DE19947764A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erkennen des Arbeitszustandes eines Zylinders einer 6-Zylinder- oder 12-Zylinder-Verbrennungsmaschine - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Erkennen des Arbeitszustandes bzw. Arbeitstaktes eines Zylinders einer 6-Zylinder- oder 12-Zylinder-Verbrennungsmaschine, wobei ein mit einer Kurbelwelle der Verbrennungsmaschine gekoppelter Geber pro Kurbelwellenumdrehung ein Gebersignal (G) ausgibt, welches dem Arbeitszustand des ersten oder vierten bzw. des ersten oder siebten Zylinders zuordenbar ist, wobei eine insbesondere kurbelwellengekoppelt bzw. kurbelwellensynchronisiert antreibbare Förderpumpe, insbesondere eine Förderpumpe eines Common-Rail-Einspritzsystems, in einem ersten Betriebszustand mit einer der Zylinderzahl entsprechenden Taktzahl, und in einem zweiten Betriebszustand mit einer der halben Zylinderzahl entsprechenden Taktzahl betrieben wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen des Arbeitszustandes bzw. Arbeitstaktes eines Zylinders einer 6-Zylinder- oder 12-Zylinder- Verbrennungsmaschine nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. dem Oberbegriff des Patentanspruchs 3.

Bei verschiedenen Arten von Steuerungen oder Regelungen bei Brennkraftmaschinen, insbesondere der Zündung und/oder Einspritzung bei Viertaktmotoren, ist eine Erkennung des Arbeitstaktes eines bestimmten Zylinders erforderlich. Üblicherweise ist hierfür ein Geber vorgesehen, der auf eine an der Nockenwelle der Brennkraftmaschine angebrachte Marke anspricht. Da aber beispielsweise aufgrund des mechanischen Spiels die Winkelgenauigkeit derartiger Geber nicht ausreicht, wird dieses Gebersignal zusätzlich mit einem Signal eines Drehzahlgebers verknüpft, der auf Marken einer sich mit der Kurbelwelle drehenden Geberscheibe anspricht. Aus der US-PS 3,592,178 ist ein elektronisches Zündsystem bekannt, bei dem zur Zündwinkelregelung und Zylindererkennung, die einer Arbeitstakterkennung entspricht, eine sich synchron mit dem Verteilerfinger des Zündverteilers drehende Geberscheibe verwendet wird. Ein Geber ist für eine kontinuierliche Drehwinkelinformation vorgesehen, ein weiterer Geber ist für eine Zylindererkennung vorgesehen.

Aus der WO 97/05971 ist ein Verfahren zur Erkennung des Arbeitstaktes einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem durch Vergleich eines kurbelwellenwinkelsynchronen Signals und eines durch die Verbrennungsvorgänge der Brennkraftmaschine modulierten Signals eine Erkennung möglich ist, ob ein Zylinder sich gerade im Arbeitstakt befindet.

Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß es bei herkömmlichen Zylindererkennungssystemen üblich ist, zwei Geber zu verwenden. Hierbei ist häufig ein Drehzahlgeber auf der Kurbelwelle, ein weiterer auf der Nockenwelle des Kraftfahrzeugs angeordnet. Bei einem Viertakt-Motor werden zwei Kurbelwellenumdrehungen bzw. eine Nockenwellenumdrehung für einen Zylinderzyklus benötigt. Im störungsfreien Fall wird daher die Zylinderzuordnung des Kurbelwellenutdrehungssignals mit Hilfe des Signals von der Nockenwelle durchgeführt.

Fällt jedoch der Drehzahlgeber der Nockenwelle aus, erweist es sich bei herkömmlichen Systemen als sehr aufwendig, den genauen Arbeitszustand beispielsweise des ersten Zylinders festzustellen. Die Feststellung des Arbeitszustands des ersten Zylinders ist jedoch nach einem Neustart des Kraftfahrzeugs notwendig, um einen weiteren Betrieb des Systems zu ermöglichen.

Aufgabe der Erfindung ist eine gegenüber herkömmlichen 4 Systemen vereinfachte Erkennung des Arbeitszustandes eines Zylinders, insbesondere des ersten Zylinders, einer 6- Zylinder- oder 12-Zylinder-Verbrennungsmaschine zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3.

Insbesondere bei mit Common-Rail-Einspritzsystemen ausgebildeten Verbrennungsmaschinen ist nun in einfacher Weise der Arbeitszustand bzw. Arbeitstakt des ersten Zylinders eines Zylinderzyklus feststellbar.

Es wird erfindungsgemäß ausgenutzt, daß, beispielsweise bei Common-Rail-Systemen, eine Synchronisation zwischen Arbeitstakt der jeweiligen Zylinder und Pumpentaktzahl einer Common-Rail-Hochdruckpumpe auftritt bzw. eingestellt werden kann. Mittels selektiver Ansteuerung der Pumpe ist in einfacher Weise eine logische Verknüpfung des von der Pumpe bewirkten Drucksignals mit einem Gate-Array- Synchronisationssignal von einem Kurbelwellengeber zur Feststellung des Arbeitstaktes des ersten Zylinders durchführbar.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Förderpumpe als Zweistößelpumpe ausgebildet, wobei die Förderpumpe zur Darstellung des ersten Betriebszustandes mit zwei Stößeln, und zur Darstellung des zweiten Betriebszustandes mit einem Stößel betrieben wird. Eine derartige Pumpensteuerung ist beispielsweise über eine geeignete Software durchführbar, mittels derer eine Pumpenhälfte wahlweise abschaltbar ist. Beispielsweise über eine codierte Steckverbindung kann gewährleistet werden, daß die Pumpe derart gesteuert bzw. abgeschaltet wird, daß beim Arbeitstakt des ersten Zylinders ein Druckmaximum in einer der Förderpumpen zugeordneten Druckkammer, insbesondere der Verteilerleiste eines Common-Rail-Systems, auftritt.

Dadurch, daß der Druckaufbau nur bei jedem zweiten Zylinder maximal ist, kommt es zwischen den jeweiligen Zylindern zu Drucktälern. Somit ist bei der Förderung mit nur einem Stößel beim Arbeitstakt des Zylinders 1 ein maximaler Druck, und beim Arbeitstakt des Zylinders 4 ein minimaler Druck erzeugbar, so daß die Arbeitszustände des ersten bzw. vierten Zylinders voneinander unterscheidbar sind. Würde die Förderpumpe pro Zylinder ein Druckmaximum erzeugen, wäre der Arbeitszustand des Zylinders 1 von demjenigen des Zylinders 4 nicht unterscheidbar. Da bei jedem Arbeitstakt bzw. Arbeitszustand des ersten und vierten Zylinders auf der Kurbelwelle ein entsprechendes Drehzahlgebersignal anliegt (Gate-Array-Synchronisation), ist mittels logischer Verknüpfung des Drucksignals und des Drehzahlgebersignals der Kurbelwelle der Arbeitszustand des ersten Zylinders eindeutig feststellbar, d. h., liegt bei einer Gate-Array- Synchronisation ein Druckmaximum vor, ist damit der Arbeitszustand des ersten Zylinders 1 positiv erkannt.

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert. In dieser zeigt

die einzige Figur ein Signaldiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer 6- Zylinder-Verbrennungsmaschine.

In der ersten Zeile der Fig. 1 ist ein Signal G dargestellt, das von einem Geber herrührt, der auf eine an einer sich mit einer Kurbelwelle synchron drehenden Geberscheibe angebrachten Marke anspricht. Das Signal G entspricht also einer Pulsfolge, die durch eine Folge von Einzelimpulsen gebildet wird, welche bei jeder vollen Umdrehung der Geberscheibe bzw. der Kurbelwelle ausgelöst werden.

In der zweiten Zeile der Figur ist, für zwei verschiedene Betriebszustände, der in einer Verteilerleiste eines Common-Rail-Speichereinspritzsystems auftretende Druck dargestellt. Der Druck des Speichereinspritzsystems wird mittels einer Zweistößelpumpe erzeugt, welche an sich bekannt ist und daher nicht weiter erläutert werden muß. Der normale Betriebszustand einer Doppelstößelpumpe ist mittels der gestrichelt eingezeichneten Kurve 1 charakterisierbar: Es kommt während eines Zylinderzyklus, d. h. des Durchlaufens der Arbeitstakte bzw. -zustände sämtlicher 6 Zylinder, zu einer entsprechenden Anzahl von Druckmaxima bzw. Druckminima. Mit BDC sind hierbei jeweils die unteren Totpunkte der Zylinder (engl.: Bottom Dead Centre) bezeichnet. Man erkennt, daß anhand einer logischen Verknüpfung der Signale G und 1 eine Unterscheidung der Arbeitszustände des ersten bzw. des vierten Zylinders (welche einer identischen Winkellage der Kurbelwelle zugeordnet sind) nicht möglich ist.

Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, daß während eines zweiten Betriebszustandes der Förderpumpe ein Druckverlauf erzeugbar ist, wie er mittels der mit durchgezogener Linie dargestellten Kurve 2 angegeben ist. Durch Betreiben einer Zweistößelpumpe mit nur einem Stößel erhält man eine Druckverlaufskurve, welche nur bezüglich jedes zweiten Zylinders ein Druckmaximum aufweist. Für einen 6-Zylinder- Motor bedeutet dies, daß bei geeigneter Einstellung des Teilbetriebes der Förderpumpe beim Arbeitszustand des ersten Zylinders ein Druckmaximum, und beim Arbeitszustand des vierten Zylinders ein Druckminimum auftritt. Durch logische Verknüpfung der Kurve 2 mit dem Signal G ist daher der Arbeitszustand des Zylinders 1 eindeutig feststellbar, d. h. eindeutig vom Arbeitszustand des Zylinders 4 unterscheidbar.

Da die einzelnen Zylinder der Brennkraftmaschine in einer festen Phasenbeziehung zueinander stehen, lassen sich durch einfache Winkeladditionen gleichfalls die entsprechenden Arbeitstakte jedes beliebigen Zylinders feststellen, was an sich bekannt ist und zur Vereinfachung der Darstellung hier nicht weiter erläutert werden soll.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere dann vorteilhaft einsetzbar, wenn ein auf einer Nockenwelle ausgebildeter Drehzahlgeber ausfällt. Es ist jedoch ebenfalls möglich, das erfindungsgemäße Verfahren regelmäßig, d. h. für den Normalbetrieb eines Kraftfahrzeugs, das keinen Nockenwellengeber aufweist, zu verwenden. Es ist zu diesem Zwecke beispielsweise möglich, nach einem Start des Kraftfahrzeugs gezielt eine Pumpenhälfte der Zweistößelpumpe abzuschalten, um so lediglich aufgrund des dann erhaltenen Drucksignals und eines Kurbelwellengebersignals eine eindeutige Winkelzuordnung der Arbeitszustände der einzelnen Zylinder zu erreichen. Nach Durchführung dieser eindeutigen Zuordnung kann dann die Zweistößelpumpe auf Zweistößelbetrieb umgeschaltet werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren wurde anhand einer 6- Zylinder-Verbrennungsmaschine dargestellt. Das beschriebene Verfahren ist in analoger Weise für 12-Zylinder- Verbrennungsmaschinen einsetzbar, wobei in diesem Fall mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Unterscheidung des ersten und des siebten Zylinders durchgeführt wird.

Claims (4)

1. Verfahren zum Erkennen des Arbeitszustandes bzw. Arbeitstaktes eines Zylinders einer 6-Zylinder- oder 12- Zylinder-Verbrennungsmaschine, wobei ein mit einer Kurbelwelle der Verbrennungsmaschine gekoppelter Geber pro Kurbelwellenumdrehung ein Gebersignal (G) ausgibt, welches dem Arbeitszustand des ersten oder vierten bzw. des ersten oder siebten Zylinders zuordnenbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine kurbelwellengekoppelt bzw. kurbelwellensynchronisiert antreibbare Förderpumpe, insbesondere eine Förderpumpe eines Common-Rail- Einspritzsystems, in einem ersten Betriebszustand mit einer der Zylinderzahl entsprechenden Taktzahl, und in einem zweiten Betriebszustand mit einer der halben Zylinderzahl entsprechenden Taktzahl betrieben wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderpumpe als Zweistößelpumpe ausgebildet ist, wobei die Förderpumpe zur Darstellung des ersten Betriebszustandes mit zwei Stößeln, und zur Darstellung des zweiten Betriebszustandes mit einem Stößel betrieben wird.

3. Vorrichtung zum Erkennen des Arbeitszustandes bzw. Arbeitstaktes eines Zylinders einer 6-Zylinder- oder 12- Zylinder-Verbrennungsmaschine, mit einem mit einer Kurbelwelle des Verbrennungsmotors gekoppelten Geber, welcher pro Kurbelwellenumdrehung ein Gebersignal (G) ausgibt, welches dem Arbeitszustand des ersten oder vierten bzw. des ersten oder siebten Zylinders zuordnenbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine kurbelwellengekoppelt bzw. kurbelwellensynchronisiert antreibbare Förderpumpe, insbesondere eine Förderpumpe eines Common-Rail- Einspritzsystems, in einem ersten Betriebszustand mit einer der Zylinderzahl entsprechenden Taktzahl, und in einem zweiten Betriebszustand mit einer der halben Zylinderzahl entsprechenden Taktzahl betreibbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderpumpe als wahlweise mit einem Stößel oder zwei Stößeln betreibbare Zweistößelpumpe ausgebildet ist.