DE69626122T2 - Verfahren zur Synchronisierung einer Brennkraftmaschine ohne Nockenwellenstandfühler - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Verfahren zur Synchronisierung von Verbrennungsmotoren, insbesondere Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge, ohne Nockenwellenstandfühler.
• Genauer gesagt, die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Synchronisierung eines Ottotakt-Verbrennungsmotors von der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Art.
• Die US-A-4 889 094 offenbart ein Verfahren dieser Art zur Synchronisierung eines Motors mit fünf Zylindern: in allen fünf Zylindern ist eine Zündung erlaubt, und die erste Zündung wird detektiert. Dies erlaubt die Bestimmung der Zylinderphasen, da bei einem Motor mit fünf Zylindern die oberen Totpunkte der Zylinder verschiedenen Phasenwinkeln entsprechen.
• Die meisten Verbrennungsmotoren für Fahrzeuge werden von Treibstoffeinspritzsystemen versorgt, die von elektronischen Steuereinheiten gesteuert werden, welche im Fall von Benzinmotoren normalerweise auch den Zündvorgang steuern. Viele derzeitige Systeme haben eine gegebene Winkelgröße, die in Bezug auf die 360º der Motorwelle, und nicht die 720º des gesamten Motorzyklus, spezifiziert ist (im Fall eines Viertakt/Vierzylindermotors, der überdies das am meisten verbreitete, sich derzeit in Produktion befindliche Modell ist).
• In den letzten Jahren wurden verschiedene elektronische Treibstoffeinspritzsysteme für Verbrennungsmotoren entwickelt. Unter diesen sind die sogenannten Einpunkteinspritzsysteme, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie einen im gemeinsamen Luftzufuhrrohr angeordneten, einzelnen Treibstoffeinspritzer umfassen, und die sogenannten Mehrpunktsysteme, die dadurch gekennzeichnet sind, dass sie einen insbesondere im Luftzufuhrrohr jedes Zylinders angeordneten Treibstoffeinspritzer für jeden Zylinder des Motors umfassen, zu erwähnen. Mehrpunkteinspritzsysteme, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, werden zunehmend gebräuchlicher, da sie den Betrieb von Verbrennungsmotoren verbessern, und zwar sowohl vom Standpunkt der Leistung als auch vom Standpunkt der Schadstoffemissionen aus betrachtet.
• Mehrpunkteinspritzsysteme funktionieren typischerweise intermittierend, das heißt, die Einspritzer werden in regelmäßigen Abständen geöffnet, zumindest einmal pro Motorzyklus. Es gibt grundsätzlich zwei Verfahren zur Bedienung der Einspritzer: der gleichzeitige Betrieb, wobei alle Einspritzer gleichzeitig geöffnet und geschlossen werden, und der sequentielle Betrieb, wobei die Einspritzer einzeln geöffnet und geschlossen werden.
• Das Einspritzsystem wird typischerweise von einer elektronischen oder zentralen Steuereinheit gesteuert, welche auch den Zündvorgang steuert und somit für die gesamte Steuerung des Verbrennungsmotors sorgt. Im Fall eines gleichzeitigen Betriebs, auch als Vollgruppenbetrieb bekannt, berechnet die elektronische Steuereinheit die Menge an einzuspritzendem Treibstoff und bedient somit alle Einspritzer gleichzeitig. Dieser Vorgang kann einmal oder zweimal pro Motorzyklus stattfinden (zwei Umdrehungen der Motorwelle im Fall eines Viertaktmotors). Diese Lösung vereinfacht die Struktur der elektronischen Steuervorrichtung, welche die Einspritzer steuert, da nur eine Leistungsstufe notwendig ist.
• Das Vollgruppen-Betriebsverfahren hat jedoch technische Nachteile. Der erste Nachteil liegt an der Tatsache, dass bei zumindest einem Zylinder die Treibstoffeinspritzung immer dann stattfindet, wenn sich ein Einlassventil in der offenen Position befindet. Im Allgemeinen bedeutet dies, dass das Zünden im Zylinder in einer entarteten oder in jedem Fall nicht optimalen Weise stattfindet, und dies wiederum bedeutet, dass mehr Schadstoffe produziert werden. Wenn bei den Betriebsbedingungen des Motors rasche Übergänge stattfinden, muss die elektronische Steuereinheit überdies auf das Ende des Motorzyklus warten, was zwei Umdrehungen der Motorwelle umfasst, bevor sie die Menge an einzuspritzendem Treibstoff modifizieren kann, obwohl ihr ihre Berechnungsgeschwindigkeit ein viel rascheres Reagieren erlauben würde.
• Das sequentielle Betriebsverfahren besteht andererseits in der Einspritzung der für jeden Zylinder gewünschten Menge an Treibstoff im optimalen Phasenverhältnis zum Induktionstakt im Zylinder. Die Einspritzung findet somit für jeden einzelnen Zylinder in einem Zeitraum statt, der dem Öffnen des Einlassventils dieses Zylinders vorangeht.
• Das sequentielle Betriebsverfahren erzielt bessere Ergebnisse in Hinblick auf die Schadstoffemissionen. Dies liegt daran, dass das Timing und die Dauer der Einspritzung für jeden Zylinder genau gesteuert werden kann, so dass die Treibstoffeinspritzung für jeden Zylinder in einer optimalen Weise stattfindet. Überdies kann die elektronische Steuereinheit auf Schwankungen in den Betriebsbedingungen viel rascher reagieren, als dies mit dem Vollgruppenverfahren der Fall wäre. Dies bedeutet, dass die Bedingungen, bei denen in jedem einzelnen Zylinder eine Zündung stattfindet, immer beinahe optimal sind. Die Leistung des Motors kann somit auch verbessert werden.
• Natürlich zieht dies höhere Kosten für die elektronische Vorrichtung zum Steuern der Einspritzer nach sich, welche in diesem Fall eine Leistungsstufe für jeden Einspritzer erfordert, so dass diese unabhängig voneinander betrieben werden können.
• Überdies erfordert ein sequentiell funktionierendes, elektronisches Mehrpunkteinspritzsystem im Vergleich zum Vollgruppenverfahren zusätzliche Informationen, das heißt, genaue Informationen in Bezug auf die Phasen der Zylinder. In der Tat ist es eindeutig notwendig, die Phase jedes Zylinders genau zu kennen, um für diesen Zylinder Treibstoff richtig einspritzen zu können. Bei nach dem Vollgruppenverfahren funktionierenden Systemen ist dies natürlich nicht notwendig, da die Einspritzung für alle Zylinder gleichzeitig stattfindet.
• Zum Beispiel gibt es im herkömmlichen Fall eines Vierzylinder/Viertaktmotors für jeden Motorzyklus (720º) vier obere Totpunkte, die in Abständen von 180ºC voneinander entfernt liegen. Für jede Umdrehung der Motorwelle (360ºC) gibt es daher zwei obere Totpunkte, die leicht voneinander unterschieden werden können, wenn, wie dies typisch ist, eine gegebene Phasengröße an der Motorwelle verwendet wird.
• Für jeden oberen Totpunkt jeder Umdrehung der Motorwelle befinden sich daher zwei der Zylinder in der oberen Totpunktposition, während sich die anderen beiden in der gegenüberliegenden Position befinden, das heißt, in der unteren Totpunktposition. Bei einer bestimmten oberen Totpunktposition ist daher dem elektronischen Einspritzsystem zum Beispiel bekannt, dass sich die Zylinder 1 und 4 in der oberen Totpunktposition befinden, während sich die Zylinder 2 und 3 in der unteren Totpunktposition befinden. Mit einer gegebenen Größe, die sich nur auf die 360ºC der Motorwelle bezieht, kann das System jedoch nicht wissen, ob der Zylinder 1 in der Kompressionsphase und der Zylinder 4 folglich in der Ausstoßphase ist, oder ob der Zylinder 4 in der Kompressionsphase und der Zylinder 1 folglich in der Ausstoßphase ist. Um diese Informationen zu liefern, ist es - wie obenstehend festgestellt - notwendig, eine in Bezug auf die 720º des Motorzyklus spezifizierte, gegebene Größe zu haben.
• Die Verwendung von zu einer Nockenwelle des Motors gehörigen Abtastvorrichtungen ist bekannt für das Erhalten dieser gegebenen Größe. In der Tat ist es bekannt, dass die Nockenwelle oder die Nockenwellen des Motors eine gegebene Größe in Bezug auf die 720º liefern können, da sie sich mit der Hälfte der Drehgeschwindigkeit der Motorwelle drehen.
• Diese Sensoren haben jedoch den Nachteil, sehr komplex und schwierig zu installieren zu sein, mit sich daraus ergebenden Kosten- und Komplexitätserhöhungen des elektronischen Einspritzsystems. Andererseits ist es viel leichter, den Motor mit einem phonischen Rad auszustatten, das typischerweise eine große Anzahl an Zähnen besitzt und zur Motorwelle gehört und bei niedrigen Kosten eine gegebene Größe liefert, die in Bezug auf die 360º der Umdrehung der Motorwelle spezifiziert ist.
• Im Fall der Nockenwelle ist es typischerweise aus Platzgründen jedoch nicht möglich, ein phonisches Rad mit einer großen Anzahl an Zähnen zu installieren, so dass der zur Nockenwelle gehörige Sensor oft in Kombination mit dem zur Motorwelle gehörigen, herkömmlichen phonischen Rad verwendet wird, nur um die gegebene Phasengröße anzugeben, das heißt, um zwischen den beiden Umdrehungen der Motorwelle, die den Motorzyklus ausmachen, zu unterscheiden.
• Zur Vermeidung dieses Problems besteht eine im Stand der Technik bekannte Lösung in der Verwendung eines Nockenwellensensors, der zu einem Rad mit vier Zähnen gehört, um Daten über 720ºC und in Übereinstimmung mit den oberen Totpunktpositionen der vier Zylinder des Motors zu haben. Somit ist es möglich, ohne phonisches Rad und dessen Sensor auszukommen. Diese Lösung hat jedoch den Nachteil, nicht zu ermöglichen, dass Daten während der Übergänge zwischen einer oberen Totpunktposition und der nächsten erhalten werden, da es aufgrund dimensionaler Beschränkungen nicht möglich ist, ein Rad mit einer großen Anzahl an zu einer Nockenwelle gehörigen Zähnen zu verwenden. Dies bedeutet, dass diese Lösung keine effiziente Steuerung des Motors während der Übergänge ermöglicht.
• Dies bedeutet, dass bis heute Einspritzsysteme, welche die Phasen der Zylinder detektieren können, wesentlich teuer sind als Einspritzsysteme, die sich auf das Detektieren der gegebenen Größe in Bezug auf eine Umdrehung der Motorwelle beschränken.
• Zur Vermeidung dieses Problems wurde in der FR-A-2 692 623 vorgeschlagen, ein Verfahren anzuwenden, das die genaue Phase des Motorzyklus aus den Daten bestimmen kann, die mit einer in Bezug auf die 360º der Umdrehung der Motorwelle spezifizierten, gegebenen Größe verfügbar sind. Dieses Verfahren sorgt für ein Starten des Motors, und zwar nicht notwendigerweise in der gleichen Phase (es besteht eine 50%ige Möglichkeit einer Umkehrung der Phase), bis der Motor auf Laufgeschwindigkeit gebracht ist. Die Treibstoffeinspritzung wird danach für einen bestimmten Referenzzylinder, beispielsweise den Zylinder Nummer 1, für eine vorbestimmte Zeitdauer gestoppt. Natürlich bewirkt dies eine oder mehrere Fehlzündungen im Zylinder 1.
• Da zu Motorwellen gehörige, phonische Räder typischerweise große Mengen an Zähnen umfassen, ist eine beinahe verzögerungsfreie Detektion von Schwankungen der Geschwindigkeit und der Beschleunigungen der Motorwelle möglich. Die elektronische Steuereinheit kann somit Fehlzündungen in einem der Zylinder detektieren, da die der Motorwelle durch die Zündung verliehene, entsprechende Beschleunigung fehlt. Es ist somit möglich, die Phase des Motorzyklus zu bestimmen, da die Fehlzündung während der Motorumdrehung stattfindet, wobei sich der Zylinder I in der Expansionsphase befindet. Danach kann die elektronische Steuereinheit die Einspritzung sequentiell steuern.
• Dieses Verfahren hat allerdings auch technische Nachteile. Ein erster Nachteil liegt an der Tatsache, dass die Startstufe in zeitlich nicht abgestimmter Weise stattfindet, bis die Phase identifiziert ist. Die Zündung, die während der Anfangsstufe des Betriebs des Motors stattfindet, ist somit nicht optimal, was zu Schadstoffemissionen führt. Es ist bekannt, dass die Anfangsstufe des Betriebs des Motors jene Stufe ist, in der die meisten Schadstoffe produziert werden. Eine Beschränkung der Schadstoffemissionen ist daher während dieser anfänglichen Betriebsstufe besonders wichtig und ist überdies notwendig, um bestimmte Tests zu bestehen, wie zum Beispiel jene Tests, die gemäß der sogenannten ECE-Standards zur Bestimmung der Schadstoffemissionen durch den Motor durchgeführt und von Gesetzen gegen Verschmutzung gefordert werden.
• Ein zweiter Nachteil liegt an der Tatsache, dass, wenn der Motor gerade gestartet wurde, bei ungünstigen Bedingungen eine nicht von der Steuereinheit verursachte Fehlzündung in jedem Fall auftreten und die Phasenidentifizierung verfälschen oder verlängern kann. Eine Identifizierung kann auch erschwert werden durch die Tatsache, dass bei gestartetem Motor das Signal/Geräusch-Verhältnis des Signals des phonischen Rads nicht sehr hoch ist, so dass jede Störung die Identifizierung von Fehlzündungen gefährden kann.
• Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass der Benutzer des Fahrzeugs das Fahrzeug in Bewegung setzen kann, bevor das System es geschafft hat, das korrekte Timing zu erzielen.
• Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung eines Synchronisierungsverfahrens, das alle obenstehend aufgezeigten Probleme in zufriedenstellender Weise löst.
• Erfindungsgemäß wird dieses Ziel durch ein Synchronisierungsverfahren mit den im Anspruch 1 definierten Merkmalen erreicht.
• Weitere Vorteile und Charakteristika der vorliegenden Erfindung werden klar aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, und zwar unter Zuhilfenahme der angeschlossenen, anhand eines nicht einschränkend gedachten Beispiels dargelegten Zeichnungen, in welchen:
• Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm eines elektronischen Treibstoffeinspritzsystems ist, welches das erfindungsgemäße Verfahren implementieren kann, und
• Fig. 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, 4b, 5a, 5b Aspekte des Betriebs des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulichende, grafische Darstellungen sind.
• Bei einer ersten Ausführungsform basiert die vorliegende Erfindung im Wesentlichen auf einem Verfahren zur Identifizierung der Phase des Motorzyklus in kürzestmöglicher Zeit, um den Betrieb des Motors gemäß dem sequentiellen, zeitlich abgestimmten Verfahren ab den allerersten Sekunden des Motorbetriebs zu ermöglichen. Dieses Verfahren ermöglicht auch die Identifizierung der Phase des Motorzyklus ohne Verwendung irgendeines spezifischen zusätzlichen Sensors.
• Das erfindungsgemäße Verfahren sorgt für ein Starten des Verbrennungsmotors, wobei nur in einem Zylinder oder nur in einigen der Zylinder des Verbrennungsmotors eine Zündung erlaubt ist. Während des Startens identifiziert die elektronische Steuereinheit die erste im Inneren eines der Zylinder stattfindende Zündung, indem die von einem zur Motorwelle gehörigen, phonischen Rad erzeugten Signale analysiert werden. Die Zylinder, in welchen während der Startphase eine Zündung erlaubt ist, werden in einer solchen Weise ausgewählt, dass eine in einem von ihnen stattfindende Zündung es ermöglicht, dass die Phase des Motorzyklus mit Sicherheit identifiziert wird, wenn eine gegebene Größe in Bezug auf die 360º der Umdrehung der Motorwelle verfügbar ist.
• Für ein besseres Verständnis wird nunmehr unter Bezugnahme auf Fig. 1 ein elektronisches Mehrpunkteinspritzsystem beschrieben, das in einer sequentiellen, zeitlich abgestimmten Weise funktionieren kann und mit dem ein erfindungsgemäßes Verfahren angewandt werden kann.
• Das System wird von einer elektronischen Steuereinheit ECU gesteuert, die sowohl die Treibstoffeinspritzung als auch den Zündvorgang eines Vierzylinder-Verbrennungsmotors E steuert. Die elektronische Steuereinheit ECU umfasst einen elektronischen Mikroprozessor oder Prozessor MP, der Daten bezüglich des Betriebs des Motors E, die von zum Motor E gehörigen Sensoren aufgefangen wurden, verarbeitet und Kontrollsignale zum Steuern der Treibstoffeinspritzung und des Zündvorgangs im Motor E ausgibt.
• Zu diesem Zweck besitzt die elektronische Steuereinheit ECU eine Schnittstellenvorrichtung CI zur Kommunikation zwischen dem Mikroprozessor MP und Geräten außerhalb der elektronischen Steuereinheit ECU. Eine der Funktionen der Schnittstellenvorrichtung CI besteht darin, die Signale, die von den zum Motor E gehörigen Sensoren aufgefangen wurden, in ein für den Mikroprozessor MP akzeptables Format zu übertragen.
• Einer dieser Sensoren ist ein Sensor 5, typischerweise ein elektromagnetischer Sensor, der mit einem zur Welle des Motors E gehörigen, phonischen Rad RF zusammenwirkt. Das phonische Rad RF umfasst typischerweise eine große Anzahl an Zähnen, beispielsweise 60 bis 135 Zähne, und schließt auch eine gegebene Winkelgröße ein, wie beispielsweise einen oder zwei fehlende Zähne, so dass eine in Bezug auf die 360º der Umdrehung der Motorwelle spezifizierte, gegebene Größe erzielt werden kann. Das erfindungsgemäße Verfahren kann jedoch auch angewandt werden, wenn ein phonisches Rad mit einer kleinen Anzahl an Zähnen verfügbar ist. Natürlich werden die vom Sensor 5 erzeugten Signale zur mit dem Mikroprozessor MP verbundenen Schnittstellenvorrichtung CI gesendet.
• Die vom Mikroprozessor MP für die Steuerung der Einspritzung ausgegebenen Kontrollsignale werden auch auf die Schnittstellenvorrichtung CI übertragen, welche sie wiederum zu einer Leistungsstufe P sendet. Die Leistungsstufe P steuert die vier Einspritzer I des Verbrennungsmotors E.
• Natürlich umfasst das elektronische Einspritzsystem weitere Sensoren und Vorrichtungen, die nicht dargestellt sind, da sie für die Zwecke einer Beschreibung und eines Verstehens der vorliegenden Erfindung nicht relevant sind. Überdies werden die bis zu diesem Zeitpunkt beschriebenen Bestandteile nicht detaillierter beschrieben, da sie herkömmliche Bestandteile sind, die derzeit bei zahlreichen elektronischen Einspritzsystemen Verwendung finden und daher ohne Schwierigkeit von einem Fachmann gestaltet werden können.
• Das erfindungsgemäße Verfahren wird nunmehr durch Bereitstellung von sich auf einen herkömmlichen Viertakt/Vierzylindermotor beziehenden Beispielen detailliert beschrieben. Es wird angenommen, dass beim Starten des Motors Treibstoff in zeitlich nicht abgestimmter und völlig herkömmlicher Weise in alle vier Zylinder eingespritzt wird, beispielsweise wie im Fall einer nach dem Vollgruppenverfahren funktionierenden, elektronischen Steuereinheit. Die elektronische Steuereinheit ECU kann beinahe verzögerungsfrei die Geschwindigkeit und Beschleunigung der Motorwelle detektieren (natürlich sind dies die Winkelgeschwindigkeit und -beschleunigung), welche in den kartesischen grafischen Darstellungen der Fig. 2a bzw. 2b gezeigt sind.
• In der grafischen Darstellung der Fig. 2a sind die Motorgrade GM oder ist in der Praxis die Drehung der Motorwelle an der Abszisse dargestellt und ist die Geschwindigkeit der Motorwelle VM an der Ordinate dargestellt (und zwar in Umdrehungen pro Minute). Gleichermaßen sind in Fig. 2b die Motorgrade GM an der Abszisse dargestellt und ist das auf die Motorwelle angewandte Drehmoment cm an der Ordinate dargestellt. Das Drehmoment cm kann leicht von der der Motorwelle verliehenen Beschleunigung abgeleitet werden, oder wahlweise kann anstelle des Drehmoments cm direkt die Beschleunigung der Motorwelle angewandt und beispielsweise durch Differenzierung der Geschwindigkeit VM erzielt werden.
• Wenn dies die Berechnungsvorgänge im Mikroprozessor MP vereinfacht, kann natürlich die Geschwindigkeit VM der Motorwelle eingesetzt werden oder können die zwischen den Detektionen der oberen Totpunktpositionen der Zylinder des Motors verstreichenden Zeitintervalle direkt eingesetzt werden. Letztere werden in der Tat direkt vom Signal des phonischen Rads erhalten.
• Zur Identifizierung der ersten Zündung können bekannte Techniken, wie bespielsweise die Verwendung eines vorbestimmten Schwellenwerts, der sich auf die zur Identifizierung eingesetzte Menge (Geschwindigkeit, Beschleunigung, Zeitintervalle etc.) bezieht, angewandt werden. Dieser Schwellenwert kann auch variabel sein, beispielsweise in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, die der Motorwelle vom Anlasser verliehen wird.
• Wie aus Fig. 2b ersichtlich, kann die erste Zündung, die in einem der Zylinder des Motors E stattfindet, leicht detektiert werden, da sie der Motorwelle eine beträchtliche Beschleunigung und einen beträchtlichen Drehmoment-Impuls verleiht. Es ist zu betonen, dass sich die Motorwelle während der Startstufe, bevor die ersten Zündungen stattfinden, mit langsamer Geschwindigkeit dreht, da sie nur vom Anlasser angetrieben wird, der auch den an der größeren anfänglichen Zähigkeit des Öls liegenden Widerstand überwinden muss.
• Zu einem besseren Verständnis ist der Höchstwert, welcher der ersten Zündung entspricht, in der grafischen Darstellung des Motordrehmoments cm mit A bezeichnet. Wie aus der grafischen Darstellung ersichtlich, tritt dieser Höchstwert A auf, kurz bevor sich die Motorwelle durch 720º gedreht hat. Überdies ist aus der grafischen Darstellung der Geschwindigkeit der Fig. 2a ersichtlich, dass es auch einen eindeutigen Anstieg der Geschwindigkeit VM der Motorwelle in Übereinstimmung mit dem Höchstwert A gibt, und zwar im Vergleich zu der Periode, in der es noch keine Zündungen gab. Ist der Motor normal gestartet, so ist ersichtlich, dass die Drehmomenthöchstwerte eine geringere Amplitude haben.
• Dies zeigt ein Problem des obenstehend beschriebenen Verfahrens vom Stand der Technik auf. Ist der Motor normal gestartet, so macht die geringere Amplitude des Drehmomenthöchstwerts eine Identifizierung der Phase in der Tat schwieriger, das Signal/Geräusch-Verhältnis ist nicht hoch und kann auch durch eine Störung, die im vom Sensor S detektierten Signal vorhanden ist, geändert werden. Überdies wird das Verfahren vom Stand der Technik weiter verkompliziert durch die Tatsache, dass bei bestimmten, das Starten des Motors E erschwerenden Bedingungen, beispielsweise einer sehr niedrigen Temperatur, eine Fehlzündung stattfinden und natürlich eine unrichtige Phasenbestimmung bewirken kann. Beispielsweise ist in der grafischen Darstellung der Fig. 2b ersichtlich, dass kurz nach dem Drehen des Motors durch 1080º die vierte Zündung nicht in optimaler Weise stattfand und daher einen Drehmomenthöchstwert einer geringeren Amplitude erzeugte. Dies bedeutet, dass mit der Anwendung dieses Verfahrens die Phasenidentifizierung eine ziemlich lange Zeit dauert, während welcher der Motor mit einer zeitlich nicht abgestimmten Einspritzung und mit der sich daraus ergebenden Emission einer größeren Menge an Schadstoffen läuft.
• Es wird jedoch angenommen, dass ein erfindungsgemäßes Verfahren angewandt wird. In diesem Fall ist es zum Beispiel möglich, Treibstoff nur in den Zylinder 1 einzuspritzen, natürlich in zeitlich nicht abgestimmter Weise. Es ist somit absolut sicher, dass die erste im Motor E stattfindende Zündung im Zylinder 1 stattfindet, dies natürlich, wenn sich dieser in der Kompressionsphase befindet. Diese Situation ist beispielsweise in den grafischen Darstellungen der Fig. 3a und 3b dargelegt. Wie in Fig. 3b klar ersichtlich, ist der Höchstwert A, welcher der ersten im Zylinder 1 stattfindenden Zündung entspricht, leicht identifizierbar. Natürlich ermöglicht dies, dass die Motorphase mit absoluter Sicherheit identifiziert wird.
• Das erfindungsgemäße Verfahren bietet somit beträchtliche Vorteile, da es eine extrem rasche Identifizierung der Motorphase ermöglicht, weil es genügt, die erste im vorgewählten Zylinder stattfindende Zündung abzuwarten. Danach ist der unverzügliche Beginn einer zeitlich abgestimmten Einspritzung in alle Zylinder des Motors möglich, wodurch ein Motorstart bei optimalen Bedingungen ermöglicht wird.
• Wie aus den grafischen Darstellungen festgestellt werden kann, ist die Identifizierung des mit der ersten Zündung übereinstimmenden Höchstwerts A ebenfalls sehr leicht und wird überdies erleichtert durch die Tatsache, dass die erste Zündung stattfindet, wenn der Motor noch vom Anlasser angetrieben wird. Dies bedeutet, dass sich die Motorwelle bei diesen Bedingungen mit ziemlich niedriger Geschwindigkeit, typischerweise zwischen 200 und 300 Umdrehungen pro Minute, dreht und das vom Sensor S detektierte Signal folglich eine niedrige Frequenz hat, was bedeutet, dass es ein hohes Signal/Geräusch-Verhältnis aufweist, weniger störungsanfällig ist und von der elektronischen Steuereinheit ECU leicht verarbeitet werden kann. Überdies verleiht die erste Zündung der Motorwelle ein Drehmoment und einen Beschleunigungsimpuls mit einer Amplitude, die wesentlich größer als die vom Anlasser verursachten Schwingungen ist, was sie äußerst erkennbar macht.
• Einige Verfahren, die für die Detektion und Identifizierung des von der ersten im Motor E auftretenden Zündung verliehenen Drehmoment-Impulses anwendbar sind, sind im Stand der Technik bekannt. Die europäische Patentanmeldung Nr. EP-A-0 637 738 des Anmelders beschreibt beispielsweise ein Verfahren zur dynamischen Messung des Drehmoments in einer Welle eines Verbrennungsmotors. Der Fachmann kann leicht eine elektronische Steuereinheit ECU herstellen, und zwar durch Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens mittels eines dieser Verfahren zur Identifizierung der ersten im Motor E stattfindenden Zündung.
• Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch solcherart implementiert werden, dass, zusätzlich zur ersten, zwei oder drei Zündungen in den erlaubten Zylindern erwartet werden, um bei der Phasenidentifizierung einen extrem hohen Sicherheitsgrad zu haben, obwohl tatsächlich herausgefunden wurde, dass die Detektion der ersten Zündung bereits eine verlässliche, Phasenidentifizierung erlaubt. Jedenfalls findet in diesem Fall eine Identifizierung auch in sehr kurzer Zeit statt.
• Natürlich kann das Prinzip, auf dem das Verfahren basiert, verallgemeinert werden. Beispielsweise ist es möglich, während des Startens die Einspritzung in zwei Zylinder durchzuführen, anstatt nur in einen. Dies ist möglich, da es mit der Einspritzung von Treibstoff in ein Paar von Zylindern, die nicht denselben oberen Totpunkt haben, noch immer möglich ist, die Motorphase mit absoluter Sicherheit zu identifizieren, wenn die erste Zündung stattfindet. Wenn beispielsweise entschieden wird, Treibstoff in das Paar von Zylindern 1-3 (die in der Zündungsabfolge aufeinanderfolgen) einzuspritzen, welche solcherart ausgewählt sind, dass der Zylinder 3 am unteren Totpunkt ist, wenn der Zylinder 1 am oberen Totpunkt ist, so kann somit die Phase des Motorzyklus mit Sicherheit identifiziert werden. Wenn die erste Zündung detektiert wird, befindet sich in der Tat natürlich nur einer der beiden Zylinder 1 und 3 am oberen Totpunkt und kann somit für die Zündung verantwortlich sein.
• Diese Situation ist in den Fig. 4a, 4b und 5a, 5b dargestellt. Wie beispielsweise in der grafischen Darstellung Sb ersichtlich, zeigt der erste Drehmomenthöchstwert A die erste Zündung an, die stattfindet, und liegt kurz vor 720º der Umdrehung. Bei der nächsten Motorumdrehung tritt eine Zündung in beiden Zylindern auf, in die Treibstoff eingespritzt wird. Wie aus der grafischen Darstellung ersichtlich, bewirkt einer der beiden Zylinder (während der Umdrehung des Motors von 1080º bis 1440º) eine Zündung und folglich einen Drehmomenthöchstwert in der ersten Hälfte der Umdrehung der Motorwelle, während der andere der beiden Zylinder eine Zündung und folglich einen Drehmomenthöchstwert in der zweiten Hälfte der Umdrehung der Motorwelle bewirkt. Überdies gibt es bei der Hälfte der Umdrehungen, beispielsweise bei den Umdrehungen von 720º bis 1080º oder von 1440º bis 1800º, keine Zündung, da sich keine Zylinder, in welchen eine Zündung erlaubt ist, in der Kompressionsstufe befinden. Klarerweise ermöglicht dies eine verlässliche Identifizierung der Phase ab der ersten Zündung A, die stattfindet.
• Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass bei Einspritzung von Treibstoff in zwei Zylinder eine größere Wahrscheinlichkeit besteht, dass bei den ersten Umdrehungen der Motorwelle während der Startstufe eine Zündung auftritt. Die Phasenidentifizierung findet somit in kürzestmöglicher Zeit statt, wonach es möglich ist, eine zeitlich abgestimmte Treibstoffeinspritzung zu beginnen. Dies ist natürlich besonders wichtig, wenn das Starten unter schwierigen Bedingungen stattfindet, so dass während der anfänglichen Umdrehungen der Motorwelle eine Fehlzündung auftreten kann.
• Somit kann beispielsweise bei einem Vierzylindermotor, bei dem die Zündungsabfolge in den Zylindern 1-3-4-2 ist, die Zündung in einem Paar von Zylindern, die in der Abfolge nacheinander zünden, erlaubt sein. In diesem Fall sind die Zylinder, in welchen eine Zündung zwecks Bestimmung der Phase des Motorzyklus erlaubt sein kann, 1-3, 4-2, 2-1, 3-4, welche alle zu den möglichen Paaren von Zylindern gehören, die in der bestimmten Abfolge nacheinander zünden.
• Natürlich kann das erfindungsgemäße Verfahren auch auf Motoren anderer Typen angewandt werden. Somit ist bei einem Zweizylindermotor die Zündung offensichtlich nur in einem Zylinder erlaubt. Bei einem Sechszylindermotor ist die Zündung beispielsweise in drei in der Zündungsabfolge aufeinanderfolgenden Zylindern erlaubt oder möglicherweise in einer kleineren Anzahl von Zylindern. In der Praxis erweist sich, dass das Verfahren auf alle Motoren angewandt werden kann, bei denen die Phase des Motorzyklus nicht mit einer gegebenen Größe in Bezug auf 360º bestimmt werden kann.
• Natürlich kann das Verfahren auch durch das Einspritzen von Treibstoff in alle Zylinder des Motors und das Bewirken eines Zündvorgangs nur in den vorgewählten Zylindern implementiert werden, um eine Zündung nur in diesen Zylindern zu erlauben. Dieses Verfahren ist völlig gleichwertig für die Zwecke der Bestimmung der Motorphase, hat jedoch im Vergleich zum obenstehend beschriebenen Verfahren den Nachteil, die Einspritzung von mehr Treibstoff, der dazu vorgesehen ist, während der ersten Umdrehungen in der Startstufe nicht verbrannt zu werden, nach sich zu ziehen.
• Bei einer zweiten Ausführungsform sorgt das erfindungsgemäße Verfahren dafür, dass jedes Mal, wenn ein Starten stattfindet, eine Zündung in allen Zylindern erlaubt wird, bis die Drehgeschwindigkeit der Motorwelle einen vorbestimmten Wert (die Anlassstufe) überschreitet, wobei dieser Wert vorzugsweise unter der Drehgeschwindigkeit bei Leerlaufdrehzahl liegt. Bei Überschreiten dieses Winkelgeschwindigkeitswerts wird dann eine Zündung in nur manchen der Motorzylinder, die durch die obenstehend beschriebenen Kriterien ausgewählt sind, erlaubt und wird die erste Zündung, die in einem der Zylinder, in welchen eine Zündung erlaubt ist, auftritt, detektiert etc., und zwar wie bei der ersten Ausführungsform des obenstehend beschriebenen Verfahrens.
• Die zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglicht auch die Identifizierung der Phase der Zylinder, bevor der Motor, der gerade gestartet ist, eine Leerlaufdrehzahl erreicht und sich bei dieser stabilisiert. Eine Phasenidentifizierung findet somit statt, wenn die Signal/Geräusch-Verhältnisse noch immer ziemlich hoch sind, da sich der Motor immer noch in der Stufe der raschen Beschleunigung nach dem Anlassen befindet.
• Natürlich können die Details der Konstruktion und die Ausführungsformen in Bezug auf die Beschriebenen und Veranschaulichten weitgehend variiert werden, ohne dadurch vom Umfang der vorliegenden Erfindung, wie in den angeschlossenen Ansprüchen definiert, abzuweichen, wobei das Prinzip der Erfindung dasselbe bleibt.

Claims (13)

1. Verfahren zur Synchronisierung eines Ottotakt-Verbrennungsmotors (E),

wobei der Motor (E) ein von zumindest einer elektronischen Prozessoreinheit (ECU) gesteuertes Kraftstoffzufuhrsystem und Abtastmittel (S) besitzt, die zur elektronischen Einheit (ECU) ein erstes Datensignal liefern können, das die Winkelposition der Welle des Motors (E) über 360º anzeigt,

wobei das Verfahren zum Erzeugen eines zweiten Datensignals geeignet ist, das die Phase zumindest eines Zylinders des Motors (E) anzeigt, so dass es in Kombination mit dem ersten Datensignal die Diskriminierung der Winkelposition der Welle des Motors (E) über 720º ermöglicht,

wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:

- das Erlauben einer Zündung in einer Untergruppe der Zylinder des Motors (E), wobei die Zylinder, in welchen eine Zündung erlaubt ist, in einer Weise ausgewählt werden, dass ihre oberen Totpunkte in verschiedenen Winkelpositionen der Motorwelle auftreten, und das aufeinanderfolgende Zünden in der Zündungsabfolge des Motors (E),

- das Detektieren der ersten Zündung, die in einem der Zylinder, in welchen eine Zündung erlaubt ist, auftritt, und zwar mittels des ersten Datensignals,

- das Bestimmen der Phase des zumindest einen Zylinders auf Basis der Winkelposition der Motorwelle zu dem Zeitpunkt, an dem die erste Zündung auftritt;

dadurch gekennzeichnet, dass der Motor (E) eine gerade Anzahl an Zylindern besitzt und die Untergruppe von Zylindern höchstens die Hälfte der Zylinder des Motors (E) umfasst.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Untergruppe von Zylindern, in welchen eine Zündung erlaubt ist, einen einzelnen Zylinder des Motors (E) umfasst.

3. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zündung in der Untergruppe von Zylindern des Motors (E) durch die Einspritzung von Treibstoff nur in diese Untergruppe von Zylindern erlaubt wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zündung in der Untergruppe von Zylindern des Motors (E) durch das Bewirken eines Zündvorgangs nur in dieser Untergruppe von Zylindern erlaubt wird.

5. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Detektierens der ersten Zündung durch das erste Datensignal den Schritt des Analysierens der Zeitintervalle zwischen den Detektionen der oberen Totpunkte der Zylinder umfasst, die vom ersten Datensignal erhalten wurden.

6. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Detektierens der ersten Zündung durch das erste Datensignal den Schritt des Analysierens eines Signals (VM) umfasst, welches die Geschwindigkeit der Motorwelle anzeigt und vom ersten Datensignal erhalten wurde.

7. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Detektierens der ersten Zündung durch das erste Datensignal den Schritt des Analysierens eines Signals umfasst, welches die Beschleunigung der Motorwelle anzeigt und vom ersten Datensignal erhalten wurde.

8. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Detektierens der ersten Zündung durch das erste Datensignal den Schritt des Analysierens eines Signals (cm) umfasst, welches das Drehmoment der Motorwelle anzeigt und vom ersten Datensignal erhalten wurde.

9. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Detektierens der ersten Zündung den Schritt des Detektierens der Beschleunigung oder des Drehmoments der Motorwelle im die Geschwindigkeit anzeigenden Signal umfasst, wobei ein Höchstwert (A) eine Amplitude hat, die wesentlich größer ist als die Amplitude einer vorbestimmten Anzahl an vorhergehenden Schwingungen des die Beschleunigung oder das Drehmoment anzeigenden Signals.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Detektierens der ersten Zündung den Schritt des Detektierens der Beschleunigung oder des Drehmoments der Motorwelle im die Geschwindigkeit anzeigenden Signal umfasst, wobei ein Höchstwert (A) eine Amplitude hat, die größer ist als ein vorbestimmter Schwellenwert.

11. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass es den Schritt des Detektierens zumindest einer weiteren Zündung nach der ersten durch das erste Datensignal umfasst, welche Zündung in einem der Zylinder, in welchen eine Zündung erlaubt ist, auftritt, um die Phase des zumindest einen Zylinders zu bestimmen.

12. Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Starten des Motors (E) in der obenstehend erwähnten, in obiger Weise ausgewählten Untergruppe von Zylindern des Motors (E) eine unverzügliche Zündung erlaubt ist.

13. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Starten des Motors (E) anfänglich eine Zündung in allen Zylindern des Motors (E) erlaubt ist, bis die Drehgeschwindigkeit der Welle des Motors (E) einen vorbestimmten Wert überschreitet, und daraufhin eine Zündung nur in der obenstehend erwähnten, in obiger Weise ausgewählten Untergruppe von Zylindern des Motors (E) erlaubt ist, bis die Phase des zumindest einen Zylinders des Motors (E) bestimmt ist.