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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Ermittlung von Segmentzeiten mit den Merkmalen des Oberbegriffs von Anspruch 1. Des weiteren betrifft die Erfindung einen zugehörigen Verbrennungsmotor, einen programmierbaren elektronischen Rechner und ein Computerprogramm.
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Brennkraftmaschinen sind zur Ermittlung optimaler Einspritzzeitpunkte meist sowohl mit Kurbelwellen- als auch mit Nockenwellengeberrädern und zugehörigen Sensoren als Nockenwellensegmentsensor und Kurbelwelleninkrementsensor ausgestattet. Dies betrifft sowohl Dieselmotoren als auch Otto-Motoren. Üblicherweise liefert das Nockenwellengeberrad Informationen zur absoluten Winkelstellung von Nockenwelle bzw. Kurbelwelle, das Kurbelwellengeberrad liefert Inkrementwinkel zur genaueren Bestimmung des Kurbelwellenwinkels. Die Winkelauflösung der Kurbelwellengeberscheibe liegt üblicherweise in der Größenordnung von einigen Grad, heutzutage meist etwa 6° Kurbelwellenwinkel, die Anzahl der Markierungen des Nockenwellengeberrades beträgt üblicherweise die Anzahl der Zylinder plus eins, bei einem Vierzylindermotor also beispielsweise fünf Markierungen. Die Markierungen des Nockenwellengeberrades sind heutzutage üblicherweise etwa 90°, meist 84°, vom oberen Totpunkt des jeweils zugeordneten Zylinders entfernt angebracht.
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Beim Start der Brennkraftmaschine wird diese mit Hilfe eines Starters auf eine Startdrehzahl gebracht. Es rotieren dann die Kurbel- und die Nockenwelle mit relativ konstanter Drehzahl, wobei die Kurbelwelle bekanntermaßen doppelt so schnell rotiert wie die Nockenwelle. Spätestens nach einer Umdrehung der Nockenwelle kann eine Synchronisation erfolgen, da der zusätzliche Zahn des Nockenwellengeberrades als Synchronisationsimpuls erkannt werden kann. Ab diesem Zeitpunkt kann im Normalbetrieb mit der korrekten Einspritzung begonnen werden. Die dazu benötigen Ansteuerimpulse werden vom Steuergerät der Brennkraftmaschine, das die Ausgangssignale der Sensoren verarbeitet, abgegeben. Beispielsweise löst das Steuergerät der Brennkraftmaschine die Bestromung der Einspritzventile bzw. den Förderbeginn zum richtigen Zeitpunkt aus und ermöglicht somit eine optimale Regelung der Brennkraftmaschine. Da die Geberscheibe auf der Kurbelwelle eine Vielzahl von Zähnen aufweist, entsteht ein Signal mit Impulsen, die schnell aufeinander folgen. Damit kann im Normallfall eine exakte Regelung der Brennkraftmaschine erreicht werden.
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Bei einem Ausfall der Kurbelwellensensoren soll nun allein mit dem Nockenwellensensor ein Notbetrieb ermöglicht werden.
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Aus der
EP 0 931 212 B1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem für die ersten Einspritzvorgänge bei dem Motorstart Korrekturfaktoren zur genaueren Bestimmung des jeweiligen Einspritzzeitpunktes errechnet werden. Die recht grobe Zeitauflösung des Nockenwellengeberrades, die zudem noch durch sehr starke Beschleunigungsvorgänge nach den ersten Einspritzungen beeinflusst wird, bewirkt nach dem Motorstart eine unzureichend genaue Bestimmung der Zeitpunkte für die weiteren Einspritzvorgänge zum Start des Motors. Die Einspritzzeitpunkte werden mit Hilfe der Korrekturfaktoren genauer berechnet.
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Nachteilig an dem Verfahren nach Stand der Technik ist, dass die Bestimmung der Korrekturfaktoren nur sukzessive erfolgen kann. Es ist also zur Ermittlung der Korrekturfaktoren zunächst ein einzelner Einspritzvorgang durchzuführen, mit dessen Hilfe ein erster Korrekturfaktor ermittelt wird, sodann ist bei Wiedererreichen einer konstanten Drehzahl, die durch den Anlasser vorgeben ist, durch zwei aufeinanderfolgende Einspritzvorgänge ein zweiter Korrekturfaktor zu ermitteln. Hat die Brennkraftmaschine danach wiederum eine konstante Drehzahl erreicht, so kann durch drei aufeinander folgende Einspritzvorgänge ein dritter Korrekturfaktor ermittelt werden. Mit Hilfe der so ermittelten Korrekturfaktoren können mehrere aufeinander folgende Einspritzvorgänge durchgeführt werden, so dass der Motor gestartet werden kann. Nachteilig an diesem Verfahren ist, dass hierzu eine recht große Anzahl an Motorumdrehungen notwendig ist. Zum einen führt dies zu einer erheblichen Belastung der Anlasserbatterie, zum anderen stellt der lange Anlassvorgang eine erhebliche Komforteinbuße dar.
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Aus der
DE 101 23 022 A1 ist ein Drehzahlerfassungsverfahren bekannt. Dabei wird zum Erfassen der Drehzahl einer Brennkraftmaschine ein mit der Kurbelwelle verbundenes Sektorenrad abgetastet und die Zeitdauer des Durchlaufens eines Sektors bestimmter Größe bestimmt. Dann werden aus einem Kennfeld betriebsparameterabhängige Korrekturfaktoren entnommen, um die gemessene Zeitdauer hinsichtlich im Betrieb der Brennkraftmaschine auftretender, periodischer Drehzahlschwingungen zu korrigieren.
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Aus der
DE 101 43 954 C1 ist ein Drehzahlerfassungsverfahren bekannt. Dabei wird zur Bestimmung der Drehzahl einer Brennkraftmaschine ein von der Brennkraftmaschine angetriebenes Sektorenrad abgetastet, ein Durchlauf eines bestimmten Segmentes des Sektorenrades erfasst und aus der Zeitdauer dieses Durchlaufs ein Drehzahlwert bestimmt. Dabei wird wiederholt die Dauer des Durchlaufs eines bestimmten Teilsegments gemessen und eine relative Änderung zwischen zwei aufeinander folgenden Teilsegmenten ermittelt und damit der Drehzahlwert korrigiert.
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Aus der
DE 102 34 949 C1 ist ein Verfahren zum Bestimmen diskreter Winkelposition einer Brennkraftmaschine mittels eines Nockenwellensignals bekannt. Dieses Verfahren dient dazu, bei Ausfall des Kurbelwellensensors die OT-Winkelposition der Kurbelwelle mittels eines Nockenwellensignals zu bestimmen. Hierbei werden die Winkelmarken des Nockenwellensignals zum Erkennen der OT-Winkelpositionen der Kurbelwelle für eine Zylindergruppe verwendet während anhand dieser Winkelmarken die anschließend erreichten OT-Winkelpositionen der Kurbelwelle für die andere Zylindergruppe abgeschätzt werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren anzugeben, das den Anlassvorgang verkürzt.
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Vorteile der Erfindung
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Das zuvor dargestellte Problem wird durch ein Verfahren zur Ermittlung von Segmentzeiten, die den zeitlichen Abstand zwischen zwei Markierungen auf einem von einer Brennkraftmaschine antreibbaren rotierenden Körper entsprechen, wobei bei im Wesentlichen konstanter Anfangsdrehzahl des rotierenden Körpers gezielt Beschleunigungsvorgänge ausgelöst werden, indem ein Magnetventil bestromt wird oder ein sonstiges Ansteuersignal vom Steuergerät abgegeben wird, wodurch eine Verbrennung in einem Zylinder ausgelöst wird und zu einer Beschleunigung des rotierenden Körpers führt, wobei Beschleunigungsfaktoren Rk = Tk/Tk-1 zur Ermittlung optimaler Einspritzzeitpunkte ermittelt werden, bei dem die Beschleunigungsfaktoren R einem Kennfeld entnommen werden, gelöst.
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Die für jeden Anlassvorgang adaptiv ermittelten Beschleunigungsfaktoren sind überwiegend von der Motortemperatur sowie der jeweils aktuellen Drehzahl abhängig. Bei reproduzierbaren Anfangsbedingungen sind daher auch die Beschleunigungsfaktor in etwa reproduzierbar. Es hat sich für die Praxis daher als ausreichend erwiesen, die Beschleunigungsfaktoren aus einem Kennfeld zu gewinnen, in welches mindestens die Motortemperatur und die Motordrehzahl einfließen. Das Kennfeld wird in bekannter Weise in einen Speicher einer Regeleinrichtung für die Brennkraftmaschine abgelegt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht einen Motorstart im Notbetrieb, d. h. bei Ausfall des Kurbelwellensensors, in nur einer Phase. Es werden für die ersten Einspritzvorgänge, es handelt sich vorzugsweise um drei Einspritzvorgänge, die erforderlichen Beschleunigungsfaktoren unmittelbar jeweils aus dem Kennfeld ermittelt.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass vor der ersten Einspritzung aus den jeweils aktuellen Motordaten, insbesondere Motordrehzahl und Motortemperatur, die für die darauffolgenden vorzugsweise drei Einspritzvorgänge maßgeblichen Beschleunigungsfaktoren aus dem Kennfeld ermittelt werden. Vor Beginn der ersten Einspritzung werden also sämtliche Beschleunigungsfaktoren ermittelt.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Beschleunigungsfaktoren aus einem Kennfeld, das mindestens von den Faktoren Motortemperatur sowie Motordrehzahl abhängig ist, gewonnen werden. Ebenso können aber auch weitere Parameter in das Kennfeld eingehen.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass die Ermittlung der Beschleunigungsfaktoren nach folgender Beziehung erfolgt: der Beschleunigungsfaktor Rk = Segmentzeit Tk + x/Segmentzeit Tk+x-1. Die Beschleunigungsfaktoren werden vorzugsweise für eine größere Motorenserie im Versuch ermittelt. Dabei sind sämtliche Parameterbereiche der eingehenden Faktoren, diese sind vorzugsweise Motortemperatur sowie Motordrehzahl, zu durchfahren.
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In einer weiteren Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass bei im Wesentlichem konstanter Motordrehzahl ein erster Einspritzvorgang ausgelöst wird, wobei zumindest der Einspritzzeitpunkt des zweiten Einspritzvorgangs anhand der in dem Kennfeld abgelegten Beschleunigungsfaktoren ermittelt wird. Vorzugsweise werden der zweite und ein dritter Einspritzzeitpunkt anhand der in dem Kennfeld abgelegten Beschleunigungsfaktoren ermittelt. Üblicherweise kann mit drei Einspritzungen der Start der Brennkraftmaschine bewirkt werden. Die weiteren Einspritzungen erfolgen ohne Berücksichtigung der Beschleunigungsfaktoren. Sollte ein Start der Brennkraftmaschine mit drei Einspritzvorgängen nicht möglich sein, so können auch mehr als drei Einspritzvorgänge unter Berücksichtigung von Beschleunigungsfaktoren ausgelöst werden.
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Das eingangs genannte Problem wird auch durch die Verwendung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Start einer Brennkraftmaschine mit einem Nockenwellensegmetsensor sowie ein Kurbelwelleninkrementsensor bei Ausfall des Kurbelwelleninkrementsensors, gelöst. Der Nockenwellensegmetsensor arbeitet mit dem Nockenwellengeberrad zusammen, der Kurbelwelleninkrementsensor entsprechend mit dem Kurbelwellengeberrad.
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Das eingangs genannte Problem wird auch durch einen Verbrennungsmotor mit einem Steuergerät, welches Mittel umfasst, die nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche arbeiten können, gelöst.
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Das eingangs genannte Problem wird auch durch ein Mittel zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, insbesondere programmierbarer elektronischer Rechner mit einer gespeicherten ausführbaren Befehlsfolge, mit der die Mittel ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche steuern können gelöst.
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Das eingangs genannte Problem wird auch durch ein Computerprogramm, das auf einem durch einen Computer nutzbaren Medium gespeichert ist, gekennzeichnet durch Programmteile, die Verfahrensschritte nach einem der vorhergehenden auf ein Verfahren gerichteten Ansprüche steuern können, gelöst.
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Zeichnungen
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der nachstehenden Beschreibung anhand der zugehörigen Zeichnung näher erläutert.
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Die Figuren zeigen:
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1: eine Skizze einer Anordnung eines Nockenwellengeberrades und eines Kurbelwellengeberrades mit zugehöriger Regeleinrichtung;
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2 einen Startvorgang als Skizze des Kurbelwellenwinkels über der Zeit.
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1 zeigt die für das Verständnis der vorliegenden Erfindung wesentlichen Bestandteile einer Brennkraftmaschine. Ein Kurbelwellengeberrad 11 ist mit einer Kurbelwelle 10 der Brennkraftmaschine verbunden. Das Kurbelwellengeberrad 11 weist an seinem Umfang eine Vielzahl von Winkelmarken 12 auf, die von einander einen Winkelabstand 13 aufweisen. Wenigstens einer der Abstände zwischen zwei gleichartigen Winkelmarken ist größer und entspricht beispielsweise zwei fehlenden Winkelmarken.
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Eine Nockenwelle 15 ist mit einem Nockenwellengeberrad 16 verbunden, welches an seinem Umfang Schlitze 17 aufweist, die von einander den gleichen Abstand haben. Zusätzlich ist ein weiterer Schlitz 18 vorhanden, der zur Synchronisation dient und ca. 15° von einem der regulären Schlitze 17 entfernt ist. Für das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel einer Sechszylinder-Brennkraftmaschine werden beispielsweise üblicherweise sechs Schlitze 17 und drei Bezugsmarken 14 vorgesehen. Ein derartiges Nockenwellengeberrad 16 wird als Z + 1 Geberrad bezeichnet, wobei Z die Anzahl der Zylinder bezeichnet. Alternativ kann die Anzahl der Schlitze 17 von der Zylinderzahl abweichen, statt eines Z + 1 Geberrades könnten hier auch weniger oder mehr Schlitze 17 bzw. Bezugsmarken 14 angeordnet sein.
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Die Kurbelwelle 10 und die Nockenwelle 15 sind mit einander über einen Antrieb 19 verbunden. Die Nockenwelle 15 dreht sich üblicherweise halb so schnell wie die Kurbelwelle 10.
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Zur Abtastung der beiden Geberscheiben 11, 16 sind feststehende Sensoren 20, 21, die beispielsweise induktiv oder kapazitiv arbeiten können, vorhanden, die ein Ausgangssignal S1, S2 liefern, das nach einer Signalaufbereitung, die Fehlersignale unterdrücken soll, einen Verlauf aufweist, der der Oberflächenstruktur der beiden Geberscheiben 11, 16 entspricht. Die Auswertung der Signal S1 und S2 erfolgt im Steuergerät 22 der Brennkraftmaschine, das in bekannter Weise wenigstens einen Mikroprozessor sowie geeigntete Speichermittel umfasst. Das Steuergerät 22 berechnet in Abhängigkeit der von den Sensoren 20, 21 gelieferten Signale S1, S2 Ansteuerimpulse, beispielsweise zur Bestromung der Einspritzventile oder für den Kraftstoffförderbeginn. Diese Ansteuersignale werden über Verbindungen 23 den jeweiligen Bauteilen zugeführt. Dem Steuergerät 22 können über Verbindung 24 weitere Informationen hinsichtlich des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine oder der Umgebung, in der sich die Brennkraftmaschine befindet, zugeführt werden. Diese zusätzlichen Informationen können bei der Berechnung der Ansteuersignale berücksichtigt werden, sie werden z. B. von geeigneten Sensoren geliefert.
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Mit den in 1 dargestellten Bestandteilen einer Brennkraftmaschine lässt sich bei gegebener Funktionsfähigkeit der beiden Sensoren 20 und 21 eine Regelung der Brennkraftmaschine durchführen. Nach dem Start der Brennkraftmaschine werden die Kurbel- bzw. Nockenwelle vom nicht dargestellten Starter zunächst auf eine konstante Drehzahl gebracht. Die Drehung des Nockenwellengeberrades 16 sowie des Kurbelwellengeberrades 11 werden in den Sensoren 20, 21 Signale erzeugt, auf deren zeitlicher Abfolge die Drehzahl der Kurbel- bzw. Nockenwelle ermittelbar ist. In Folge der charakteristischen Pulsfolgen lässt sich spätestens nach einer Umdrehung der Nockenwelle und somit nach zwei Umdrehungen der Kurbelwelle eine Synchronisation durchführen, so dass im Steuergerät 22 eine jeweilige Winkelstellung der Kurbelwelle über der Zeit bekannt ist. Damit ist auch die Stellung der Kolben der Zylinder und die jeweiligen Einspritzzeitpunkte bzw. Zündzeitpunkte bekannt.
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Bei einem Ausfall des Sensors 20, der das Kurbelwellengeberrad 11 abtastet, erhält das Steuergerät 22 lediglich Informationen von dem Sensor 21, der das Nockenwellengeberrad 16 abtastet. Bei einem Ausfall bei laufender Brennkraftmaschine ist es nun erforderlich, die Einspritz- bzw. Zündzeitpunkte allein aus den Signalen des Nockenwellengeberrades 16 zu ermitteln. Tritt der Ausfall bereits vor Start der Brennkraftmaschine auf, so ist nunmehr bereits der Start der Brennkraftmaschine allein anhand der Informationen des Nockenwellengeberrades 16 durchzuführen.
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Für die Durchführung des Notstarts ist in dem Steuergerät 22 ein Kennfeld abgespeichert, das Korrekturfaktoren enthält, mit dessen Hilfe die jeweiligen Segmentzeiten berichtigt werden, da diese nach jedem Einspritzvorgang durch die sich daran anschließende Beschleunigung der Kurbelwelle gegenüber einer Rotation der Kurbelwelle mit konstanter Drehzahl verändert werden.
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Nachfolgend wird das Verfahren zum Start der Brennkraftmaschine bei bekannten Beschleunigungsfaktoren R dargestellt. Die Ermittlung der Beschleunigungsfaktoren R selbst ist ausführlich in der
EP 0 931 212 B1 beschrieben.
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Die Beschleunigungsfaktoren R werden in dieser Schrift als Beschleunigungsquotienten Q bezeichnet.
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2 zeigt einen Startvorgang als Skizze des Kurbelwellenwinkels über der Zeit. Der Einfachheit halber dargestellt sind jeweils nur die Zeitpunkte, zu denen ein Signal des Nockenwellengeberrades vorliegt. Diese Zeitpunkte sind jeweils durch einen senkrechten Strich sowie die Zahlen 0, 1, 2 sowie 3 gekennzeichnet. Der Zeitpunkt 0 kann beispielsweise anhand des zusätzlichen Schlitzes 18 des Nockenwellengeberrades 16 ermittelt werden. Vor dem Zeitpunkt 0 liegt eine konstante Drehzahl der Kurbelwelle und damit der Nockenwelle vor, diese konstante Drehzahl wird durch den Starter erzeugt. Zwischen dem Zeitpunkt 0 und dem Zeitpunkt 1 erfolgt nun eine erste Einspritzung. Der Einspritzzeitpunkt kann anhand des Signals des Nockenwellengeberrades 16 bestimmt werden. Üblicherweise liegt der Einspritzzeitpunkt hier in etwa im Bereich des oberen Totpunkts des zugehörigen Zylinders. Zum Zeitpunkt 1 ist also die Einspritzung 1 erfolgt, eine Beschleunigung des Motors ist jedoch noch nicht messbar. Die darauf folgende Einspritzung wird ebenfalls durchgeführt. Aufgrund der Beschleunigungsvorhersage R0, die dem Kennfeld des Steuergerätes 22 entnommen wurde, kann die zweite Einspritzung genügend genau erfolgen. Zum Zeitpunkt 2 ist die zweite Einspritzung ebenfalls erfolgt. Die darauf folgende Einspritzung wird aktiviert. Aufgrund der Beschleunigungsvorhersage anhand des Beschleunigungsfaktors R2 kann die dritte Einspritzung ebenfalls genau platziert werden.
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Zum Zeitpunkt 3 ist die dritte und letzte Einspritzung des Starts mit dem Signal aus dem Nockenwellengeber allein erfolgt. Die nun folgenden Einspritzungen werden nicht weiter durch Beschleunigungsfaktoren korrigiert. Sämtliche Beschleunigungsfaktoren R0, R1 sowie R2 können entweder geschlossen anhand der vor dem Zeitpunkt 0 vorliegenden Motordrehzahl sowie der Motortemperatur oder jeweils einzeln ermittelt werden. Im zweitgenannten Fall wird also der Beschleunigungsfaktor R0 zum Zeitpunkt 0 bzw. im Zeitraum T0, der Beschleunigungsfaktor R1 entsprechend nach erfolgter erster Einspritzung, also im Zeitraum T1, und der Beschleunigungsfaktor R2 nach erfolgter zweiter Einspritzung, also im Zeitraum T2 ermittelt.
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Die Beschleunigungsfaktoren R können durch ein adaptives bzw. selbstlernendes Verfahren während des Fahrzeugbetriebes angepasst werden. Dazu erfolgt bei einem Startvorgang mit in dem kennfeld abgelegten Beschleunigungsfaktoren R eine erneute Ermittlung der Beschleunigungsfaktoren R, die dann mittels des adaptiven bzw. selbstlernenden Verfahrens weiterbearbeitet werden.
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Der zuvor dargestellte Verfahrensablauf zum Start einer Brennkraftmaschine allein anhand des Steuerimpulses des Nockenwellengeberrades kann auch bei einer Brennkraftmaschine mit einer hohen Zylinderanzahl Anwendung finden. Üblicherweise ist bei Brennkraftmaschinen mit hoher Zylinderzahl ein Zwei-Steuergeräte-Konzept (Master/Slave) vorgesehen. Ein Verfahren nach Stand der Technik, bei dem die Beschleunigungsfaktoren adaptiv ermittelt werden, würde hier versagen, da die adaptive Ermittlung von den einzelnen Steuergeräten selbständig durchgeführt werden würde. Alternativ müssten beide Steuergeräte die ermittelten Daten untereinander austauschen, was zu einer deutlichen Verlängerung des Anlassvorganges und zu zusätzlichen Schaltungsmaßnahmen zur Kommunikation der beiden Steuergeräte führen würde. Das hier vorgestellte erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch auch bei zwei oder gar mehr Steuergeräten anwendbar, da nach Bestimmung des gemeinsamen Anfangszeitpunktes für beide Steuergeräte diese voneinander unabhängig arbeiten können, da sämtliche Beschleunigungsfaktoren nunmehr definiert und bekannt sind.
