EP1073843B1 - Verfahren und vorrichtung zur phasenerkennung an einem 4-takt ottomotor mit ionenstrommessung - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur phasenerkennung an einem 4-takt ottomotor mit ionenstrommessung Download PDFInfo
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- EP1073843B1 EP1073843B1 EP99926255A EP99926255A EP1073843B1 EP 1073843 B1 EP1073843 B1 EP 1073843B1 EP 99926255 A EP99926255 A EP 99926255A EP 99926255 A EP99926255 A EP 99926255A EP 1073843 B1 EP1073843 B1 EP 1073843B1
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- F02D2041/0092—Synchronisation of the cylinders at engine start
Definitions
- Modern internal combustion engines are operated by means of an ECU (Electronic Control Unit) regulated and controlled. If the engine Injectors are then operated electrically by the ECU it is necessary to change the phase at the start of the Determine internal combustion engine.
- the phase detection gives a 4-stroke gasoline engine, whether the piston is in the Upward movement in the compression stroke or in the discharge stroke located.
- An ignition device is also known from US Pat. No. 5,067,462 known an ion current measurement. Based on the ion current measurement can be determined whether an ignitable in a cylinder Mixture was present or not.
- EP 9 33 525 A1 describes a device and a method for cylinder detection in an internal combustion engine. There the success or failure of an ignition becomes primary detected.
- the present invention relates to a method with Phase detection using an ion current measuring circuit performs.
- the present method is illustrated in FIG. 1 using an exemplary embodiment. It uses the means 3 of the ion current measurement, by means of which the ignition, means 2, is observed. Means 2 usually serve to start the combustion process 1. If a spark arises at the spark plug and if ion current is measured on this spark plug during this time, then the spark current can be detected with the aid of means 3. The detection of an ignition spark can be used to determine the phase. According to the Paschen law, it is known that the higher the pressure between the electrodes, the higher the ignition voltage. If the engine is turned by the starter, the gas in the combustion chamber is compressed every 720 ° KW. This increase in pressure in the compressed gas, into which the fuel has not yet been injected, leads to an increased ignition voltage.
- the difference between high and low ignition voltage can be determined by the ignition energy. If only enough energy is made available to the system that it is sufficient for ignition in the areas of low pressure, but not in the high pressure, then a distinctive feature can be formed by analyzing the spark current. If no ignition spark has jumped, then only the primary and secondary stray capacitance will be charged and in the next step the energy is fed back into the vehicle electrical system via the freewheeling diode D located in the igniter or externally. One will measure a very short ion current, which is simulated by the spark current.
- the switch-off current provided with a sufficient signal-to-noise ratio is determined with a series of ignition sparks, so that ignition takes place safely. This adjustment may span 10 iterations. It is possible that some cylinders are currently in a compressed state. In this case the necessary energy level is incorrectly determined. At least half of the cylinders are in a sufficiently uncompressed state, so that there is still sufficient redundancy in this case as well.
- the phase detection and ignition control is carried out continuously on all cylinders with the help of the ion current measuring circuit. After the ignition has been output, the ascertained feature value is recorded by the ECU as required and it is classified into whether the ignition has taken place or not.
- the ion current measuring device can in any case detect a part of the spark current, and as a rule is fully controlled thereby. If an attempt is made to ignite according to the adjusted energy level, the ion current is integrated for the duration of an ignition spark, the result is recorded by a sample and hold and made available to the ECU.
- An alternative possibility of the feature detection is to realize that the measured signal is low-pass filtered and observed with a peak value detection. The peak value is supplied to the ECU, this peak value is then compared with a threshold.
- FIG. 3 shows an example of the signals occurring on the inductive ignition system. A distinction is made between “no ignition” and “ignition”. The following are shown: the secondary current which flows in L 2 (see FIG. 2); the ion current which is measured with the ion current measuring device and, for example, the low-pass signal of the measured ion current, which is intended to show the formation of features.
- the ignition energy is introduced into the ignition coil via the primary side by closing the transistor.
- the ignition transistor T is switched to high resistance and the energy in the coil now drives a current in the primary and secondary windings.
- the current in the secondary winding is called i sec and can be seen in the first diagram.
- the entire arrangement behaves like an LC resonant circuit with one coil each on the primary and secondary side.
- the capacities are formed in each case by spreading and component capacities. On the secondary side, these are coil capacity, cable capacity and candle capacity.
- the freewheeling diode D begins to conduct on the primary side and feeds the rest of the energy back into the battery. The energy is also withdrawn on the secondary side and the current flow quickly stops. Since the ion currents are very small, the signal level of the ion current measurement i ion is immediately maximally controlled. If the ion current signal i ion is low-pass filtered TP ⁇ i ion ⁇ , then only a low signal level is reached.
- the low-pass filtered ion current signal TP ⁇ i ion ⁇ reaches a significantly higher level than the signal when the ignition has not occurred. The two cases are easy to distinguish from the ECU.
- the core of the invention is the use of the ion current measurement for ignition spark observation and the phase detection derived therefrom. If an ion current measurement is available on a vehicle, phase detection can be installed with little additional technical effort. Since the process is based on existing resources, it is extremely cost-effective.
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Description
- Figur 1:
- Überblick über das Gesamtsystem
- 1:
- Zylinder
- 2:
- Zündsystem
- 3:
- Mittel zur Ionenstrommessung
- 4:
- Mittel zur Merkmalsbildung
- 5:
- ECU (= Electronic Control Unit)
- Figur 2:
- Beispielhafte Ausführung
- Figur 3:
- Signalformen
- Figur 4:
- Ablaufdiagramm
Entsteht an der Zündkerze ein Zündfunke und wird an dieser Zündkerze während dieser Zeit Ionenstrom gemessen, dann kann mit Hilfe des Mittel 3 der Funkenstrom nachgewiesen werden. Der Nachweis eines Zündfunkens kann zur Ermittlung der Phase genutzt werden.
Nach dem Paschengesetz ist bekannt, daß die Zündspannung um so höher ist, je größer der Druck zwischen den Elektroden ist. Wird der Motor vom Anlasser gedreht, dann wird das Gas im Verbrennungsraum nach jeweils 720° KW verdichtet. Dieser Druckanstieg im verdichteten Gas, in das noch keine Einspritzung des Kraftstoffes erfolgte, führt zu einer erhöhten Zündspannung. Der Unterschied zwischen hoher und niedriger Zündspannung kann durch die Zündenergie bestimmt werden. Wird dem System nur soviel Energie zur Verfügung gestellt, daß es in den Bereichen niedrigen Druckes zur Zündung ausreicht, in den hohen Druckes aber nicht, dann kann durch die Analyse des Funkenstroms ein Unterscheidungsmerkmal gebildet werden.
Ist kein Zündfunke übergesprungen, dann wird sich nur die primär- und sekundärseitige Streukapazität aufladen und im nächsten Schritt wird die Energie über die im Zünder oder extern befindliche Freilaufdiode D ins Bordnetz zurückgespeist. Man wird einen sehr kurzen Ionenstrom ,der durch den Funkenstrom vorgetäuscht wird, messen.
Es ist möglich, daß sich einige Zylinder gerade in komprimiertem Zustand befinden. In diesem Falle wird das notwendige Energieniveau falsch bestimmt. Mindestens die Hälfte der Zylinder befindet sich aber in ausreichend unkompremiertem Zustand, so daß auch in diesem Falle noch ausreichend Redundanz vorhanden ist.
Die Phasenerfassung und Zündregelung erfolgt an allen Zylindern mit Hilfe des Ionenstrommeßkreises kontinuierlich. Nach ausgegebener Zündung wird der ermittelte Merkmalswert von der ECU bei Bedarf erfaßt und es wird in erfolgte Zündung oder nicht erfolgte Zündung klassifiziert. Wird ein Zündaussetzter erkannt, können bei ausreichender Zündwiederholfrequenz mehrere Zündungen im Zeitraum des Überstreichen eines Kolbens des Verdichtungs-OT ausgewertet werden, so daß sich eine stabile Aussage bezüglich des 360° KW entfernten Zylinders ergibt. D.h. bei einem Zylinder unterbleibt die Zündung und beim 360° KW entfernten Zylinder bleibt der Zündfunke weiterhin bestehen. Von nun an ist die Phase bekannt.
Spätestens nach einer Umdrehung, nach Vorbeilaufen der Bezugsmarke auf dem Kurbelwellengeberrad, kann mit der Einspritzung am richtigen Zylinder begonnen werden.
Von entscheidender Bedeutung ist hierbei daß der Abschaltstrom (= die in die Spule eingebrachte Energie) konstant gehalten wird. Gegebenenfalls muß die Batteriespannung von der ECU erfaßt und die Schließzeit/ Schließwinkel korrigiert werden. Merkmalsbildung (als Beispiel am induktiven Zündsystem)
Die Ionenstrommeßeinrichtung kann auf jeden Fall einen Teil des Funkenstromes erfassen, und wird in der Regel dadurch voll ausgesteuert. Erfolgt nach angepaßten Energieniveaus ein Versuch der Zündung, wird während der Dauer eines Zündfunkens der Ionenstrom integriert, das Ergebnis wird durch ein Sample&Hold erfaßt und der ECU zur Verfügung gestellt.
Eine alternative Möglichkeit der Merkmalserfassung ist dadurch zu realisieren, daß das gemessene Signal tiefpaßgefiltert und mit einem Spitzenwerterfassung beobachtet wird. Der ECU wird der Spitzenwert zugeführt, dieser Spitzenwert wird anschließend mit einer Schwelle verglichen.
Ist die Hälfte der Schwingung vorbei, wird der Strom in Primärund Sekundärseite negativ. Nun beginnt auf der Primärseite die Freilaufdiode D zu leiten und speist den Rest der Energie in die Batterie zurück. Auch auf der Sekundärseite wird so die Energie entzogen und der Stromfluß kommt schnell zum erliegen. Da die Ionenströme sehr klein sind wird der Signalpegel der Ionenstrommessung iion sofort maximal ausgesteuert. Wird das Ionenstromsignal iion tiefpaßgefiltert TP{iion}, dann wird nur ein geringer Signalpegel erreicht.
Die beiden Fälle sind von der ECU leicht zu unterscheiden.
Ist eine Ionenstrommessung an einem Fahrzeug vorhanden, kann durch geringen technische Mehraufwand eine Phasenerkennung installiert werden.
Da sich das Verfahren auf schon vorhandene Ressourcen abstützt, ist es äußerst kostengünstig.
Claims (12)
- Vorrichtung zur Phasenerkennung für einen Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern,
wobei jeder Zylinder mindestens eine Zündkerze aufweist, so daß Zündfunken auslösbar sind,
wobei eine Ionenstrommeßeinrichtung und eine Electronic Control Unit vorgesehen sind, wobei'durch die Electronic Control Unit anhand des Signals der Ionenstrommeßeinrichtung bestimmbar ist, ob in mindestens einem der Zylinder Zündfunken erfolgt oder ausgeblieben sind, dadurch gekennzeichnet, daß zweite Mittel vorhanden sind, die die Energie des Zündfunkens in dem mindestens einen Zylinder so einstellen, daß bei niedrigem Innendruck in dem mindestens einen Zylinder ein Zündfunken erfolgt und bei hohem Innendruck in dem mindestens einen Zylinder ein Zündfunken ausbleibt, und daß dritte Mittel vorhanden sind, die die Bestimmung der Phasenlage in dem mindestens einen Zylinder anhand der Beobachtung mindestens eines erfolgten und mindestens eines ausgebliebenen Zündfunkens vornehmen. - Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Ionenstrommeßeinrichtung ein Ionenstrom während der Dauer des Zündfunkens integrierbar ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß
mittels der Ionenstrommeßeinrichtung ein Spitzenwert eines tiefpaßgefilterten Teils des Funkenstroms erfaßbar ist. - Vorrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß anhand der Electronic Control Unit der Spitzenwert eines tiefpaßgefilterten Teils des Funkenstroms mit einer Schwelle vergleichbar ist.
- Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß
anhand der dritten Mittel die Phasenlage mindestens eines der Zylinder anhand der Beobachtung mindestens eines erfolgten und mindestens eines zeitgleich ausgebliebenen Zündfunkens in zwei 360° KW entfernten Zylindern bestimmbar ist. - Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß
vierte Mittel vorhanden sind, sodaß eine Umdrehung durchführbar ist, um verbrennungsfähiges Restgas aus dem Zylinder zu befördern. - Verfahren zur Phasenerkennung für einen Verbrennungsmotor mit mehreren Zylindern, wobei jeder Zylinder mindestens eine Zündkerze aufweist, sodaß Zündfunken ausgelöst werden, wobei durch eine Electronic Control Unit anhand des Signals einer Ionenstrommeßeinrichtung bestimmt wird, ob in mindestens einem Zylinder Zündrunken erfolgt oder ausgeblieben sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie des Zündfunkens so eingestellt wird, daß das Erfolgen des Zündfunkens vom Innendruck in dem mindestens einen Zylinder abhängig ist, und daß die Phasenlage des mindestens einen Zylinders anhand der Beobachtung mindestens eines erfolgten und mindestens eines ausgebliebenen Zündfunkens bestimmt wird.
- Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Ionenstrommeßeinrichtung ein Ionenstrom während der Dauer des Zündfunkens integriert wird.
- Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß mittels der Ionenstrommeßeinrichtung ein Spitzenwert eines tiefpaßgefilterten Teils des Funkenstroms erfaßt wird.
- Verfahren nach Anspruch 9 dadurch gekennzeichnet, daß durch die Electronic Control Unit der Spitzenwert eines tiefpaßgefilterten Teils des Funkenstroms mit einer Schwelle verglichen wird.
- Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenlage mindestens eines der Zylinder anhand der Beobachtung mindestens eines erfolgten und mindestens eines zeitgleich ausgebliebenen Zündfunkens in zwei 360° KW entfernten Zylindern bestimmt wird.
- Verfahren nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Beginn der Phasenerkennung eine Umdrehung erfolgt, sodaß verbrennungsfähiges Restgas aus dem Zylinder befördert wird.
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