DE4418579B4 - Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine - Google Patents

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Abstract

Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine mit 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 Kurbelwelle nach dein Abschalten der Zündung weiterläuft bis zum Stillstand und die letzte ermittelte Winkelstellung abgespeichert und beim Neustart wieder berücksichtigt wird, wobei ausgehend von den abgespeicherten Werten der Winkelstellungen eine bestimmte Phasenlage angenommen wird und entsprechend zylinderselektive Einspritzungen ausgelöst werden und anschließend eine Plausibilitätsprüfung der Phasenlage und gegebenenfalls eine Korrektur und/oder Neusynchronisation der Phasenlage erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Plausibilitätsprüfung mit Doppelzündung und nach Abschluß der Plausibilitätsprüfung und definitiv erkannter Phasenlage mit Einzelzündung gezündet wird.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff 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. Nockenwlle der Brennkraftmaschine bekannt sein. Es ist daher üblich und wird beispielsweise in der DE 42 30 616 A1 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 DE 42 30 616 A1 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.
  • Aus der DE 41 43 094 A1 ist bereits ein Verfahren bekannt bei dem ein Verbrennungsmotor mit einer vermuteten Phasenlage gestartet wird. Die vermutliche Phasenlage wird ermittelt indem der Betrieb des Motors immer bei demselben Zylinder beendet wird und erfahrensgemäß dann auch die Auslauflage des Motors immer gleich ist.
  • Dem gegenüber hat die Erfindung die Aufgabe, eine verbesserte Zuordnung der Einspritzung beim Start der Brennkraftmaschine zu ermöglichen.
  • Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
    •
  • Vorteile der Erfindung
  • 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. 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 ungünstigen Umständen eine Verschiebung der Phasenlage während des ausgeschalteten Zustandes der Brennkraftmaschine erfolgen kann, läuft umittelbar nach dein 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 dein 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.
    •
  • Zeichnung
  • Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt 1 eine grobe Übersicht für die Anordnung von Kurbel- bzw. Nockenwelle samt den zugehörigen Sensoren und dem Steuergerät, in dein die erforderliche Berechnungen ablaufen.
  • Beschreibung des Ausführungsbeispiels
  • In 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 verbinden 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 1 st die Nockenwelle mit 15 bezeichnet, 17 symbolisiert die Verknüpfung zwischen Kurbel- und Nockenwelle.
  • Die in 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 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 Brennkrafmaschine ist beispielsweise in der DE 39 23 478 A1 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 duch 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 dein 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 2 sind die für die Zündung und Einspritzung wesentlichen Größen über dem Kurbelwellenwinkel αKW 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 40 02 228 A1 beschrieben.
  • Schließlich kann noch die Reaktion der Brennkraftmaschine beobachtet werden, wenn Einspritzung und Zündung in bestimmte Zylinder gezielt verändert werden und 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 (3)

  1. Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine mit 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 Kurbelwelle nach dein Abschalten der Zündung weiterläuft bis zum Stillstand und die letzte ermittelte Winkelstellung abgespeichert und beim Neustart wieder berücksichtigt wird, wobei ausgehend von den abgespeicherten Werten der Winkelstellungen eine bestimmte Phasenlage angenommen wird und entsprechend zylinderselektive Einspritzungen ausgelöst werden und anschließend eine Plausibilitätsprüfung der Phasenlage und gegebenenfalls eine Korrektur und/oder Neusynchronisation der Phasenlage erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß vor der Plausibilitätsprüfung mit Doppelzündung und nach Abschluß der Plausibilitätsprüfung und definitiv erkannter Phasenlage mit Einzelzündung gezündet wird.
  2. Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, 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 dein phasenrichtigen Abstand entspricht.
  3. Einrichtung zur Regelung einer Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, 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 Einspritzung im Betrieb beziehen oder Drehzahländerungen auf Einspritzung und Zündung in bestimmte Zylinder auswerten.
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