EP1045967B1 - Einrichtung zur phasenerkennung - Google Patents

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EP1045967B1
EP1045967B1 EP99948671A EP99948671A EP1045967B1 EP 1045967 B1 EP1045967 B1 EP 1045967B1 EP 99948671 A EP99948671 A EP 99948671A EP 99948671 A EP99948671 A EP 99948671A EP 1045967 B1 EP1045967 B1 EP 1045967B1
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EP
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segment
detection device
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crankshaft
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Reiner Kopp
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Andreas Pfender
Wolfgang BÖRKEL
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Robert Bosch GmbH
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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/009—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating position or synchronisation signals
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    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F02D41/0097—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating speed signals

Definitions

  • the invention relates to a device Phase detection in an internal combustion engine after Genus of the main claim.
  • a multi-cylinder internal combustion engine with a crank and at least one camshaft is in the control unit Depends on the recognized position of the crank and the Camshaft calculates when for which cylinder fuel to be injected and when an ignition is triggered shall be. It is common for the angular position of the Determine crankshaft with the help of a sensor that the Crankshaft or a disk connected to it scans a characteristic surface.
  • a system at which the phase position is determined without a phase sensor is from DE-OS 44 18 577 known.
  • the start of the injection is obtained from the Angular position of the crankshaft for the individual cylinders, also pre-storage angle called, specifically changed so that from one work cycle to the next at wrong Phase position a speed change is initiated, which is evaluated with the help of the Crankshaft sensor delivered signals is detected.
  • This speed change is in Control unit recognized and evaluated and for phase detection and then on used for phase synchronization.
  • a method for phase detection is already known from EP 640 762 A1 the presence or absence of a change in speed when fading out Injection processes is evaluated. This procedure only takes place with a static one Operation of the internal combustion engine.
  • the inventive device for phase detection with the features of Claim 1 has the advantage that a particularly fast synchronization without Camshaft sensor can be done.
  • FIG. 1 In the control system for an internal combustion engine shown in FIG denotes an encoder disk, which is rigid with the crankshaft 11 of the internal combustion engine is connected and on its circumference a multiplicity of similar angle marks 12 having.
  • a reference mark 13 In addition to these similar angle marks 12 there is a reference mark 13 available, which is realized for example by two missing angle marks.
  • the total number of angle marks is, for example, 60-2.
  • the sensor disk 10 is scanned by a sensor 14 which Output signals to the control unit 15 delivers the after signal processing are available as square-wave signals that reflect the surface of the encoder disk 10.
  • Phase sensor that the camshaft 16 or one with the Camshaft 16 connected disc with a mark is not provided here.
  • the information with respect to the phase position, which from the output signal of a Such a sensor is usually obtained here Get help using the procedure described below.
  • the control unit 15 receives via various inputs further, for the control or regulation of the Internal combustion engine required input quantities.
  • the associated sensors are designated 17. About one further input, an "ignition on” signal is fed, the one connecting the ignition switch 18 from the terminal Terminal 15 of the ignition lock is supplied.
  • the at least one central processor unit 18 and one Memory 19 includes signals for the ignition and Injection determined, these signals are on the Outputs 20 and 21 issued.
  • the power supply of the Control unit 15 is carried out in the usual way with the aid of a Battery 22, which is switched on via a switch 23.
  • the Position of the crankshaft 11 during operation of the Internal combustion engine can be detected at any time. Since the Assignment between crankshaft and camshaft as well is known how the assignment between the position of the Camshaft and the position of the individual cylinders, can according to synchronization takes place when the reference mark is recognized, however, only if one for the phase position characteristic signal is present.
  • the phase signal is required because the one supplied by the crankshaft sensor Reference mark signal is ambiguous because the crankshaft within one working cycle of the internal combustion engine two Turns while the camshaft turns only once.
  • phase angle in a system without a phase sensor can be recognized and a sequential injection the following functions run in the control unit:
  • the adjusting signals of the crankshaft sensor evaluated. If the reference mark is recognized for the first time, the sequential injection at the first reference mark started. Since it is unclear in which revolution the Crankshaft is the lead angle for the Injection either correct or wrong by 360 ° KW. to Phase recognition will be injections after the start hidden or suppressed for a cylinder. This Injection is suppressed approximately three times Working games in the falling branch of the start overshoot. With the branch of the take-off overshoot falling off Speed drop meant that in Figure 2 or Figure 4 with area 1 is marked. Can't phase the blanking will be clearly determined at idle repeated after a short wait.
  • segment times are monitored.
  • the Segment times are defined so that they are approximately lie symmetrically around the ignition TDC of the respective cylinder and the segment location must be specified for each engine become.
  • the segment length is 720 ° KW / number of cylinders and includes a certain number of angle marks or
  • a dynamic value can be calculated which must exceed a predeterminable absolute value so that a misfire is detected on the corresponding cylinder.
  • the difference between the last two dynamic values can also be calculated.
  • the number of suppressed injections -1 on a cylinder for example, must have been recognized.
  • a phase search can be successfully completed if the resulting drop in speed was correctly recognized twice with three fades out. In a further condition, it may be required that no misfires have been detected on another cylinder. If the phase search reveals that the synchronization by 360 ° KW is wrong, a re-synchronization is carried out.
  • FIGS. 2 and 3 are: open the inlet valve, Injection pulse, ignition, fading out, re-synchronization and Speed versus time for an example where the Injection by 360 ° KW was wrong and a re-synchronization was required.
  • Figures 4 and 5 is the same thing for an example with correct Synchronization applied.

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Description

Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Phasenerkennung bei einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Stand der Technik
Bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einer Kurbelund wenigstens einer Nockenwelle wird vom Steuergerät in Abhängigkeit von der erkannten Lage der Kurbel- und der Nockenwelle berechnet, wann für welchen Zylinder Kraftstoff eingespritzt werden soll und wann eine Zündung ausgelöst werden soll. Dabei ist es üblich, die Winkellage der Kurbelwelle mit Hilfe eines Sensors zu ermitteln, der die Kurbelwelle bzw. eine mit dieser verbundene Scheibe mit einer charakteristischen Oberfläche abtastet.
Da sich die Kurbelwelle innerhalb eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine zwei Mal dreht, läßt sich allein durch Abtasten der Kurbelwelle die Phase der Brennkraftmaschine nicht eindeutig bestimmen. Damit dies möglich ist, wird üblicherweise mit Hilfe eines zweiten Sensors eine mit der Nockenwelle in Verbindung stehende Geberscheibe, die an ihrer Oberfläche eine Bezugsmarke aufweist, abgetastet. Da sich die Nockenwelle nur ein Mal während eines Arbeitsspiels dreht, kann das Steuergerät aus der Kombination der vom Kurbelwellen- und vom Nockenwellensensor gelieferten Signale eine eindeutige Zuordnung erkannt werden und die sogenannte Synchronisation durchgeführt werden.
Bei Systemen, die ohne Nockenwellen- bzw. Phasensensor auskommen, sind zusätzliche Maßnahmen erforderlich, die es ermöglichen, daß allein aus dem vom Kurbelwellensensor gelieferten Signal eine Synchronisation möglich ist. Ein System, bei dem die Phasenlage ohne Phasensensor ermittelt wird, ist aus der DE-OS 44 18 577 bekannt.
Bei diesem bekannten System wird der Beginn der Einspritzung bezogen aus die Winkelstellung der Kurbelwelle für die einzelnen Zylinder, auch Vorlagerungswinkel genannt, gezielt so verändert, daß von einem Arbeitsspiel zum nächsten bei falscher Phasenlage eine Drehzahländerung initiiert wird, die mit Hilfe der Auswertung der vom Kurbelwellensensor gelieferten Signale erkannt wird. Diese Drehzahländerung wird im Steuergerät erkannt und ausgewertet und zur Phasenerkennung und daran anschließend zur Phasensynchronisation verwendet.
Aus der EP 640 762 A 1 iste bereits ein Verfahren zur Phasenerkennung bekannt bei dem das Vorliegen oder Nichtvorliegen einer Drehzahländerung bei einer Ausblendung von Einspritzvorgängen ausgewertet wird. Dieses Verfahren erfolgt erst bei einem statischen Betrieb der Brennkraftmaschine.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Phasenerkennung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß eine besonders schnelle Synchronisation ohne Nockenwellensensor erfolgen kann.
Erzielt werden diese Vorteile durch eine Einrichtung zur Phasenerkennung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt.
Zeichnung
In Figur 1 sind die zur Erläuterung der Erfindung erforderlichen Komponenten eines Steuerungssystems einer Brennkraftmaschine schematisch dargestellt und in den Figuren 2 bis 5 sind erfindungswesentliche Größen bzw. Ansteuersignale über der Zeit aufgetragen.
Beschreibung
In dem in Figur 1 dargestellten Steuerungssystem für eine Brennkraftmaschine ist mit 10 eine Geberscheibe bezeichnet, die starr mit der Kurbelwelle 11 der Brennkraftmaschine verbunden ist und an ihrem Umfang eine Vielzahl gleichartiger Winkelmarken 12 aufweist. Neben diesen gleichartigen Winkelmarken 12 ist eine Referenzmarke 13 vorhanden, die beispielsweise durch zwei fehlende Winkelmarken realisiert ist. Die Gesamtzahl der Winkelmarken beträgt beispielsweise 60-2.
Die Geberscheibe 10 wird von einem Sensor 14 abgetastet, der Ausgangssignale an das Steuergerät 15 liefert, die nach einer Signalaufbereitung als Rechtecksignale vorliegen, die die Oberfläche der Geberscheibe 10 wiederspiegeln.
Ein bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen vorhandener Phasensensor, der die Nockenwelle 16 bzw. eine mit der Nockenwelle 16 verbundene Scheibe mit einer Markierung abtastet, ist hier nicht vorgesehen. Die Information bezüglich der Phasenlage, die aus dem Ausgangssignal eines solchen Sensors üblicherweise gewonnen wird, wird hier mit Hilfe des im Folgenden beschriebenen Verfahrens erhalten.
Das Steuergerät 15 erhält über verschiedene Eingänge weitere, für die Steuerung bzw. Regelung der Brennkraftmaschine erforderliche Eingangsgrößen. Die zugehörigen Sensoren sind mit 17 bezeichnet. Über einen weiteren Eingang wird ein "Zündungs ein"-Signal zugeführt, das ein Anschließen des Zündschalters 18 von der Klemme Kl.15 des Zündschlosses geliefert wird. Im Steuergerät 15, das wenigstens eine zentrale Prozessoreinheit 18 sowie einen Speicher 19 umfaßt, werden Signale für die Zündung und Einspritzung ermittelt, diese Signale werden über die Ausgänge 20 und 21 abgegeben. Die Spannungsversorgung des Steuergerätes 15 erfolgt in üblicher Weise mit Hilfe einer Batterie 22, die über einen Schalter 23 zugeschaltet wird.
Mit der in Figur 1 beschriebenen Einrichtung kann die Stellung der Kurbelwelle 11 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, jedoch nur dann, wenn ein für die Phasenlage charakteristisches Signal vorhanden ist. Das Phasensignal wird benötigt, da das vom Kurbelwellensensor gelieferte Bezugsmarkensignal mehrdeutig ist, da sich die Kurbelwelle innerhalb eines Arbeitsspieles der Brennkraftmaschine zwei Mal dreht, während sich die Nockenwelle nur ein Mal dreht.
Damit bei einem System ohne Phasensensor die Phasenlage erkannt werden kann und eine sequentielle Einspritzung erfolgen kann, laufen im Steuergerät folgende Funktionen ab:
Nach erkanntem Start der Brennkraftmaschine werden die sich einstellenden Signale des Kurbelwellensensors ausgewertet. Wird die Bezugsmarke erstmalig erkannt, wird mit der sequentiellen Einspritzung an der ersten Bezugsmarke gestartet. Da unklar ist, in welcher Umdrehung sich die Kurbelwelle befindet, ist der Vorlagerungswinkel für die Einspritzung entweder richtig oder um 360°KW falsch. Zur Phasenerkennung werden nach erfolgtem Start Einspritzungen für einen Zylinder ausgeblendet bzw, unterdrückt. Diese Unterdrückung der Einspritzung erfolgt dabei ca. drei Arbeitsspiele im abfallenden Ast des Startüberschwingers. Mit abfallendem Ast des Startüberschwingers ist der Drehzahlrückgang gemeint, der in Figur 2 bzw. Figur 4 mit dem Bereich 1 gekennzeichnet ist. Kann die Phasenlage nicht eindeutig bestimmt werden, wird die Ausblendung im Leerlauf nach einer kurzen Wartezeit wiederholt.
Im Zeitraum während der Ausblendung bis zwei Kurbelwellenumdrehungen nach der letzten Ausblengung werden speziell gebildete Segmentzeiten überwacht. Die Segmentzeiten sind dabei so definiert, daß sie etwa symmetrisch um den Zünd-OT des jeweiligen Zylinders liegen und die Segmentlage muß für jeden Motor speziell festgelegt werden. Die Segmentlänge beträgt 720°KW/Zylinderzahl und umfaßt eine bestimmte Anzahl von Winkelmarken bzw.
Signalflanken. Da die Zeit ermittelt wird, in der sich die Kurbelwelle um ein Segment dreht, ergibt sich bei der Drehzahlauswertung ein Tiefpaßverhalten. Es erfolgt eine Mittelwertbildung über mehrere Winkelmarken bzw. Winkelmarken. Die Lage des Segments ist so zu wählen, daß der Segmentzeitanstieg durch einen ausgeblendeten Zylinder, also der Zeitanstieg, der durch wählende Verbrennung verursacht, zur Hälfte im Segment liegt. Dadurch ergibt sich ein größtmöglicher Störabstand zum nächsten Segment.
Zur Erkennung eines Drehzahleinbruchs nach ausgeblendeter Einspritzung werden immer nur die Segmentzeiten ausgewertet, bei denen sich die Ausblendung der Einspritzung auswirken kann. Beispielsweise wird bei einer 4-Zylinder-Brennkraftmaschine die Einspritzung für Zylinder 1 ausgeblendet und die Segmentzeit um den Zündungs-OT von Zylinder 2 und 4 wird ausgewertet. Bei einer Brennkraftmaschine mit geradzahliger Zylinderzahl bedeutet dies, daß die Segmentzeiten jeweils am mechanisch selben Segment, d. h. also jeweils zwischen den selben Winkelmarken ermittelt werden. Dadurch haben eventuell vorhandene Geberradtoleranzen keinen Einfluß auf die Drehzahlauswertung.
Durch Differenzbildung der beiden Segmentzeiten von Zylinder 2 und Zylinder 4 bei Ausblendung für Zylinder 1 läßt sich ein Dynamikwert berechnen, der einen vorgebbaren Absolutwert übersteigen muß, damit an dem entsprechenden Zylinder ein Aussetzer detektiert wird. Es gilt: dts(k) = ts (k) - ts (k-2) mit ts = Segment zeit
dts = Dynamikwert
dies gilt für eine 4-Zylinder-Brennkraftmaschine.
Zusätzlich zur Differenzbildung der beiden Segmentzeiten läßt sich noch die Differenz der zwei letzten Dynamikwerte berechnen. Diese Differenz muß also ein Absolutwert sein, es gilt Ddts = dts (k) - dts (k-2) der Drehzahleinfluß muß nicht berücksichtigt werden, da die Ausblendung der Einspritzung nur in einem kleinen Drehzahlbereich erfolgt. Damit die Phasensuche erfolgreich ist, müssen beispielsweise die Anzahl von unterdrückten Einspritzungen -1 an einem Zylinder erkannt worden sein. Beispielsweise kann eine Phasensuche erfolgreich abgeschlossen werden, wenn bei drei Ausblendungen der sich einstellende Drehzahleinbruch zwei Mal richtig erkannt wurde. In einer weiteren Bedingung kann geforder werden, daß außerdem an einem anderen Zylinder kein Aussetzer erkannt worden ist. Ergibt die Phasensuche, daß die Synchronisation um 360°KW falsch ist, wird eine Umsynchronisation vorgenommen.
In den Figuren 2 und 3 sind die Größen: Einlaßventil öffnen, Einspritzimpuls, Zünden, Ausblenden, Umsynchronisation und Drehzahl über der Zeit für ein Beispiel, bei dem die Einspritzung um 360°KW falsch war und eine Umsynchronisation erforderlich war, aufgetragen. In den Figuren 4 und 5 ist der selbe Sachverhalt für ein Beispiel mit korrekter Synchronisation aufgetragen.

Claims (6)

  1. Einrichtung zur Phasenerkennung bei einer Brennkraftmaschine, mit einer Kurbelwelle, deren Winkellage durch Auswertung eines von einem Kurbelwellen-Sensor gelieferten Signals in einer Auswerteeinrichtung laufend ermittelt wird und die Auswerteeinrichtung abhängig von der Winkelstellung Einspritz- und Zündimpulse auslöst und zur Erkennung der Phasenlage nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine die Einspritzung beeinflußt und die sich dadurch einstellenden Drehzahländerungen auswertet, wobei die Einspritzung für vorgebbarte Zylinder ausgeblendet wird, so daß kein Kraftstoff eingespritzt wird und das Ausgangssignal des Kurbelwelle ensors auf zu erwartende Reaktion hin überwacht wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Phasenerkennung Mittel enthölt, die die Ausblendung der Einspritzung nach erkanntem Start in einem Bereich erfolge lassen, in dem sich die Drehzahl verringert, wobei dieser Bereich dem abfallenden Ast des Startüberschwingers entspricht.
  2. Einrichtung zur Phasenerkennung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Ausgangssignal des Kurbelwellensensors Segmentzeiten ermittelt werden, wobei ein Segment sich über einen vorgebbaren Winkelbereich erstreckt und eine Segmentzeit so festgelegt wird, daß sich die Kurbelwelle in dieser Zeit um ein Segment dreht, und daß durch Vergleich ausgewählter Segmentzeiten eine unterbliebene Zündung erkannt und zur Phasenerkennung verwendet wird.
  3. Einrichtung zur Phasenerkennung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen vorgebbaren Segmentzeiten gebildet wird, daß die ermittelte Differenz mit einem vorgebbaren oder anpaßbaren Mindestwert verglichen wird und ein Verbrennungsaussetzer erkannt wird, wenn die ermittelte Differenz den Mindestwert überschreitet.
  4. Einrichtung zur Phasenerkennung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein erkannter Aussetzer mit Hilfe eines Zylinderzählers der entsprechenden Phasenlage zugeordnet wird und erkannte Aussetzer mit jeweils einem Zähler für Phasenlage richtig oder falsch aufsummiert werden.
  5. Einrichtung zur Phasenerkennung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer erkannten Falschsynchronisation eine Umsynchronisation vorgenommen wird, die um 360°KW verschoben ist.
  6. Einrichtung zur Phasenerkennung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Ausgangssignal des Kurbelwellensensors Drehzahlen ermittelt werden, wobei die Ermittlung der Drehzahl jeweils aus einer Segmentzeit erfolgt.
EP99948671A 1998-09-30 1999-07-23 Einrichtung zur phasenerkennung Expired - Lifetime EP1045967B1 (de)

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