DE4418579A1 - Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine - Google Patents
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Description
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Regelung
einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einer Kurbel-
und einer Nockenwelle, bei der in einem Steuergerät berechnet
wird, wann und wieviel Kraftstoff pro Zylinder eingespritzt
werden soll, muß es gewährleistet sein, daß der Kraftstoff
den einzelnen Zylindern zum richtigen Zeitpunkt und in der
richtigen Menge zugeführt wird. Gleichzeitig muß die Zündung
zum richtigen Zeitpunkt ausgelöst werden.
Damit die Berechnungen in korrekter Weise durchgeführt werden
können, muß die jeweilige Stellung der Kurbel- bzw.
Nockenwelle der Brennkraftmaschine bekannt sein, es ist daher
üblich und wird beispielsweise in der deutschen
Patentanmeldung P 42 30 616.7 beschrieben, daß die Kurbel-
und die Nockenwelle mit je einer Scheibe verbunden sind, auf
deren Oberfläche wenigstens eine Bezugsmarke angebracht ist,
wobei üblicherweise auf der Kurbelwellenscheibe zusätzlich
eine Vielzahl gleichartiger Markierungen, auch Inkremente
genannt, vorhanden sind.
Die beiden sich synchron mit der Kurbel- bzw. Nockenwelle
drehenden Scheiben werden von passenden feststehenden
Aufnehmern abgetastet. Aus der zeitlichen Abfolge der von den
Aufnehmern gelieferten Impulse kann das Steuergerät eine
eindeutige Aussage über die Stellung von Kurbel- und
Nockenwelle ableiten und daraus die erforderlichen
Ansteuersignale für die Zündung und/oder Einspritzung
ermitteln.
Da die genaue Winkelstellung von Kurbel- und Nockenwelle
unmittelbar nach dem Start dem Steuergerät üblicherweise noch
nicht vorliegt und dies zu Verzögerungen beim Hochlauf der
Brennkraftmaschine führt, wird in der genannten deutschen
Patentanmeldung P 42 30 616.7 vorgeschlagen, daß nach dem
Abschalten der Zündung und Einspritzung eine Auslauferkennung
stattfindet und während der Nachlaufphase vom Steuergerät die
von den Aufnehmern gelieferten Signale noch ausgewertet
werden. Diese Auswertung wird erst dann beendet, wenn die
Kurbel- bzw. Nockenwelle zum Stillstand gekommen ist. Die so
ermittelte letzte Stellung der beiden Wellen wird in einem
nichtflüchtigen Speicher des Steuergerätes abgelegt und beim
Neustart der Brennkraftmaschine für die Berechnung des
Einspritzbeginns herangezogen.
Diese bekannte Brennkraftmaschinenregelung hat den Nachteil,
daß neben dem Kurbelwellensensor noch ein Nockenwellensensor
für eine zylinderrichtige sequentielle Einspritzung und
Zündung erforderlich ist.
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Regelung einer
Brennkraftmaschine hat demgegenüber den Vorteil, daß
unmittelbar nach Einschalten der Brennkraftmaschine die
Stellung der Nocken- bzw. Kurbelwelle im Steuergerät bekannt
ist bzw. als bekannt angenommen wird, so daß dieses sofort
mit der zylinderrichtigen Zuordnung der Einspritzung beginnen
kann und außerdem auch gleich eine phasenrichtige Zündung
möglich ist. Ermöglicht wird dies, indem aus der nach dem
Auslaufen der Brennkraftmaschine ermittelten Winkelstellung
der Kurbel- und damit auch der Nockenwelle auch die
Phasenlage erkannt und abgespeichert wird und ausgehend von
dieser abgespeicherten Phasenlage die beim Neustart zu
erwartende Phasenlage festgelegt wird.
Da unter ungunstigen Umständen eine Verschiebung der
Phasenlage während des ausgeschalteten Zustandes der
Brennkraftmaschine erfolgen kann, läuft unmittelbar nach dem
Start der Brennkraftmaschine ein spezieller Startalgorithmus
ab, der erkennen läßt, ob die abgespeicherte und beim Start
zur Berechnung von Zündung und/oder Einspritzung verwendete
Phasenlage richtig ist oder ob eine Neusynchronisation
bezüglich der Phasenlage erfolgen muß. Besonders vorteilhaft
ist, daß die Brennkraftmaschine ohne einen eigenen
Phasensensor auskommt, da sie beim Start alle Informationen
bezüglich der vorliegenden Phasenlage aus abgespeicherten
Daten erhält, wobei diese Daten allein aus den
Ausgangssignalen des Kurbelwellengebers ermittelt wurden und
diese unmittelbar nach dem Start auf Richtigkeit überprüft
und gegebenenfalls korrigiert werden.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in
den Unteransprüchen angegeben. Dabei ist beispielsweise
vorteilhaft, daß der unmittelbar nach dem Start ablaufende
Startalgorithmus als Reaktion des Motors auf definierte
Verschiebungen der Einspritzung und Zündung und die sich
daraus ergebenden Drehzahländerungen aufbaut.
Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in
der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 eine grobe Übersicht für die Anordnung von Kurbel-
bzw. Nockenwelle samt den zugehörigen Sensoren und dem
Steuergerät, in dem die erforderliche Berechnungen ablaufen.
In Fig. 1 sind die zur Erläuterung der Erfindung
erforderlichen Bestandteile einer Brennkraftmaschine
beispielhaft dargestellt. Dabei ist mit 10 eine Geberscheibe
bezeichnet, die starr mit der Kurbelwelle 11 einer
Brennkraftmaschine verbunden ist und an ihrem Umfang eine
Vielzahl gleichartiger Winkelmarken 12 aufweist. Neben diesen
gleichartigen Winkelmarken 12 ist eine Referenzmarke 13
vorgesehen, die beispielsweise durch zwei fehlende
Winkelmarken realisiert ist.
Eine zweite Geberscheibe, die bei Systemen mit Phasensensor
mit der Nockenwelle verbunden ist und eine Markierung
aufweist, die in einem eigenen Aufnehmer einen Impuls zur
Festlegung der Phasenlage erzeugt, wird hier nicht benötigt,
da durch geeignete Verfahren der Phasenerkennung im Start
oder Normalbetrieb auch die Stellung der Nockenwelle
ermittelbar ist. Diese Verfahren werten die Reaktion des
Motors auf eine sequentielle Einspritzung oder eine ruhende
Zündverteilung mit Einzelzündung aus. In Fig. 1 ist die
Nockenwelle mit 15 bezeichnet, 17 symbolisiert die
Verknüpfung zwischen Kurbel- und Nockenwelle.
Die in Fig. 1 dargestellte Geberscheibe ist beispielhaft,
andere Ausgestaltungen, die eine Erkennung der Winkellage
zulassen, sind möglich.
Die Geberscheibe 10 wird vom Aufnehmer 18, beispielsweise
einem induktiven Aufnehmer oder einem Hall-Sensor abgetastet,
die beim Vorbeilaufen der Winkelmarken im Aufnehmer erzeugten
Signale werden einem Steuergerät 20 zugeführt und dort in
geeigneter Weise aufbereitet, wobei beispielsweise jede
Flanke einer Marke einen Impuls ergibt. Diese Impulse bzw.
ihr zeitlichen Abfolgen werden im Steuergerät 20
weiterverarbeitet.
Das Steuergerät 20 erhält über verschiedene Eingänge weitere,
für die Steuerung bzw. Regelung der Brennkraftmaschine
erforderliche Eingangsgrößen, die von verschiedenen Sensoren
gemessen werden. Als Beispiel solcher Sensoren seien erwähnt:
ein Temperatursensor 21, der die Motortemperatur mißt, ein
Drosselklappensensor 22, der die Stellung der Drosselklappe
registriert, ein Drucksensor 23, der den Druck im Ansaugrohr
oder den Druck in einem Zylinder der Brennkraftmaschine mißt.
Weiterhin wird über den Eingang 24 ein "Zündung ein"-Signal
zugeführt, das beim Schließen des Zündschalters 25 von der
Klemme KL15 des Zündschlosses geliefert wird.
Ausgangsseitig stellt das Steuergerät 20, das ein nicht
dargestelltes Rechen- bzw. Speichermittel sowie einen mit 30
bezeichneten Permanentspeicher umfaßt, Signale für die
Zündung und Einspritzung für nicht näher bezeichnete
entsprechende Komponenten der Brennkraftmaschine zur
Verfügung. Diese Signale werden über die Ausgänge 26 und 27
des Steuergerätes 20 abgegeben.
Je nach Bedarf können weitere Sensoren eingesetzt werden,
deren Signale dem Steuergerät zugeführt werden, das
Steuergerät 20 kann ebenfalls weitere für die Regelung der
Brennkraftmaschine erforderlichen Signale abgeben. Es ist
auch nicht erforderlich, daß alle dargestellten Sensoren
vorhanden sind.
Die Spannungsversorgung des Steuergerätes 20 erfolgt in
üblicher Weise mit Hilfe einer Batterie 28, die über ein
Schalter 29 während des Betriebs der Brennkraftmaschine sowie
während einer Nachlaufphase nach Abstellen des Motors mit dem
Steuergerät 20 in Verbindung steht.
Mit der in Fig. 1 beschriebenen Einrichtung kann die
Stellung der beiden Wellen 11, 15 während des Betriebes der
Brennkraftmaschine jederzeit erfaßt werden. Da die Zuordnung
zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle ebenso bekannt ist wie
die Zuordnung zwischen der Stellung der Nockenwelle und der
Lage der einzelnen Zylinder, kann nach dem Erkennen der
Bezugsmarke eine Synchronisation erfolgen und nach einer
erfolgten Synchronisation in bekannter Weise die Einspritzung
und die Zündung gesteuert bzw. geregelt werden. Eine solche
Regelung einer Brennkraftmaschine ist beispielsweise in der
DE-OS 39 23 478 beschrieben und wird deshalb hier nicht näher
erläutert.
Mit dieser in der Figur beschriebenen Einrichtung ist eine
Erkennung der Position der Brennkraftmaschine im Auslauf
während der sogenannten Nachlaufphase möglich. Die
Nachlaufphase schließt sich dabei an den üblichen bekannten
Normalbetrieb der Brennkraftmaschine an.
Bei der Regelung von Viertaktbrennkraftmaschinen, die ohne
Phasensensor d. h. also ohne Sensor, der die Stellung der
Nockenwelle ermittelt, arbeiten, besteht das Problem, daß das
vom Kurbelwellensensor gelieferte Bezugsmarkensignal
mehrdeutig ist, da sich die Kurbelwelle zweimal dreht während
sich die Nockenwelle nur einmal dreht. Damit dennoch ein
Signal erhalten wird, das dem Phasensignal entspricht und die
Mehrdeutigkeit des Bezugsmarkensignales behebt, wird im
Nachlauf die dann bekannte Phasenlage ebenfalls abgespeichert
und beim Wiedereinschalten der Brennkraftmaschine wieder
verwendet und zunächst als richtig angenommen. Es wird also
aus diesem gespeicherten Phasensignal im Neustart eine
phasenrichtige Einspritzung und/oder Zündung abgeleitet. Für
den weiteren Betrieb also den sogenannten Normalbetrieb liegt
somit die Phase durch Weiterzählen der entsprechenden Impulse
vor. Es können dann vom Steuergerät alle phasenabhängigen
Vorgänge ausgehend von diesem Signal gesteuert werden.
Unter bestimmten Ausgangsbedingungen liegt jedoch die
Auslaufposition der Brennkraftmaschine und damit die
Phaseninformation nicht vor, dies ist dann der Fall, wenn die
Spannungsversorgung zwischenzeitlich ausgefallen ist, bei
einem irrtümlichen Reset durch das Steuergerät oder bei einem
Abwürgen des Motors. Es besteht auch die Möglichkeit, daß die
abgespeicherte Auslaufposition nicht mit der tatsächlichen
Startposition beim Wiederstart übereinstimmt, z. B. wenn das
Fahrzeug mit eingelegtem Gang bei Motorstillstand verschoben
wird oder wenn die Kurbelwelle in der Werkstatt bei
ausgeschaltetem Motor verdreht wird.
Im ersten Fall erkennt das Steuergerät sofort die fehlende
Startposition. Es wird dann der im folgenden beschriebene
Startalgorithmus eingeleitet. Im zweiten Fall erkennt das
Steuergerät nach einer Plausibilitätsüberprüfung, daß die
abgespeicherte Position nicht richtig ist. Nach erfolgter
Synchronisation wird dies korrigiert und mit dem dann
vorliegenden richtigen Phasensignal weitergearbeitet.
Für den Startalgorithmus, nach dem die Phasenlage nach dem
Start bei fehlender Startposition erkannt wird, bzw. nach dem
Start bei falscher Startposition überprüft wird, sind mehrere
Vorgehensweisen denkbar.
Bei Systemen mit rotierender Hochspannungsverteilung oder mit
Doppelfunkenspulen ist die Phasenlage unkritisch und eine
zunächst falsch gewählte Phasenlage führt zu keinen
unzulässigen Betriebszuständen. Lediglich eine sequentielle
Einspritzung würde mit falscher Phasenlage einspritzen. In
diesem Fall kann die Phasensynchronisation während oder nach
der Startphase erfolgen.
Bei Systemen, die in der Starphase mit Doppelzündung arbeiten
und eine Umschaltung auf Einzelzündung erst nach der
Phasenerkennung einleiten, kann die Reaktion des Motors auf
Ausblenden von Zündung und/oder Einspritzung in Betrieb
vorgenommen werden.
Bei Systemen mit Einzelzündung und sequentieller Einspritzung
ist eine Erkennung der Phasenlage im Start über die Zuordnung
der ersten sequentiellen Einspritzung in einen bestimmten
Zylinder und der ersten Verbrennung, die durch eine erste
Drehzahlerhöhung gekennzeichnet ist und durch Doppelzündungen
ausgelöst wurden, möglich.
In Fig. 2 sind die für die Zündung und Einspritzung
wesentlichen Größen über dem Kurbelwellenwinkel cαKW
aufgetragen, wobei a) die Startphase mit aus der
Auslauferkennung übernommener richtiger Phasenlage und b) den
Sachverhalt bei falsch angenommener Phasenlage zeigt. Dabei
bedeuten: St: Startposition, BMN/tr: Triggermarken,
I: Inkrementimpulse, Sy: Synchronisation, ZOT: Zünd-OT-Punkt,
LWOT: Lastwechsel-OT-Punkt, 31: offenes Einlaßventil, 32:
Zündung, 33: erfolgte Einspritzung, 34: weiterer Bereich,
αv: Vorlagerung gegenüber ZOT erfüllt, α#αv: Vorlagerung
gegenüber ZOT nicht erfüllt, n<: Drehzahländerung erfolgt,
n=const: keine Drehzahlerhöhung.
Eine weitere Möglichkeit, eine Phasenerkennung durchzuführen
besteht in der Erkennung von Ventilaufsetzgeräuschen oder
Verbrennungen über einen oder mehrere Klopfsensoren und
Auswertung der von diesen Klopfsensoren gelieferten Signale,
diese Vorgehensweise wird in der DE-OS 40 02 228 beschrieben.
Schließlich kann noch die Reaktion der Brennkraftmaschine
beobachtet werden, wenn Einspritzung und Zündung in bestimmte
Zylinder gezielt verändert werden die sich einstellende
Drehzahländerung ausgewertet wird. Es läßt sich dann die
Phasenlage erkennen, wenn ausgewertet wird, in welchem
Zylinder durch eine Verbrennung des eingespritzten
Kraftstoffs Arbeit geleistet wurde und in welchem Zylinder
lediglich eine Zündung ausgelöst wurde, ohne daß zuvor
Kraftstoff eingespritzt wurde und daher auch keine
Verbrennung stattfindet. Mit diesen möglichen
Phasenerkennungen wird also nach dem oder während des Starts
und nur in den Fällen, in denen die abgespeicherte Phasenlage
falsch war oder fehlte, eine neue Festlegung der Phasenlage
durchgeführt.
Claims (9)
1. Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine mit
einer Nocken- und einer Kurbelwelle, deren Winkelstellung
mittels eines feststehenden Sensors laufend ermittelt wird,
mit einer Auswerteeinrichtung, in der die Winkelstellungen
ermittelt und abgespeichert werden und zur Regelung von
Zündung und/oder Einspritzung berücksichtigt werden, wobei
die Ermittlung der Winkelstellung der Nocken- bzw.
Kurbelwelle nach dem Abschalten der Zündung weiterläuft bis
zum Stillstand und die letzte ermittelte Winkelstellung
abgespeichert und beim Neustart wieder berücksichtigt wird,
dadurch gekennzeichnet, daß ausgehend von den abgespeicherten
Werten der Winkelstellungen eine bestimmte Phasenlage
angenommen wird und entsprechend zylinderselektive
Einspritzungen und/oder Zündungen ausgelöst werden und
anschließend eine Überprüfung der Phasenlage und
gegebenenfalls eine Korrektur und/oder Neusynchronisation der
Phasenlage erfolgt.
2. Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine nach
Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überprüfung der
angenommenen Phasenlage oder zur Erkennung der tatsächlichen
Phasenlage im Start oder unmittelbar nach dem Start der
Brennkraftmaschine Plausibilitätsprüfungen stattfinden, deren
Ergebnisse eine falsche Phasenlage erkennen lassen.
3. Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine nach
Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Plausibilitätsprüfung durch Auswertung der Lage der ersten
Drehzahländerung bezogen auf die Lage der ersten
sequentiellen Einspritzung erfolgt und daß eine falsche
Phasenlage erkannt wird, wenn der Abstand zwischen der ersten
Einspritzung und der ersten Drehzahländerung nicht dem
phasenrichtigen Abstand entspricht.
4. Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine nach
Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei erkannter
falscher Phasenlage Korrekturmaßnahmen eingeleitet werden.
5. Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine nach
einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß bei vorhandener Phasenlage mit Einzelzündung begonnen
wird und bei Ausbleiben einer Drehzahlerhöhung im ersten
sequentiell eingespritzten Zylinder eine Korrektur der
Phasenlage erfolgt und/oder auf Doppelzündung umgeschaltet
wird.
6. Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine nach
Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Plausibilitätsprüfungen einen Vergleich des
Kurbelwellensignales mit dem Signal von wenigstens einem
Verbrennungsablaufsensor, insbesondere von einem
Brennraumdrucksensor oder von einem oder mehreren
Klopfsensoren umfassen oder sich auf Reaktionen der
Brennkraftmaschine auf Ausblenden von Zündung und/oder
Einspritzungim Betrieb beziehen oder Drehzahländerungen auf
Einspritzung und Zündung in bestimmte Zylinder auswerten.
7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß vor der Plausibilitätsprüfung mit
Doppelzündung und nach Abschluß der Plausibilitätsprüfung und
definitiv erkannter Phasenlage mit Einzelzündung gezündet
wird.
8. Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine nach
einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß nach Ablauf der Startphase und abgeschlossener
Plausibilitätsprüfung eine übliche sequentielle
Kraftstoffeinspritzung und/oder Klopfregelung aktiviert wird.
9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß sie bei Systemen mit ruhender
Hochspannungsverteilung oder entsprechend angepaßt bei
Systemen mit rotierender Hochspannungsverteilung oder bei
Systemen mit zwei Funkenspulen ein gesetzt wird.
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