannten Sensoren bestimmt, womit die Stellung der übrigen Zylinder festliegt. Mit der Kenntnis der Stellung eines einzelnen Zylinders kann die Motorsteuerung den Zündzeitpunkt und den Einspritzzeitpunkt dieses einen Zylinders berechnen. Mit den in der Motorsteuerung abgelegten Informationen hinsichtlich der Zündfolge der Brennkraftmaschine ergeben sich dann die Zündzeitpunkte und die Einspritzzeitpunkte der übrigen Zylinder.In practice, usually the position of only a single cylinder of the internal combustion engine, the so-called reference cylinder, determined by means of said sensors, whereby the position of the remaining cylinders is fixed. With knowledge of the position of a single cylinder, the engine controller can calculate the ignition timing and injection timing of that one cylinder. With the information stored in the engine control information regarding the firing order of the internal combustion engine, the ignition times and the injection times of the remaining cylinders then arise.
Das Starten bzw. Neustarten und damit das Synchronisieren einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine gewinnt zunehmend an Bedeutung, da man bei der Entwicklung von Brennkraftmaschinen ständig bemüht ist, den Kraftstoffverbrauch zu minimieren, und ein Konzept zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs darin besteht, die Brennkraftmaschine abzuschalten, wenn kein momentaner Leistungsbedarf vorliegt, anstatt diese im Leerlauf weiter zu betreiben (Start-Stop-Strategie). In der Praxis bedeutet dies, dass zumindest bei Fahrzeugstillstand die Brennkraftmaschine ausgeschaltet wird. Ein Anwendungsfall ist der Stop-and-Go-Verkehr, wie er sich beispielsweise im Stau auf Autobahnen und Landstraßen einstellt. Im innerstädtischen Verkehr ist der Stop-and-Go-Verkehr infolge der vorhandenen und nicht aufeinander abgestimmten Ampelanlagen sowie des gestiegenen Verkehrsaufkommens nicht mehr die Ausnahme, sondern sogar die Regel. Weitere Anwendungsfälle bieten beschrankte Bahnübergänge und dergleichen.The restarting and thus the synchronization of a multi-cylinder internal combustion engine is becoming increasingly important, since it is constantly trying to minimize fuel consumption in the development of internal combustion engines, and a concept for reducing fuel consumption is to shut down the internal combustion engine, if no current power requirement instead of idling it (start-stop strategy). In practice, this means that at least when the vehicle is stationary, the internal combustion engine is turned off. One application is the stop-and-go traffic, as it sets, for example, in traffic jams on highways and highways. In inner-city traffic, stop-and-go traffic is no longer the exception, but the rule, as a result of existing and inconsistent traffic lights and increased traffic volumes. Other applications provide limited level crossings and the like.
Problematisch bei den Konzepten, welche zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs die Brennkraftmaschine bei fehlendem Bedarf abschalten, ist die Notwendigkeit die Brennkraftmaschine wieder zu starten. Bei einem unkontrollierten Abstellen der Brennkraftmaschine kommen die Kurbelwelle und die Nockenwelle in einer beliebigen, nicht bekannten Stellung zum Stehen. Die Position der Kolben in den einzelnen Zylindern der Brennkraftmaschine ist dann nicht bekannt und dem Zufall überlassen. Diese Informationen sind aber für einen unkomplizierten und möglichst schnellen und damit kraftstoffsparenden Neustart unerlässlich.The problem with the concepts, which turn off the engine in the absence of demand to reduce fuel consumption, is the need to restart the engine. In an uncontrolled shutdown of the internal combustion engine, the crankshaft and the camshaft come to an arbitrary, unknown position to a halt. The position of the pistons in the individual cylinders of the internal combustion engine is then unknown and left to chance. However, this information is essential for an uncomplicated and as fast as possible and thus fuel-efficient restart.
Damit beim Start der Brennkraftmaschine die notwendige Information über die Zylinderstellung vorliegt, kann beim Ausschalten der Brennkraftmaschine die letzte Stellung der Zylinder in der Motorsteuerung gespeichert werden, so dass beim Neustart auch ohne Sensorsignal eine Grundlage für die Berechnung des Zündzeitpunktes und des Einspritzzeitpunktes verfügbar ist.So that the necessary information about the cylinder position is present at the start of the internal combustion engine, the last position of the cylinder can be stored in the engine control when switching off the engine so that a basis for the calculation of the ignition timing and the injection time is available when restarting without sensor signal.
Sollte beim Neustart diese gespeicherte Information über die letzte Stellung der Zylinder nicht mehr vorliegen, weil sie beispielsweise beim Ausbau der Batterie und der damit fehlenden Stromversorgung der Motorsteuerung verloren gegangen ist, ist ein Verfahren zur Ermittlung der Zylinderstellung erforderlich. Startverfahren, bei denen zu einem beliebigen Zeitpunkt unkontrolliert eingespritzt und gezündet wird und die Brennkraftmaschine sich mit Hilfe der Motorsteuerung innerhalb von ein paar Arbeitsspielen auf den gewünschten Betriebspunkt einstellt, sind im Rahmen einer Start-Stop-Strategie aufgrund der hohen Anzahl an Startvorgängen nicht zielführend, da erhebliche Nachteile hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs und des Emissionsverhaltens hinzunehmen wären, die der grundsätzlichen Zielsetzung des Abschaltens bei fehlender Leistungsanforderung entgegen stehen. Zudem würde jeder einzelne Startvorgang vergleichsweise lange dauern, d. h. einige Kurbelwellenumdrehungen zur Synchronisation benötigen.If this stored information on the last position of the cylinder is no longer present when restarting, because it has been lost, for example, when removing the battery and the lack of power to the engine control, a method for determining the cylinder position is required. Starting procedure, in which injected and ignited uncontrollably at any time and the internal combustion engine adjusts itself with the help of the engine control within a few working cycles to the desired operating point, are in a start-stop strategy due to the high number of startup processes not expedient, there would be significant disadvantages in terms of fuel consumption and emissions behavior would be contrary to the basic objective of switching off in the absence of power requirement. In addition, each startup would take a relatively long time, d. H. need a few crankshaft revolutions for synchronization.
Das eingangs beschriebene Verfahren, welches sich der beiden Sensoren, nämlich des Nockenwellensensors und des Kurbelwellensensors, zur Ermittlung der Zylinderstellung bedient, setzt prinzipbedingt voraus, dass die Brennkraftmaschine in Betrieb ist bzw. sich die Nockenwelle und die Kurbelwelle ausreichend schnell drehen, so dass die Sensoren ein Signal an die Motorsteuerung liefern können, weshalb auch eine Startvorrichtung vorgesehen ist, mit der die Kurbelwelle beim Starten zwangsweise in Drehung versetzt werden kann bzw. wird. Wird dabei ein Zylinder - wie oben beschrieben - als Referenzzylinder herangezogen, werden mindestens 720°KW, d. h. zwei Kurbelwellenumdrehungen zur Synchronisation benötigt.The method described above, which uses the two sensors, namely the camshaft sensor and the crankshaft sensor, to determine the cylinder position requires, in principle, that the internal combustion engine is in operation or rotate the camshaft and the crankshaft sufficiently fast, so that the sensors can provide a signal to the engine control, which is why a starting device is provided with which the crankshaft can be forcibly set in rotation at start or is. If a cylinder is used as the reference cylinder, as described above, at least 720 ° CA, i. H. two crankshaft revolutions needed for synchronization.
Nachteilig sind insbesondere die hohen Kosten für die Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens, nämlich die Notwendigkeit, zwei Sensoren vorsehen zu müssen. Disadvantages are, in particular, the high costs for the device for carrying out this method, namely the need to provide two sensors.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Synchronisation beim Starten einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, mit welchem die nach dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden und das sowohl einen Kurbelwellensensor als auch einen Nockenwellensensor entbehrlich macht.Against this background, it is the object of the present invention to provide a method for synchronization when starting a multi-cylinder internal combustion engine according to the preamble of
Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Synchronisation beim Starten einer fremdgezündeten Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit
- - mindestens zwei Zylindern (x ≥ 2), wobei jeder Zylinder einen mit einer Kurbelwelle verbundenen und bei rotierender Kurbelwelle zwischen einem unteren Totpunkt (
UT ) und einem oberen Totpunkt (OT ) oszillierenden Kolben umfasst und mindestens ein erster Zylinder (x = 1) mit einem Drucksensor zur messtechnischen Erfassung eines Zylinderdrucks in einem vom zylinderzugehörigen Kolben mit ausgebildeten zylinderzugehörigen Brennraum ausgestattet ist, und - - einer Startvorrichtung, mit der die Kurbelwelle beim Starten zwangsweise in Drehung versetzbar ist,
- - die Startvorrichtung aktiviert wird, um die Kurbelwelle in Drehung zu versetzen,
- - mittels Drucksensor der Zeitpunkt
TN1u detektiert wird, zu dem der Zylinderdruckpcyl,1 im ersten Zylinder (x = 1) eine vorgebbare DruckschwellepN übersteigt, und ein Druckgradient dp1 = pcyl,1(t2) - pcyl,1(t1) / (t2-t1) ermittelt wird, um zu verifizieren, dass der Zylinderdruckpcyl,1 im ersten Zylinder (x = 1) ein ansteigender Druck mit dp > 0 ist und sich der erste Zylinder im Kompressionstakt befindet, - - mittels Drucksensor der Zeitpunkt
TN1d detektiert wird, zu dem der Zylinderdruckpcyl,1 im ersten Zylinder (x = 1) die vorgegebene DruckschwellepN wieder unterschreitet, wobei eine Kompressionszeit Tcomp = (TN1d - TN1u) / 2 ermittelt wird, welche der zylinderzugehörige Kolben nach Übersteigen der vorgegebenen DruckschwellepN bis zum Erreichen des oberen Totpunktes (OT ) benötigt, und - - die Stellung des Kolbens mindestens eines Zylinders
x im oberen Totpunkt (OT ) ermittelt wird unter Verwendung der KompressionszeitTcomp und dem zylinderzugehörigen ZeitpunktTNxu , zu dem der Zylinderdruckpcyl,x im Zylinderx die vorgegebene DruckschwellepN übersteigt, wobei dieser mindestens eine Zylinderx befeuert wird, um die Brennkraftmaschine in Betrieb zu nehmen.
- at least two cylinders (x ≥ 2), each cylinder having a crankshaft connected thereto and a crankshaft rotating between a bottom dead center (FIG.
UT ) and a top dead center (OT ) comprises oscillating piston and at least one first cylinder (x = 1) is equipped with a pressure sensor for metrological detection of a cylinder pressure in a cylinder-associated piston formed by the cylinder-associated combustion chamber, and - a starting device with which the crankshaft is forcibly set in rotation during starting,
- the starting device is activated in order to set the crankshaft in rotation,
- - By means of pressure sensor the time
T N1u is detected, to which the cylinder pressurep cyl, 1 in the first cylinder (x = 1) a predefinable pressure thresholdp N is exceeded, and a pressure gradient dp 1 = p cyl, 1 (t 2 ) - p cyl, 1 (t 1 ) / (t 2 -t 1 ) is determined to verify that the cylinder pressurep cyl, 1 in the first cylinder (x = 1) is an increasing pressure with dp> 0 and the first cylinder is in the compression stroke, - - By means of pressure sensor the time
T N1d is detected, to which the cylinder pressurep cyl, 1 in the first cylinder (x = 1) the predetermined pressure thresholdp N again falls below, wherein a compression time T comp = (T N1d - T N1u ) / 2 is determined, which the cylinder-associated piston after exceeding the predetermined pressure thresholdp N until reaching top dead center (OT ), and - - The position of the piston of at least one cylinder
x at top dead center (OT ) is determined using the compression timeT comp and the cylinder related timeT Nxu to which the cylinder pressurep cyl, x in the cylinderx the predetermined pressure thresholdp N exceeds, with this at least one cylinderx is fired to put the internal combustion engine into operation.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann darauf verzichtet werden, die Brennkraftmaschine mit einem Kurbelwellensensor und einem Nockenwellensensor auszustatten.The method according to the invention makes it possible to dispense with equipping the internal combustion engine with a crankshaft sensor and a camshaft sensor.
Vielmehr wird die Brennkraftmaschine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens mit mindestens einem Drucksensor ausgestattet. Dabei wird mindestens ein Zylinder mit einem Drucksensor versehen, mit dem der Zylinderdruck im Brennraum dieses Zylinders messtechnisch erfasst werden kann. Dieser mindestens eine Zylinder wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung als erster Zylinder bzw. Referenzzylinder bezeichnet und zwar auch dann, falls dieser Zylinder gemäß der DIN-Norm eine andere Nummerierung hat, beispielsweise bei einem Vierzylinder-Reihenmotor ein innenliegender Zylinder ist.Rather, the internal combustion engine for carrying out the method according to the invention is equipped with at least one pressure sensor. In this case, at least one cylinder is provided with a pressure sensor with which the cylinder pressure in the combustion chamber of this cylinder can be detected by measurement. This at least one cylinder is referred to in the context of the present invention as the first cylinder or reference cylinder, even if this cylinder according to the DIN standard has a different numbering, for example, in an in-line four-cylinder engine is an internal cylinder.
In einem ersten Verfahrensschritt wird die Startvorrichtung aktiviert und die Kurbelwelle zwangsweise in Drehung versetzt.In a first method step, the starting device is activated and the crankshaft forcibly rotated.
Unter Verwendung des Drucksensors wird in einem zweiten Verfahrensschritt der Zylinderdruck
In einem dritten Verfahrensschritt wird mittels Drucksensor der Zeitpunkt
Mit Hilfe der im dritten Verfahrensschritt ermittelten Kompressionszeit
Dazu wird in einem vierten Verfahrensschritt mittels Drucksensor der zylinderzugehörige Zeitpunkt
Welcher Zylinder bzw. welche Zylinder innerhalb der nächsten beiden Kurbelwellenumdrehungen unter Verwendung der Kompressionszeit
Sind mehrere Zylinder mit einem Drucksensor ausgestattet, ist es besonders vorteilhaft, den Zylinder, welcher dem ersten Zylinder in der Zündfolge folgt und am nächsten ist, zu befeuern. Bei einem Vier-Zylinder-Reihenmotor, dessen Zylinder mit der Zündfolge 1 - 3 - 4 - 2 betrieben werden und bei dem der erste und vierte Zylinder mit einem Drucksensor ausgestattet sind, bietet es sich an, die beispielsweise beim ersten Zylinder ermittelte Kompressionszeit
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich ein Verfahren zur Synchronisation beim Starten einer fremdgezündeten Mehrzylinder-Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgezeigt, mit dem sowohl ein Kurbelwellensensor als auch ein Nockenwellensensor entbehrlich wird.With the method according to the invention, the object underlying the invention is achieved, namely a method for synchronization when starting a spark-ignited multi-cylinder internal combustion engine according to the preamble of
Weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens werden im Zusammenhang mit den bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens, die sich aus den Unteransprüchen ergeben, erläutert.Further advantages of the method according to the invention are explained in connection with the preferred embodiments of the method which emerge from the subclaims.
Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen die Drehzahl
Gemäß der vorstehenden Ausführungsform wird aus ermittelten Zeiten
Die verstrichene Zeitspanne [TN1u (t2) - TN1u (t1)] kann einem dazugehörigen Kurbelwinkelfenster, nämlich 720°KW, zugeordnet werden. Daraus ergibt sich die Drehzahl, denn in der verstrichenen Zeitspanne hat sich die Kurbelwelle zweimal gedreht.The elapsed time period [T N1u (t 2 ) -T N1u (t 1 )] can be assigned to an associated crank angle window, namely 720 ° CA. This results in the speed, because in the elapsed time, the crankshaft has rotated twice.
Sind mehrere Zylinder mit einem Drucksensor ausgestattet, beispielsweise bei einem Vier-Zylinder-Reihenmotor, dessen Zylinder mit der Zündfolge 1 - 3 - 4 - 2 betrieben werden, der erste und vierte Zylinder, kann mittels Drucksensor der Zeitpunkt
Das dazugehörige Kurbelwinkelfenster entspricht dem thermodynamischen Versatz der zu den ermittelten Zeitpunkten gehörenden Zylinder, nämlich dem Versatz des ersten und vierten Zylinders. Bei der oben gewählten Zündfolge beträgt der Versatz 360°KW.The associated crank angle window corresponds to the thermodynamic offset of the cylinders belonging to the determined times, namely the offset of the first and fourth cylinders. For the firing sequence selected above, the offset is 360 ° KW.
Die Genauigkeit bei der Ermittlung der Drehzahl
Bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, bei der nur ein erster Zylinder (x = 1) mit einem Drucksensor zur messtechnischen Erfassung des Zylinderdrucks ausgestattet ist, sind Verfahrensvarianten vorteilhaft, bei denen die Stellung des Kolbens des ersten Zylinders im oberen Totpunkt (
Die vorstehende Verfahrensvariante betrifft Brennkraftmaschinen, bei denen ein einziger Zylinder zur Durchführung des Verfahrens herangezogen wird, d. h. mit einem Drucksensor ausgestattet ist. Dieser erste Zylinder ist vorliegend auch der Zylinder, welcher als erstes befeuert wird und zur Ermittlung der Drehzahl der Kurbelwelle herangezogen wird.The above method variant relates to internal combustion engines, in which a single cylinder is used to carry out the method, d. H. equipped with a pressure sensor. In the present case, this first cylinder is also the cylinder which is fired first and used to determine the rotational speed of the crankshaft.
Auch wenn jeder Zylinder einer Brennkraftmaschine mit einem Drucksensor zur messtechnischen Erfassung des Zylinderdrucks ausgestattet ist, kann sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Synchronisation auf einen Zylinder, nämlich den erfindungsgemäß ersten Zylinder fokussieren, d. h. beschränken.Even if each cylinder of an internal combustion engine is equipped with a pressure sensor for metrological detection of the cylinder pressure, the method according to the invention for synchronization can focus on a cylinder, namely the first cylinder according to the invention, i. H. restrict.
Bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen, bei denen jeder Zylinder mit einem Drucksensor zur messtechnischen Erfassung des Zylinderdrucks ausgestattet ist, können daher auch Verfahrensvarianten vorteilhaft sein, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Stellung des Kolbens des ersten Zylinders im oberen Totpunkt (
Wie schon bei der vorherigen Verfahrensvariante können auch bei der vorstehenden Verfahrensvariante Ausführungsformen des Verfahrens vorteilhaft sein, bei denen die Drehzahl
Vorteilhaft können bei der in Rede stehenden Ausführungsform, bei der jeder Zylinder mit einem Drucksensor ausgestattet ist, aber auch Verfahrensvarianten sein, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Drehzahl
Bei Mehrzylinder-Brennkraftmaschinen mit vier Zylindern sind in diesem Zusammenhang Verfahrensvarianten vorteilhaft, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Drehzahl
Zur Synchronisation einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine, bei der jeder Zylinder mit einem Drucksensor zur messtechnischen Erfassung des Zylinderdrucks ausgestattet ist, können auch Verfahrensvarianten vorteilhaft sein, die dadurch gekennzeichnet sind, dass die Stellung des Kolbens des dem ersten Zylinder in der Zündfolge folgenden Zylinders
Der in der Zündfolge vorangehende Zylinder wird verwendet, um die Kompressionszeit
Diese Vorgehensweise beschleunigt die Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine erheblich. Ist jeder Zylinder der Brennkraftmaschine mit einem Drucksensor zur Erfassung des Zylinderdrucks ausgestattet, können zwei in der Zündfolge aufeinander folgende Zylinder zur Synchronisation herangezogen werden und ausreichen. Bei einem Vier-Zylinder-Reihenmotor genügen dann bereits 180°KW zur Synchronisation der Brennkraftmaschine.This procedure speeds up the commissioning of the internal combustion engine considerably. If each cylinder of the internal combustion engine is equipped with a pressure sensor for detecting the cylinder pressure, two consecutive cylinders in the firing sequence can be used for synchronization and be sufficient. In a four-cylinder in-line engine then already sufficient 180 ° KW for synchronization of the internal combustion engine.
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Verfahrensvarianten, bei denen die Drehzahl
Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen die vorgegebene Druckschwelle
Vorteilhaft sind auch Verfahrensvarianten, bei denen die vorgegebene Druckschwelle
Die Druckschwelle
Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen die vorgegebene Druckschwelle
Vorteilhaft sind in diesem Zusammenhang Verfahrensvarianten, bei denen die vorgegebene Druckschwelle
Vorteilhaft sind Verfahrensvarianten, bei denen ein Zylinder
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels gemäß der
-
1 schematisch die Druckverläufepcyl,x in den Zylindern einer fremdgezündeten Vierzylinder-Brennkraftmaschine beim Starten.
-
1 schematically the pressure curvesp cyl, x in the cylinders of a spark-ignited four-cylinder internal combustion engine when starting.
Bei dem in
Beim Starten wird die Kurbelwelle zunächst zwangsweise mittels Startvorrichtung in Drehung versetzt, wodurch sich die dargestellten Druckverläufe
In einem weiteren Verfahrensschritt wird mittels Drucksensor der Zeitpunkt
Unter Verwendung der Kompressionszeit
Um die Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine zu beschleunigen, d. h. den Startvorgang zu verkürzen, ist es vorliegend besonders vorteilhaft, die Stellung des Kolbens des dem ersten Zylinder in der Zündfolge folgenden dritten Zylinders (x = 3) im oberen Totpunkt (TDC3) unter Verwendung der Kompressionszeit
Vorliegend wird für die Synchronisation des Vier-Zylinder-Reihenmotors nur eine halbe Kurbelwellenumdrehung benötigt, d. h. 180°KW.In the present case, only half a crankshaft revolution is needed for the synchronization of the four-cylinder in-line engine, d. H. 180 ° KW.
Die Drehzahl
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- dp1 dp 1
- Druckgradient im ersten ZylinderPressure gradient in the first cylinder
- KWKW
- Kurbelwinkelcrank angle
- °KW° CA
- Grad KurbelwinkelDegree crank angle
- nmot n mot
- Drehzahl der Kurbelwelle, Drehzahl der BrennkraftmaschineSpeed of the crankshaft, speed of the internal combustion engine
- OTOT
- oberer TotpunktTop Dead Center
- pcyl,x p cyl, x
- Zylinderdruck im Zylinder xCylinder pressure in cylinder x
- pcyl,1(t1)p cyl, 1 (t 1 )
-
Zylinderdruck im ersten Zylinder zur Zeit
t1 Cylinder pressure in the first cylinder at the timet 1 - pcyl,1(t2)p cyl, 1 (t 2 )
-
Zylinderdruck im ersten Zylinder zur Zeit
t2 Cylinder pressure in the first cylinder at the timet 2 - pN p N
- vorgegebene bzw. vorgebbare Druckschwellepredetermined or predefinable pressure threshold
- Tcomp T comp
- Kompressionszeitcompression time
- tt
- ZeitTime
- TN1d T N1d
-
Zeitpunkt, zu dem der Druck im ersten Zylinder die Druckschwelle
pN unterschreitetTime at which the pressure in the first cylinder is the pressure thresholdp N below - TN1u T N1u
-
Zeitpunkt, zu dem der Druck im ersten Zylinder die Druckschwelle
pN übersteigtTime at which the pressure in the first cylinder is the pressure thresholdp N exceeds - TNxd T Nxd
-
Zeitpunkt, zu dem der Zylinderdruck im Zylinder
x die DruckschwellepN unterschreitetTime at which the cylinder pressure in the cylinderx the pressure thresholdp N below - TNxu T Nxu
-
Zeitpunkt, zu dem der Zylinderdruck im Zylinder
x die DruckschwellepN übersteigtTime at which the cylinder pressure in the cylinderx the pressure thresholdp N exceeds - TDCx TDC x
- oberer Totpunkt der Kompression im ersten Zylinder xtop dead center of compression in the first cylinder x
- UTUT
- unterer Totpunktbottom dead center
- xx
- Anzahl der Zylinder, Nummer des jeweiligen ZylindersNumber of cylinders, number of the respective cylinder
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