DE19804816A1 - Taktidentifiziereinheit für einen Viertaktmotor - Google Patents

Abstract

Um eine Taktidentifiziereinheit für einen Motor des Typs mit elektronischer Brennstoffeinspritzsteuerung/-regelung bereitzustellen, die Zylindertakte ohne Erfassung der Rotation einer Nockenwelle (1a) identifizieren kann, wird eine Taktidentifiziereinheit vorgeschlagen, umfassend einen Kurbelpulsgenerator (1c) zum Erfassen einer Phase einer Kurbelwelle (1a) eines Vier-Takt-Motors (1), einen zweiten Ansaugdrucksensor zum Erfassen von Ansaugdrücken in Ansaugleitungen, die mit Zylindern in Verbindung stehen, und eine Brennstoffeinspritzsteuereinheit (ECU) zum Identifizieren von Takten der Zylinder (10a) auf der Grundlage einer Beziehung zwischen der erfaßten Phase der Kurbelwelle (1a) und dem erfaßten Ansaugdruck.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Taktidentifiziereinheit, die insbesondere bei einem Viertaktmotor des Typs mit elektronischer Brennstoffeinspritzsteuerung/-regelung anwendbar ist.

Bei einem Viertaktmotor des Typs mit elektronischer Brennstoffeinspritzsteuerung/-regelung des Stands der Technik werden die Brennstoff-Einspritzzeitpunkte bestimmt, indem die Takte (Hübe) der Zylinder auf der Basis einer Beziehung zwischen einer Phase einer Kurbel­ welle, die durch einen Kurbelsensor erfaßt wird, und einer Phase einer Nockenwelle identifiziert werden.

Um die Phase der Nockenwelle zu erfassen, muß ein Nockensensor in einem Zylinderkopf des Motors angeordnet sein. Dies bedeutet, daß der Zylinderkopf größer wird und daß der Motor teurer wird. Ein großer Zylin­ derkopf ist nicht wünschenswert, da der Motor eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Motorrads, Höhenbeschränkungen unterliegt.

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um eine Taktidentifiziereinheit bereitzustellen, die Zylindertakte identifizieren kann, ohne eine Phase einer Kurbelwelle zu erfassen.

Gemäß der Erfindung wird eine Taktidentifiziereinheit für einen Viertakt­ motor bereitgestellt. Die Taktidentifiziereinheit umfaßt ein Phasenerfas­ sungsmittel zum Erfassen einer Phase einer Kurbelwelle, ein Ansaugdruck­ erfassungsmittei zum Erfassen eines Ansaugluftdrucks in Ansaugleitungen, die mit Zylindern des Motors in Verbindung stehen, und ein Taktidentifizier­ mittel zum Identifizieren von Takten der Zylinder auf der Basis einer Bezie­ hung zwischen der erfaßten Phase der Kurbelwelle und dem erfaßten Ansaugdruck.

Bei einem Viertaktmotor werden alle zwei Umdrehungen der Kurbelwelle (720°) vier Takte bzw. Hübe durchgeführt, nämlich ein Ansaugtakt, ein Kompressionstakt, ein Verbrennungstakt und ein Auspufftakt. Deshalb reicht eine einfache Erfassung der Phase der Kurbelwelle nicht aus, um den Ansaugtakt vom Verbrennungstakt oder den Kompressionstakt vom Auspufftakt zu unterscheiden. Bei der vorliegenden Erfindung wurde der Tatsache Rechnung getragen, daß ein Druck in einer Ansaugleitung, die mit einer Einsaugöffnung jedes Motorzylinders in Verbindung steht, sich zyklisch über alle zwei Umdrehungen der Kurbelwelle ändert. Damit ist der Ansaugtakt vom Verbrennungstakt unterscheidbar und ist der Kompressionstakt vom Auspufftakt unterscheidbar, nämlich auf der Basis einer Phase der Kurbelwelle und des sich zyklisch (periodisch) verändern­ den Ansaugdrucks. Diese Verfahrensweise, erfordert keine Erfassung einer Phase der Nockenwelle, wodurch die Motorstruktur vereinfacht werden kann und verhindert wird, daß der Motor große Abmessungen hat.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Zeichnung, die die Konfiguration der Taktidentifiziereinheit gemäß der Erfindung zeigt.

Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, das die Verbindung zwischen mit Ansaugleitungen verbundenen Feinrohren und dem Ansaug­ drucksensor zeigt.

Fig. 3(A), (B), (C) und (D) sind Diagramme, die Veränderungen der Ansaugdrücke in den mit der Zylindern in Verbindung stehen­ den Ansaugleitungen zeigen.

Fig. 4 ist ein Diagramm, das eine Veränderung des kombinierten Ansaugdrucks zeigt.

Fig. 5 ist ein Flußdiagramm der Taktidentifizierprozedur.

Fig. 6 ist ein Diagramm, das eine Veränderung des kombinierten Ansaugdrucks von mit zwei Zylindern in Verbindung stehen­ den Ansaugleitungen zeigt.

Im folgenden werden unter anderem die folgenden Bezugszeichen verwen­ det: 1 = Motor; 1a = Kurbelwelle; 1c = Kurbelpulsgenerator (Rotations­ erfassungsmittel); 10-10d = Zylinder; 11a-11d = Ansaugleitungen; 13a, 13b = Ansaugdrucksensor (Ansaugdruckerfassungsmittel); ECU = elektro­ nische Brennstoff-Einspritzsteuereinheit (Taktidentifiziermittel).

Es wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Das Bezugszeichen 1 bezeichnet einen Viertaktmotor des Typs mit elektronischer Brennstoffeinspritzsteue­ rung. Der Motor 1 umfaßt einen mit einer Kurbelwelle 1a gekoppelten Kurbelpulserrotor 1b und einen Kurbelpulsgenerator 1c, der benachbart dem Kurbelpulserrotor 1b angeordnet ist. Der Kurbelpulsgenerator 1c erzeugt im Zusammenwirken mit dem Kurbelpulserrotor 1b ein Kurbel­ rotationspulssignal. Wie in Fig. 2 gezeigt, stehen eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Ansaugleitung 11a-11d mit Ansaugöffnungen von Zylindern 10a-10d in Verbindung, sowie jeweils mit einem Ende eines Feinrohrs 12a-12d. Ein erster Ansaugdrucksensor 13a ist mit dem anderen Ende des ersten Feinrohrs 12a verbunden, um einen Ansaugdruck P1 in der ersten Ansaugleitung 11a zu erfassen. Die anderen Enden des zweiten bis vierten Feinrohrs 12b-12d laufen zusammen und sind mit einem zweiten Ansaügdrucksensor 13b verbunden, um einen kombinierten Drucks Ps (d. h. P2 + P3 + P4) in der zweiten bis vierten Ansaugleitung zu erfassen.

Die Zylinder 10a-10d sind hinsichtlich Struktur und Konfiguration im wesentlichen identisch. Die Funktion der Zylinder wird mit Bezugnahme auf den in Fig. 1 gezeigten ersten Zylinder 10a beschrieben.

Die Ansaugleitungen 11a-11d stehen mit Brennstoffeinspritzelementen 14a-14d in Verbindung, die mit einer elektronischen Brennstoffeinspritz­ steuereinheit (hiernach "ECU", d. h. electronic fuel injection control unit) verbunden sind und durch diese gesteuert werden.

Die ECU enthält nicht nur den Kurbelpulsgenerator 1c und den ersten und zweiten Ansaugdrucksensor 13a und 13b, sondern auch verschiedene andere Sensoren. Diese Sensoren sind die folgenden: ein Drosselventilöff­ nungssensor 16, der mit einer Welle zum Öffnen eines Drosselventils 15 verbunden ist, das stromaufwärts einer Zusammenlaufposition der An­ saugleitungen 11a-11d angeordnet ist; ein Ansaugtemperatursensor 18 (zum Erfassen einer Ansauglufttemperatur), der in einem weiter stromauf­ wärts von der vorangehenden Zusammenlaufposition angeordneten Luft­ reiniger angeordnet ist; ein Wassertemperatursensor 20, der in einem Kühlwasserweg 19 zum Kühlen der Zylinder 10a-10d angeordnet ist; und ein Umgebungsdrucksensor 21, der an einer vorbestimmten Position des Kraftfahrzeugs, insbesondere Motorrads angeordnet ist. Die ECU berechnet die durch die Einspritzelemente 14a-14d einzuspritzenden Grundmengen an Brennstoff auf der Basis des Ansaugdrucks Ps, der durch den zweiten Ansaugdrucksensor 13b erfaßt wird, und korrigiert die berechneten Men­ gen auf der Basis von Signalen vom Drosselöffnungssensor 16, vom Ansaugtemperatursensor 18, vom Wassertemperatursensor 20 und vom Umgebungsdrucksensor 21, wodurch die Brennstoffeinspritzmengen bestimmt werden, die für den. Betriebszustand des Motors geeignet sind.

Die ECU hat ferner Zugang zu einer Leerlaufmischungseinstelleinrichtung 22 und steuert die Brennstoffeinspritzmengen durch die Einspritzelemente 14a-14d während des Leerlaufs in Antwort auf ein Spannungssignal an einstellbaren Widerständen 22a-22d, die in der Leermischungseinstellein­ richtung 22 vorgesehen sind und jeweils einem der Zylinder 10a-10d entsprechen. Zusätzlich aktiviert die ECU ein Wasserthermometer 23 in Antwort auf das Signal vom Wassertemperatursensor 20, steuert eine Anzeigeeinheit 24 und erzeugt ein Tachometeraktivierungssignal auf der Basis einer Motordrehzahl, die gemäß dem Kurbelpulssignal berechnet wird, um ein Tachometer 25 zu aktivieren.

"BAT" bezeichnet eine Energieversorgungsbatterie und "SW" bezeichnet eine Schalteinheit der Energieversorgungsbatterie, um die ECU, eine Brennstoffpumpe FP, einen Ansaugventilsensor 26 und einen Geschwindig­ keitssensor 27 an- und auszuschalten. Ein Geschwindigkeitsanzeiger 29 eines Anzeigeabschnitts 28 wird in Antwort auf ein Signal vom Geschwin­ digkeitssensor 27 aktiviert.

Um die Brennstoffeinspritzung zu steuern, ist es notwendig, sowohl die Zeitpunkte zum Starten der Brennstoffinjektion (das Einspritztiming) als auch die Menge an einzuspritzendem Brennstoff zu bestimmen. Bei der vorliegenden Erfindung wurde der Tatsache Rechnung getragen, daß sich der Ansaugdruck über alle zwei Rotationen (d. h. 720°) der Kurbelwelle 1a zyklisch (periodisch) ändert. Der zweite Ansaugdrucksensor 13b erfaßt den kombinierten Druck Ps der Ansaugleitungen 11b-11d. Die Takte bzw. Hübe der Zylinder 10a-10d werden auf der Grundlage der Variation des kombi­ nierten Ansaugdrucks Ps und der Phase der Kurbelwelle 1a identifiziert, so daß die Brennstoffeinspritz-Zeitpunkte bzw. das Brennstoffeinspritz-Timing der Einspritzelemente 14a-14d für die Zylinder 10a-10d bestimmt werden.

Fig. 3(A) bis (D) sind Diagramme, die die Variation der Ansaugdrücke P1 P2, P3 und P4 in den Ansaugleitungen (1. bis 4. Ansaugleitung 11a-11d) zeigen. Fig. 4 zeigt die Variation des kombinierten Ansaugdrucks Ps in den Ansaugleitungen 11b, 11c und 11d (2. bis 4. Ansaugleitung). In diesen Diagrammen repräsentiert die Ordinate die Ansaugluftdrücke, wohingegen die Abszisse Perioden der Kurbelpulssignale (hiernach einfach "Pulssignale" genannt) repräsentiert, die durch den Kurbelpulsgenerator 1c erzeugt werden. Die Ziffern 1-7 an der Abszisse sind Pulssignalen zu­ geordnet, die während jeder Umdrehung der Kurbelwelle 1a erzeugt werden. Ferner repräsentieren #1 bis #4 Zeitpunkte, an denen die Kolben des ersten bis vierten Zylinders 10a-10d den oberen Totpunkt erreichen. Zum Beispiel erreicht der erste Kolben des ersten Zylinders 10a den oberen Totpunkt am Zeitpunkt #1 unmittelbar nachdem das erste Pulssignal ausgegeben wurde. Wenn man den ersten Zylinder als Startpunkt nimmt, erreichen die Kolben d in den Zylindern 10a-10d nacheinander den oberen Totpunkt an den Zeitpunkten #1, #2, #4 bzw. #3.

Die ECU identifiziert die Takte bzw. Hübe der jeweiligen Zylinder in einer durch ein Flußdiagramm gezeigten Prozedur (es wird auf Fig. 5 Bezug genommen).

Die ECU erfaßt das erste oder fünfte Pulssignal vom Kurbelpulsgenerator 1c (Schritt S1). Wenn das erste Pulssignal erfaßt wird, identifiziert die ECU ein kombiniertes Ansaugdrucksignal vom zweiten Ansaugluftdrucksensor 13b als Ps1 und speichert es im (nicht gezeigten) Speicher (Schritt S2). Als nächstes, wenn das zweite Pulssignal erfaßt wird (Schritt S3), leitet die ECU einen Absolutwert einer Differenz zwischen dem kombinierten An­ saugdrucksignal Ps1 (mit dem ersten Pulssignal im momentanen Zyklus erfaßt) und einem kombinierten Ansaugdrucksignal Ps1(b), das zusammen mit dem ersten Pulssignal in einem vorangehenden Zyklus erfaßt wurde, ab (Schritt S4). Falls der Absolutwert oberhalb eines vorbestimmten Werts X liegt, werden die kombinierten Ansaugdrucksignale Ps1 und Ps1(b) ver­ glichen (Schritt S5). Wenn das kombinierte Ansaugsignal Ps1 kleiner als Ps1(b) ist, bestimmt die ECU, daß der Kolben im ersten Zylinder 10a als erstes den oberen Totpunkt erreichen sollte (d. h. in einem durch "A" in Fig. 4 angezeigten Zustand; Schritt S6). Hiernach zählt die ECU die vorbestimmte Anzahl von Pulssignalen und sendet das Brennstoffeinspritz­ signal zu dem Einspritzelement 40a für den ersten Zylinder 10a (Schritt S7), um zu bewirken, daß das Einspritzelement 14a die vorbestimmte Brennstoffmenge einspritzt. Umgekehrt, wenn das Ansaugdrucksignal Ps1 größer als Ps1(b) ist, bestimmt die ECU, daß der Kolben im vierten Zylinder 10d den oberen Totpunkt zuerst erreichen sollte (d. h. in einem durch "C" in Fig. 4 gezeigten Zustand; Schritt S8), zählt die ECU die vorbestimmte Anzahl von Pulssignalen und liefert die ECU das Brennstoffeinspritzsignal zum vierten Einspritzelement 14d (Schritt S9), um zu bewirken, daß das Einspritzelement 14d die vorbestimmte Brennstoffmenge einspritzt.

Wenn der fünfte Puls im Schritt S1 erfaßt wird, arbeitet die ECU ähnlich wie oben beschrieben. In diesem Fall speichert die ECU ein kombiniertes Ansaugluftdrucksignal als ein Signal Ps5 im Speicher (Schritt S11). Als nächstes, wenn das sechste Pulssignal erfaßt wird, leitet die ECU einen Absolutwert einer Differenz zwischen dem kombinierten Ansaugdrucksignal Ps5 und einem kombinierten Ansaugluftdrucksignal Ps5(b) ab, das zu­ sammen mit dem fünften Pulssignal im vorangehenden Zyklus (Schritt S13) erfaßt wurde. Wenn der Absolutwert größer als der vorbestimmte Wert X ist, vergleicht die ECU Ps5 und Ps5(b) (Schritt S14). Falls Ps5 kleiner als Ps5(b) ist, bestimmt die ECU, daß der Kolben im zweiten Zylinder 10b als erstes den oberen Totpunkt erreichen sollte (d. h. in einem in Fig. 4 gezeigten Zustand B), zählt die ECU die vorbestimmte Anzahl von Puls­ signalen und sendet die ECU das Brennstoffeinspritzsignal zum zweiten Einspritzelement 14b (Schritt S16), was bewirkt, daß das Einspritzelement 14b die vorbestimmte Brennstoffmenge einspritzt. Umgekehrt, falls Ps5 größer als Ps5(b) ist, bestimmt die ECU, daß der Kolben im dritten Zylinder 10c als erstes den oberen Totpunkt erreichen sollte (d. h. in einem in Fig. 4 gezeigten Zustand D) zählt die ECU die vorbestimmte Anzahl von Pulssignalen und sendet die ECU das Brennstoffeinspritzsignal zum Einsprit­ zelement 14d (Schritt S18), wodurch bewirkt wird, daß das Einspritzel­ ement 14c die vorbestimmte Brennstoffmenge einspritzt.

Umgekehrt, falls die in den Schritt S14 und S13 abgeleiteten absoluten Differenzen kleiner als der vorbestimmte Wert X sind, wird eine Gruppen­ brennstoffeinspritzroutine durchgeführt (Schritt S19). In dieser Routine bzw. Prozedur wird, falls es unmöglich ist, den oberen Totpunkt im Kompressionstakt oder Auspufftakt zu identifizieren, Brennstoff stets eingespritzt, nachdem eine vorbestimmte Anzahl von Pulssignalen gezählt ist, wann immer ein oberer Totpunkt erfaßt wurde. Die Brennstoff-Einspritz­ zeitpunkte sind die gleichen für die Zylinder, in denen die Kolben unisono bezüglich der Kurbelwelle arbeiten. Deshalb werden diese Zylinder als eine Gruppe behandelt, für die ein Brennstoffeinspritz-Timing bestimmt wird. Bei dieser Ausführungsform bilden der erste und der vierte Zylinder 10a und 10d eine Gruppe, während der zweite und der dritte Zylinder 10b und 10c eine andere Gruppe bilden. Als ein Beispiel wird angenommen, daß Schritt 19 über Schritt S4 durchgeführt wird. Das Brennstoffeinspritzsignal wird zum ersten und vierten Einspritzelement 14a und 14d zugeführt, die dem ersten und vierten Zylinder 10a und 10d zugeordnet sind, nachdem die vorbestimmte Anzahl von Pulssignalen auf die Erfassung des zweiten Pulssignals folgend gezählt wurde, wodurch bewirkt wird, daß die Einspritzelemente 14a und 14d die vorbestimmte Brennstoffmenge ein­ spritzen. Falls Schritt 19 über Schritt S13 durchgeführt wird, wird das Brennstoffeinspritzsignal zum zweiten und dritten Einspritzelement 14b und 14c für die Zylinder 10b und 10d zugeführt, nachdem die vorbestimmte Anzahl von Pulssignalen der Erfassung des sechsten Pulssignals folgend gezählt wurde, so daß die Einspritzelemente 14b und 14c die vorbestimmte Brennstoffmenge einspritzen. Die einzuspritzende Brennstoffmenge wird, durch Kalibrierung angemessen eingestellt. Der vorbestimmte Wert X kann klein sein, und es besteht eine geringe Wahrscheinlichkeit einer fehlerhaf­ ten Identifizierung der Takte, falls die Variation des kombinierten Ansaug­ drucks Ps relativ klein ist. Umgekehrt, falls sich der kombinierte Ansaug­ druck Ps stark ändert, muß der vorbestimmte Wert X groß sein. Die Taktidentifizierung ist dann unmöglich, wenn das kombinierte Ansaug­ drucksignal nicht erfaßt werden kann, zum Beispiel aufgrund von Rauschen oder dergleichen, wenn die Motordrehzahl oberhalb des vorbestimmten Werts liegt oder wenn das Drosselventil stärker als der vorbestimmte Wert öffnet.

Bei der vorangehenden Ausführungsform werden die Brennstoffeinspritz­ zeitpunkte der Einspritzelemente 14a-14d auf der Grundlage der Tatsache bestimmt, daß sich der kombinierte Ansaugdruck Ps der Ansaugleitungen 11b-11d, die mit den Zylindern 10b-10d in Verbindung stehen, zyklisch (periodisch) ändert. Es ist allerdings möglich, die Brennstoffeinspritzzeit­ punkte auf die folgende Weise zu bestimmen. Der Innendruck einer mit einem Zylinder in Verbindung stehenden Ansaugleitung (vgl. Fig. 3(A)) oder der kombinierte Ansaugdruck der mit den Zylindern in verschiedenen Gruppen in Verbindung stehenden Ansaugleitungen (zum Beispiel Ansaug­ druck P1 der ersten Ansaugleitung und Innendruck P2 der zweiten An­ saugleitung, in Fig. 6 gezeigt) verändert sich zyklisch, während sich die Kurbelwelle um 720° dreht. Die Takte der Zylinder können auf Grundlage des vorangehenden Ansaugdrucks identifiziert werden, um die Brennstoff­ einspritzzeitpunkte für die Einspritzelemente 14a-14d zu bestimmen. Wenn zum Beispiel der Ansaugdruck P1 der ersten Ansaugleitung 14a verwendet wird, werden die Takte identifiziert durch Vergleichen von Werten des Ansaugdrucksignals am Zeitpunkt des Erfassens des dritten und siebten Pulssignals. Falls der in Fig. 6 gezeigte kombinierte Ansaugdruck verwen­ det wird, werden die Takte identifiziert durch Vergleichen der Ansaug­ signale, wenn das erste und fünfte Pulssignal erfaßt werden. Es ist ferner auch möglich, die Brennstoffeinspritzzeitpunkte unter Verwendung eines Ansaugdrucksensors zu steuern, der eine gewisse Spezifikation aufweist, Zylinder identifiziert und eine Tabellensuche durchführen kann.

Bei der vorangehenden Ausführungsform werden zwei kombinierte Ansaug­ drücke im vorangehenden und momentanen Zyklus, die nahe beieinander sind, verglichen, um die Takte der Zylinder zu identifizieren. Selbst wenn die kombinierten Ansaugdrücke etwas veränderlich sind, können die Zylindertakte präzise identifiziert werden. Umgekehrt, falls die Ansaug­ drücke im momentanen Zyklus stabil bleiben, wird der im vorangehenden Zyklus erfaßte kombinierte Ansaugdruck verwendet, um die Beziehung zwischen der zyklischen Variation der Ansaugdrücke und der Phase der Kurbelwelle zu bestimmen, so daß die Zylindertakte identifiziert werden.

Die Taktidentifiziereinheit nach der vorliegenden Erfindung wurde bezüglich Ausführungsformen in Anwendung auf einen Vier-Zylinder-Motor be­ schrieben. Die vorliegende Erfindung ist auch bei anderen Motoren an­ wendbar, beispielsweise einem Ein-Zylinder-Motor oder einem Sechs- Zylinder-Motor.

Um eine Taktidentifiziereinheit für einen Motor des Typs mit elektronischer Brennstoffeinspritzsteuerung/-regelung bereitzustellen, die Zylindertakte ohne Erfassung der Rotation einer Nockenwelle identifizieren kann, wird eine Taktidentifiziereinheit vorgeschlagen, umfassend einen Kurbelpuls­ generator zum Erfassen einer Phase einer Kurbelwelle eines Vier-Takt- Motors, einen zweiten Ansaugdrucksensor zum Erfassen von Ansaug­ drücken in Ansaugleitungen, die mit Zylindern in Verbindung stehen, und eine Brennstoffeinspritzsteuereinheit zum Identifizieren von Takten der Zylinder auf der Grundlage einer Beziehung zwischen der erfaßten Phase der Kurbelwelle und dem erfaßten Ansaugdruck.

Claims (1)

1. Taktidentifiziereinheit für einen Vier-Takt-Motor, umfassend:
   ein Phasenerfassungsmittel (1c) zum Erfassen einer Phase einer Kurbelwelle (1a) des Vier-Takt-Motors;
   ein Ansaugdruckerfassungsmittel (13a, 13b) zum Erfassen eines Ansaugluftdrucks in Ansaugleitungen, die mit Zylindern (10a-10d) des Motors (1) in Verbindung stehen; und
   ein Taktidentifiziermittel (ECU) zum Identifizieren von Takten der Zylinder (10a-10d) auf der Grundlage einer Beziehung zwischen der erfaßten Phase der Kurbelwelle (1a) und dem erfaßten Ansaugdruck.