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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisation
der Einspritzung mit der Phase eines Motors in einem Motor mit elektronisch
gesteuerten Kraftstoffeinspritzdüsen.
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Bei
den neuen Motorgenerationen, vor allem den Motoren mit Direkteinspritzung,
wird die elektronische Steuerung der Kraftstoffeinspritzung in die
Zylinder immer üblicher.
Sie ermöglicht
es, den Zeitpunkt, zu dem der Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt
wird, vollkommen zu beherrschen. Auf diese Weise kann sie den Kraftstoff
bis auf 3° genau
einspritzen, das heißt
innerhalb eines sehr genauen Einspritzfensters.
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In
einem Viertaktmotor ist es nicht nur empfehlenswert, die Position
der Kolben in den Zylindern zu bestimmen, das heißt auch
die Position der Kurbelwelle, sondern auch die Motorphase. Wenn
sich der Kolben in einem Zylinder somit am oberen Totpunkt befindet,
ist es empfehlenswert, zu wissen, ob er am Ende der Verdichtungs-
oder der Auslassphase ist. Zu diesem Zweck werden zwei Positionssensoren
verwendet. Ein erster Sensor auf der Kurbelwelle ermöglicht es,
die Relativposition der Kolben in den Zylindern zu bestimmen, und
ein zweiter Sensor auf der Nockenwelle ermöglicht es, die Motorphase (Einlassen,
Verdichten, Entspannen oder Auslassen) zu bestimmen.
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Im
Allgemeinen werden die Informationen, die von dem Sensor bereitgestellt
werden, der auf der Nockenwelle platziert ist, erst beim Anlassen
des Motors verwendet, um zu bestimmen, in welche Zylinder die ersten
Einspritzungen erfolgen sollen. Im Folgenden läuft die Reihenfolge der Einspritzung
nach einem zuvor festgelegten Zyklus ab und es ist lediglich eine
Synchronisation mit der Kurbelwelle erforderlich.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es also, ein Verfahren zur Synchronisation
bereitzustellen, das es beim Anlassen ermöglicht, auf die Information
zu verzichten, die von dem Sensor erhalten wird, der auf der Nockenwelle
platziert ist. Daher ist das Anlassen des Motors sogar dann noch
möglich, wenn
dieser Sensor defekt ist. Es kann auch vorgesehen werden, diesen
Sensor zu entfernen, der anderweitig im Übrigen nicht benutzt wird.
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Zu
diesem Zweck schlägt
die Erfindung ein Verfahren zur Synchronisation der Einspritzung
mit der Phase eines Motors in einem Motor mit elektronisch gesteuerten
Kraftstoffeinspritzdüsen
vor, der n Zylinder aufweist, in die nacheinander Kraftstoff in
einer vorbestimmten Reihenfolge eingespritzt wird, wobei die Einspritzung
von Kraftstoff mit der Position des Kolbens in dem entsprechenden
Zylinder synchronisiert ist.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst dieses Verfahren beim Anlassen des Motors die
folgenden Schritte:
- – Einspritzen von Kraftstoff
in m Zylinder in der vorbestimmten Einspritzreihenfolge, wenn die entsprechenden
Kolben, die mit Hilfe eines Anlassers in Bewegung versetzt werden,
sich am Ende der Verdichtungsphase befinden, wobei m in Abhängigkeit
von n bestimmt wird,
- – Messen
der Motordrehzahl und/oder der Beschleunigung,
- – Fortsetzen
der Einspritzung in der vorbestimmten Reihenfolge, wenn die Motordrehzahl und/oder
die Beschleunigung eine bestimmte Schwelle überschreitet, wobei die Einspritzung dann
mit der Phase des Motors synchronisiert ist,
- – Fortsetzen
der Einspritzung mit einer Versetzung im Verhältnis zu den vorhergehenden
Einspritzungen und in der vorbestimmten Reihenfolge, wobei die Versetzung
von n und m abhängig ist,
damit die Einspritzung im gegenteiligen Fall dann mit der Motorphase
synchronisiert ist.
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Bei
diesem Verfahren wird akzeptiert, dass bei den ersten m erfolgten
Einspritzungen die Einspritzung nicht mit den Verdichtungsphasen
des Motors synchronisiert ist. Dieses Fehlen der Synchronisation
wird dann erfasst und korrigiert.
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Vorzugsweise
erfolgt das Messen der Motordrehzahl und/oder der Beschleunigung
im Wesentlichen nach einer Motorumdrehung. Dies ermöglicht es,
die Zeit zu begrenzen, während
der die Einspritzung nicht synchronisiert ist, in den Fällen, in
denen die ersten Einspritzungen nicht während einer Verdichtungsphase
erfolgen.
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In
dem Fall, dass der Motor, in dem das Verfahren angewendet wird,
eine gerade Anzahl Zylinder aufweist, wird Kraftstoff in die Hälfte der
Zylinder eingespritzt, bevor die Motordrehzahl oder die Beschleunigung
gemessen wird, das heißt
m = n/2.
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Um
zu bestätigen,
dass die nach der ersten Messung getroffene Auswahl richtig ist,
wird vorgesehen, dass eine zweite Messung der Motordrehzahl und/oder
der Beschleunigung nach p neuen Einspritzungen erfolgt, wobei p
in Abhängigkeit
von n und m vorbestimmt ist, um zu überprüfen, ob die Synchronisation
richtig ist. In diesem Fall ist es vorteilhaft, dass die zweite
Messung der Motordrehzahl und/oder der Beschleunigung nach zwei
Motorumdrehungen durchgeführt
wird, das heißt
nach n Kraftstoffeinspritzungen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen verfahren
wird die Position der Kolben in den Zylindern des Motors durch einen
Positionssensor bestimmt, der die Winkelposition des entsprechenden
Schwungrads misst.
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Um
den eventuellen Ausstoß von
zu viel unverbranntem Kraftstoff in die Atmosphäre zu vermeiden, schlägt die Erfindung
eine Ausführungsabwandlung
vor, bei der die Menge an eingespritztem Kraftstoff bei den m ersten
Einspritzungen unter derjenigen der folgenden Einspritzungen liegt.
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Einzelheiten
und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen deutlicher aus der
folgenden Beschreibung hervor, die Bezug auf die vereinfachte Zeichnung
nimmt, in der:
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1 die
Reihenfolge der Kraftstoffeinspritzung in die Zylinder eines V6-Motors
veranschaulicht;
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2 ein
Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens für einen
V6-Motor ist, und
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3 die
Reihenfolge der Kraftstoffeinspritzungen in drei Fallbeispielen
veranschaulicht.
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Die
vorliegende Erfindung wird im Folgenden anhand einer bevorzugten
Ausführungsform
beschrieben, die auf einen Motor angewendet wird, der sechs Zylinder
in V-Form aufweist. Diese Zylinder sind in zwei Reihen aufgeteilt,
die mit A und B bezeichnet sind (siehe 1). Die
Zylinder selbst sind mit 1 bis 6 nummeriert, wobei
die Zylinder 1 bis 3 die mit A bezeichnete Zylinderreihe
bilden und die Zylinder 4 bis 6 die mit B bezeichnete
Zylinderreihe bilden.
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Es
handelt sich hier um einen Viertakt-Dieselmotor, obwohl die vorliegende
Erfindung auch auf einen Viertakt-Benzinmotor anwendbar ist. Eine Kraftstoffeinspritzdüse ist vorgesehen,
um Kraftstoff in jeden der Zylinder einzuspritzen. Diese sechs Kraftstoffeinspritzdüsen werden
elektronisch gesteuert. zwei Sensoren sind im Allgemeinen vorgesehen, um
den Zeitpunkt zu bestimmen, zu dem der Kraftstoff in den Zylinder
eingespritzt werden muss. Zunächst
einmal ist ein Sensor vorhanden, im Folgenden CRANK-Sensor genannt,
der es ermöglicht,
für jeden
Zylinder die genaue Position des Kolbens zu bestimmen, der sich
in diesem bewegt. Die Einspritzung von Kraftstoff muss erfolgen,
wenn sich der Kolben im Wesentlichen an einem oberen Totpunkt befindet,
mit einer leichten Versetzung im Verhältnis zu diesem oberen Totpunkt.
Der CRANK-Sensor ermöglicht
es, die Winkelposition der Kurbelwelle des Motors anzugeben, indem
er die Drehung des Schwungrads misst, das mit dieser Kurbelwelle
verbunden ist. Der CRANK-Sensor ermöglicht es also, die Position eines
Kolbens in einem Zylinder zu bestimmen, nicht aber zu ermitteln,
in welcher Phase des Verbrennungszyklus' ein Zylinder sich befindet. Somit kann der
CRANK-Sensor den oberen Totpunkt für die sechs Zylinders des Motors
bestimmen. Wenn jedoch ein Kolben an seinem oberen Totpunkt ist,
weiß man
nicht, ob er am Ende der Verdichtungs- oder der Auslassphase ist.
Der im Folgenden als CAM bezeichnete Sensor ermöglicht es, diese Information
zu liefern. Dieser CAM-Sensor ist mit der Nockenwelle des Motors
oder mit einer der Nockenwellen verbunden, falls mehrere vorhanden
sind. Es kann natürlich auch
ein CAM-Sensor pro Nockenwelle vorgesehen sein. Die Winkelposition
einer Nockenwelle erlaubt es auf bekannte Weise, die Phase des viertaktigen Zyklus' für jeden
Zylinder zu bestimmen.
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Die
Information, die von dem CAM-Sensor bereitgestellt wird, wird beim
Anlassen des Motors verwendet. Wenn ein Anlasser den Motor in Gang setzt,
wird Kraftstoff in den ersten Zylinder eingespritzt, der das Ende
der Verdichtungsphase erreicht. Die Position des entsprechenden
Kolbens wird durch den CRANK-Sensor
und den CAM-Sensor angegeben und zeigt an, dass die entsprechenden
Ventile geschlossen sind und der Kolben gerade Luft verdichtet hat.
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Die
vorliegende Erfindung schlägt
vor, das Anlassen des Motors ohne die Information durchzuführen, die
von dem CAM-Sensor bereitgestellt wird. Es ist auf diese Weise möglich, ein
Versagen dieses Sensors abzumildern oder einen Motor ohne diesen Sensor
zu entwerfen, der es dann ermöglicht,
die Kosten dieses Motors in entsprechender Weise zu verringern.
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Bei
dem zuvor dargestellten V6-Motor erfolgt die Kraftstoffeinspritzung
in die Zylinder in einer vorbestimmten Reihenfolge, damit die richtige
Funktionsweise des Motors erreicht wird. Diese Reihenfolge ist in 1 veranschaulicht.
Wenn eine Kraftstoffeinspritzung in den Zylinder mit der Bezugszahl 1 erfolgt,
erfolgt die nächste
in den Zylinder mit der Bezugszahl 4, dann in den mit der 2,
dann in den mit der 5, dann in den mit der 3,
dann in den mit der 6, dann wieder in den mit der 1 und
so weiter.
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2 ist
ein Flussdiagramm, das das erfindungsgemäße Verfahren für den zuvor
beschriebenen Motor zeigt. Es wird hier davon ausgegangen, dass
der Anlasser gerade betätigt
worden ist. Mit Hilfe des CRANK-Sensors wird dann bestimmt, in welchem
Zylinder ein Kolben an seinem oberen Totpunkt ankommt. Es wird hier
davon ausgegangen, dass es sich um den Zylinder 1 handelt.
Kraftstoff wird dann in diesen Zylinder 1 eingespritzt
(mit der Versetzung, die im Verhältnis
zum oberen Totpunkt normalerweise vorgesehen ist). Man weiß dann nicht,
ob die Motorphase in diesem Zylinder 1 dem Ende einer Verdich tungs-
oder einer Auslassphase entspricht. Anschließend wird in der gleichen Weise
in dieser Reihenfolge Kraftstoff in die Zylinder 4 und 2 eingespritzt,
wenn der CRANK-Sensor anzeigt, dass die entsprechenden Kolben richtig
positioniert sind.
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Sobald
diese drei Einspritzungen in den Zylindern 1, 4 und 2 erfolgt
sind, wird überprüft, ob der eingespritzte
Kraftstoff verbrannt worden ist (Schritt TEST 1 in 2).
Wenn das der Fall ist, hat diese Verbrennung eine Motorarbeit bereitgestellt
verrichtet und die Motordrehzahl steigt an. Andernfalls ist nichts
geschehen und die Motordrehzahl entspricht noch immer der Drehzahl,
die durch den Anlasser erzeugt wird.
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Der
Verbrennungstest erfolgt somit durch eine Messung der Motordrehzahl.
Es wird hier berücksichtigt,
dass der Kraftstoff verbrannt worden ist und eine Verbrennung in
den Zylindern 1, 4 und 2 stattgefunden
hat, wenn die Motordrehzahl bei über 300
U/min liegt. In diesem Fall kann der Einspritzzyklus weiter fortgesetzt
werden und die nächsten
Einspritzungen erfolgen in den Zylindern 5, 3 und 6.
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Wenn
der Verbrennungstest TEST 1 negativ ist, das heißt, wenn die Motordrehzahl
bei unter 300 U/min bleibt, wird davon ausgegangen, dass der Kraftstoff
am Ende der Auslassphase eingespritzt worden ist. Die Einspritzung
muss folglich um 360° versetzt
werden. Im vorliegenden Fall bedeutet das, dass anstatt in den Zylinder 5 wieder
in den Zylinder 1 eingespritzt werden muss. Es wird also
erneut eine Reihe von Einspritzungen in die Zylinder 1, 4 und dann 2 vorgenommen.
Am Ende dieser Einspritzungen wird der Verbrennungstest TEST 1 nochmals durchgeführt, um
zu bestimmen, ob auch eine Verbrennung stattgefunden hat, die Motorarbeit
bereitstellt. Wenn das der Fall ist, kann der Einspritzzyklus fortgesetzt
werden und die nächsten
Einspritzungen erfolgen in den Zylindern 5, 3 und 6.
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Ein
zweiter Verbrennungstest (mit TEST 2 in 2 bezeichnet)
wird nach diesen drei neuen Einspritzungen durchgeführt. In
dem Fall, dass der erste Verbrennungstest TEST 1 positiv gewesen
ist, muss der zweite Verbrennungstest TEST 2 ihn bestätigen. Hierzu
muss die Motordrehzahl mehr als 300 U/min betragen.
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3 fasst
die ersten Einspritzungen in dem Motor von 1 in drei
unterschiedlichen Fällen
zusammen. Im ersten Fall wird davon ausgegangen, dass der Motor
mit einem CRANK-Sensor und einem CAM-Sensor ausgestattet ist, wobei
die beiden Sensoren funktionsfähig
sind. Im zweiten und dritten Fall ist der CAM-Sensor defekt oder
nicht vorhanden. Im zweiten Fall ist nach den drei ersten Einspritzungen (Zylinder 1, 4 und 2)
der Verbrennungstest TEST 1 positiv. Der Einspritzzyklus setzt sich
fort. Nach den Einspritzungen in die Zylinder 5, 3 und 6 ist
der Verbrennungstest TEST 2 positiv und der Einspritzzyklus (1-4-2-5-3-6-1
...) setzt sich fort. Im dritten Fall ist der erste Verbrennungstest
TEST 1 negativ. Die Einspritzung setzt dann wieder bei den Zylindern 1, 4 und 2 ein.
Ein neuer Verbrennungstest TEST 1 wird dann durchgeführt und
ist positiv. Die Einspritzung setzt sich dann in den Zylindern 5, 3 und 6 fort
und der Verbrennungstest TEST 2 ist positiv. Der Einspritzzyklus
(5-3-6-1-4-2-5 ...) setzt sich fort.
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Der
erste Verbrennungstest TEST 1 wird nach einer Motorumdrehung durchgeführt. Es
ist festgestellt worden, dass diese Drehung um 360° ausreicht,
um das Anlassen des Motors festzustellen und nachzuweisen. Der zweite
Verbrennungstest TEST 2 wird durchgeführt, wenn der erste Verbrennungstest
positiv ist, das heißt
zwei Umdrehungen nach dem Auslösen
des tatsächlichen
Anlassens. Somit ist in jedem Zylinder ein vollständiger Zyklus durchlaufen
worden.
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Um
zu vermeiden, dass zuviel unverbrannter Kraftstoff ausgestoßen wird,
ist vorgesehen, die Menge an eingespritztem Kraftstoff bei den ersten
drei Einspritzungen zu beschränken.
Diese Mengen müssen
ausreichen, um den Motor anzulassen, wenn die Synchronisation von
der ersten Einspritzung an richtig ist.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
wird angewendet, wenn das Signal vom Sensor des Typs CAM nicht verfügbar ist,
entweder weil der Sensor nicht vorhanden ist oder weil er versagt.
Es ist jedoch notwendig, dass die Einspritzung mit der Drehung der
Kurbelwelle synchronisiert wird. Vorzugsweise steht das Fahrzeug.
Vor Anwendung des Verfahrens überprüft das Verwaltungssystem
des Motors, dass kein Fehler im Bereich des Motors signalisiert
wird, damit der Anlassvorgang nicht behindert wird.
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Die
vorliegende Erfindung ermöglicht
es somit, auf einen CAM-Sensor
zu verzichten, um einen Dieselmotor oder einen beliebigen anderen
Motor anzulassen, dessen Einspritzung elektronisch gesteuert wird.
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Tests,
die an Motoren durchgeführt
wurden, haben es ermöglicht,
ihre Effektivität
zu überprüfen. Wenn
die Drehzahl, die durch den Anlasser erzeugt wird, zwischen 210
und 230 U/min liegt, beträgt
die Motordrehzahl, die nach drei Verbrennungen in einem Motor mit
sechs Zylindern gemessen wird, ungefähr 320 U/min. Es kann als Schwelle
für die
Verbrennungstests zum Beispiel auch die Drehzahl 300 U/min gewählt werden.
Diese Messung erfordert nicht die Verwendung eines besonderen Sensors,
da in jedem Motor vorgesehen ist, die Drehzahl für die Verwaltung des Motors
zu messen.
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Als
Abwandlung ist es möglich,
die Veränderungen
der Motordrehzahl zu messen, anstatt den Wert dieser zu messen.
Wenn eine bedeutende Beschleunigung der Motordrehzahl erfasst wird,
kann davon ausgegangen werden, dass Verbrennungen stattgefunden
haben und die Einspritzung folglich mit den Motorphasen synchronisiert
ist.
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Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf das Verfahren und seine zuvor
beschriebenen beispielhaften und nicht einschränkenden Abwandlungen beschränkt. Es
betrifft sämtliche
weiteren Ausführungsabwandlungen,
die dem Fachmann im Rahmen der folgenden Ansprüche verständlich sind.