EP1138899A2 - Verfahren zur Erkennung des Verbrennungstaktes bei einem Einzylinder-Viertaktmotor - Google Patents

Verfahren zur Erkennung des Verbrennungstaktes bei einem Einzylinder-Viertaktmotor Download PDF

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EP1138899A2
EP1138899A2 EP01102656A EP01102656A EP1138899A2 EP 1138899 A2 EP1138899 A2 EP 1138899A2 EP 01102656 A EP01102656 A EP 01102656A EP 01102656 A EP01102656 A EP 01102656A EP 1138899 A2 EP1138899 A2 EP 1138899A2
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stroke
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0097Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating speed signals

Definitions

  • the invention relates to a method for detecting the combustion cycle in a single-cylinder four-stroke engine, in which the position and the angular velocity the crankshaft is determined.
  • the invention has for its object a method of the aforementioned Way of creating it without using a the position of the camshaft determining sensor enables that of two successive To determine revolutions of the crankshaft in which the combustion cycle takes place.
  • this object is achieved in that the period measured from top dead center to a certain angle of rotation of the crankshaft and that the measured period of two successive Revolutions of the crankshaft is compared, the combustion stroke in the Revolution of the crankshaft takes place with the shorter period.
  • the invention is based on the knowledge that the angular velocity of the Crankshaft of a single-cylinder four-stroke engine is non-uniform.
  • an accelerating force acts on the crankshaft, while in the exhaust, Intake and compression stroke via the piston and the connecting rod to the crankshaft acts a braking force.
  • the crankshaft is the period, i.e. H. those for the twist the crankshaft by a certain angle of rotation in two successive Revolutions of the same required time period of different lengths.
  • the period is preferably from top dead center to bottom Dead center of the crankshaft measured, because in this area the greatest differences the angular velocity of the crankshaft occur.
  • the difference in measured period of two successive revolutions of the crankshaft is therefore particularly large and clear.
  • the method according to the invention provides the advantage that the service life the spark plug is doubled because only half the number of ignition sparks is left is produced. Due to the reduced energy requirement of the ignition coil, the generator can turn out smaller and cheaper. Furthermore, the raw emissions are lower, since the fuel is injected in the correct phase, so that a cheaper (coating) Catalyst can be used. This will be done without using a Position of the camshaft determining sensor reached by that revolution the crankshaft is determined in which the combustion cycle takes place.
  • the position of the crankshaft is first determined, and fuel is injected every revolution. As soon as the engine independently runs and because of the accelerating from the piston via the connecting rod or braking forces has a non-uniform angular velocity be clearly determined in which of two successive revolutions the crankshaft the combustion cycle takes place. Starting from this revolution can then be injected and a fuel every second revolution Spark are generated.
  • the crankshaft is accelerated by the combustion. This acceleration takes place during the following intake stroke (360 ° later) not instead.
  • the period is used to calculate this acceleration measured from top dead center (TDC) to bottom dead center (TDC) of the crankshaft.
  • TDC top dead center
  • TDC bottom dead center
  • the measurement of the period is filtered in a suitable manner, where a different filter time constant is used during the start process is considered in normal engine operation. This will influence the starter's influence on the Measurement of the period duration minimized.
  • To determine the combustion cycle the difference in the period of two successive revolutions as a percentage calculated. The sign of this percentage is a measure of each slower or faster rotation.
  • the combustion stroke is recognized and the injection pulses and the ignitions can be correctly output at the combustion stroke.
  • the detection of the threshold value is temperature-dependent in the start area of the engine executed to the different friction losses in warm and cold engine to compensate. The detection takes place during normal operation of the engine of the threshold value in a load and speed range (map) in order at every operating point of the engine to ensure reliable detection of the combustion cycle.
  • a diagnostic function monitors the correct detection.
  • the skilled person is familiar with the formation of a device for determining the position, d. H. the angle of rotation of the crankshaft and to determine the duration of a certain period of the crankshaft known, so that a more detailed explanation is unnecessary.
  • the determined measurement results are in an engine control processed to ensure that fuel in the right amount and for is injected into the cylinder at the right time and the Ignition takes place.

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung des Verbrennungstaktes bei einem Einzylinder-Viertaktmotor, bei dem die Position und die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ermittelt wird. Dabei ist vorgesehen, daß die Periodendauer vom oberen Totpunkt bis zu einem bestimmten Drehwinkel der Kurbelwelle gemessen wird, und daß die gemessene Periodendauer zweier aufeinanderfolgender Umdrehungen der Kurbelwelle verglichen wird. Der Verbrennungstakt findet in der Umdrehung der Kurbelwelle mit der kürzeren Periodendauer statt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung des Verbrennungstaktes bei einem Einzylinder-Viertaktmotor, bei dem die Position und die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ermittelt wird.
Bei einem Viertaktmotor finden der Ansaug- und der Verdichtungstakt einerseits und der Arbeits- oder der Verbrennungstakt und der Auspufftakt andererseits in zwei aufeinanderfolgenden Umdrehungen der Kurbelwelle statt. Bei einem Vergasermotor wird der Brennstoff im Ansaugtakt zusammen mit der Verbrennungsluft zugeführt, sobald das von der Nockenwelle gesteuerte Einlaßventil öffnet. Bei einem Einspritzmotor hingegen wird der Kraftstoff kurz vor Beginn des Arbeitstaktes in den Zylinder eingespritzt, d. h. kurz bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht. Dabei stellt die Erkennung des richtigen Zeitpunkts zum Einspritzen des Kraftstoffs ein gewisses Problem dar. Durch Messen der Position und der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle läßt sich zwar der richtige Zeitpunkt für die Einspritzung des Kraftstoffs vor Ausführung des Verbrennungstaktes bestimmten, es läßt sich aber nicht bestimmten, ob die Kurbelwelle gerade diejenige Umdrehung ausführt, in welcher der Verbrennungstakt stattfindet. Es sind Viertaktmotoren bekannt, bei denen bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle Kraftstoff in den Zylinder eingespritzt wird, kurz bevor der Kolben den oberen Totpunkt erreicht, und die Zündkerze wird bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle einmal gezündet. Das bedeutet, daß bei jeder zweiten Umdrehung der Kurbelwelle Kraftstoff zum falschen Zeitpunkt eingespritzt und ein Zündfunke erzeugt wird, nämlich in derjenigen Umdrehung der Kurbelwelle, in welcher der Ansaugtakt stattfindet. Eine solche Vorgehensweise führt zu einem verstärkten Abbrand der Zündkerze und zu einem höheren Stromverbrauch, was zu Problemen hinsichtlich der Ladebilanz führen kann. Noch schwerwiegender ist aber der Nachteil, daß sich sehr schlechte Abgaswerte ergeben, weil der Vorlagerungswinkel der Einspritzimpulse nicht taktsynchron ausgegeben werden kann. Da die Nockenwelle mit der halben Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle rotiert, könnte leicht festgestellt werden, in welcher von zwei aufeinanderfolgenden Umdrehungen der Kurbelwelle der Verbrennungstakt stattfindet. Hierzu müßte aber der Nockenwelle ein zusätzlicher Sensor zugeordnet sein, der deren Position ermittelt. Dies ist aber einerseits mit zusätzlichen Kosten verbunden, und andererseits ist die Unterbringung des Geberrades auf der Nockenwelle und des zugehörigen Sensors wegen des zur Verfügung stehenden beengten Raumes problematisch.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art zu schaffen, das es ohne Verwendung eines die Position der Nockenwelle ermittelnden Sensors ermöglicht, diejenige von zwei aufeinanderfolgenden Umdrehungen der Kurbelwelle zu ermitteln, in welcher der Verbrennungstakt stattfindet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Periodendauer vom oberen Totpunkt bis zu einem bestimmten Drehwinkel der Kurbelwelle gemessen wird, und daß die gemessene Periodendauer zweier aufeinanderfolgender Umdrehungen der Kurbelwelle verglichen wird, wobei der Verbrennungstakt in der Umdrehung der Kurbelwelle mit der kürzeren Periodendauer stattfindet.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle eines Einzylinder-Viertaktmotors ungleichförmig ist. Im Verbrennungstakt wirkt auf die Kurbelwelle eine beschleunigende Kraft, während im Auspuff-, Ansaug- und Verdichtungstakt über den Kolben und die Pleuelstange auf die Kurbelwelle eine bremsende Kraft einwirkt. Aufgrund dieser unterschiedlichen Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ist die Periodendauer, d. h. die für die Verdrehung der Kurbelwelle um einen bestimmten Drehwinkel in zwei aufeinanderfolgenden Umdrehungen derselben erforderliche Zeitdauer verschieden lang. Durch Messen und Vergleichen der Periodendauer zweier aufeinanderfolgender Umdrehungen der Kurbelwelle kann daher zweifelsfrei ermittelt werden, in welcher der beiden Umdrehungen der Kurbelwelle der Verbrennungstakt stattfindet.
Vorzugsweise wird die Periodendauer vom oberen Totpunkt bis zum unteren Totpunkt der Kurbelwelle gemessen, weil in diesem Bereich die größten Unterschiede der Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle auftreten. Der Unterschied der gemessenen Periodendauer zweier aufeinanderfolgender Umdrehungen der Kurbelwelle ist daher besonders groß und deutlich.
Da bei der Messung der Periodendauer Störgrößen überlagert werden, wird die Messung der Periodendauer zweckmäßigerweise gefiltert. Dabei wird während des Startvorgangs eine andere Filterzeitkonstante verwendet als im Normalbetrieb des Motors.
Im Vergleich zu einem herkömmlichen Viertakt-Einspritzmotor, bei dem bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle Kraftstoff eingespritzt und ein Zündfunke erzeugt wird, erbringt das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, daß die Lebensdauer der Zündkerze verdoppelt wird, da nur noch die halbe Anzahl von Zündfunken erzeugt wird. Durch den verminderten Energiebedarf der Zündspule kann der Generator kleiner und preiswerter ausfallen. Ferner werden die Rohemissionen geringer, da der Kraftstoff phasenrichtig eingespritzt wird, so daß ein preiswerterer (Beschichtung) Katalysator eingesetzt werden kann. Dies wird ohne Verwendung eines die Position der Nockenwelle ermittelnden Sensors erreicht, indem diejenige Umdrehung der Kurbelwelle ermittelt wird, in welcher der Verbrennungstakt stattfindet.
Beim Anlassen des Motors wird zunächst die Position der Kurbelwelle ermittelt, und es wird bei jeder Umdrehung Kraftstoff eingespritzt. Sobald der Motor selbständig läuft und wegen der vom Kolben über die Pleuelstange beschleunigenden bzw. bremsenden Kräfte eine ungleichförmige Winkelgeschwindigkeit aufweist, kann eindeutig festgestellt werden, in welcher von zwei aufeinanderfolgenden Umdrehungen der Kurbelwelle der Verbrennungstakt stattfindet. Von dieser Umdrehung ausgehend kann dann bei jeder zweiten Umdrehung Kraftstoff eingespritzt und ein Zündfunke erzeugt werden.
Beim Verbrennungstakt wird die Kurbelwelle durch die Verbrennung beschleunigt. Beim nachfolgenden Ansaugtakt (360° später) findet diese Beschleunigung nicht statt. Zur Berechnung dieser Beschleunigung wird die Periodendauer vom oberen Totpunkt (OT) bis zum unteren Totpunkt (UT) der Kurbelwelle gemessen. Durch Vergleich der Periodendauer von jeweils aufeinanderfolgenden Umdrehungen wird erkannt, in welcher Umdrehung der Verbrennungstakt bzw. der Ansaugtakt stattfindet. Die Messung der Periodendauer wird in geeigneter Weise gefiltert, wobei während des Startvorgangs eine andere Filterzeitkonstante verwendet wird als im normalen Motorbetrieb. Dadurch wird der Einfluß des Anlassers auf die Messung der Periodendauer minimiert. Zur Ermittlung des Verbrennungstaktes wird die Differenz der Periodendauer von zwei aufeinanderfolgenden Umdrehungen prozentual errechnet. Das Vorzeichen dieses Prozentwertes ist ein Maß für die jeweils langsamere oder schnellere Umdrehung. Übersteigt der Absolutwert der prozentualen Differenz einen im Datenbereich eines entsprechenden Steuergerätes abgelegten Schwellwert, so gilt der Verbrennungstakt als erkannt, und die Einspritzimpulse sowie die Zündungen können korrekt zum Verbrennungstakt ausgegeben werden. Die Erkennung des Schwellwertes wird im Startbereich des Motors temperaturabhängig ausgeführt, um die unterschiedlichen Reibungsverluste bei warmem und kaltem Motor zu kompensieren. Im Normalbetrieb des Motors erfolgt die Erkennung des Schwellwertes in einem Last- und Drehzahlraum (Kennfeld), um in jedem Betriebspunkt des Motors eine sichere Erkennung des Verbrennungstaktes zu gewährleisten. Dabei überwacht eine Diagnosefunktion die korrekte Erkennung.
Dem Fachmann ist die Ausbildung einer Einrichtung zur Ermittlung der Position, d. h. des Drehwinkels der Kurbelwelle und zur Ermittlung der Dauer einer bestimmten Periode der Kurbelwelle bekannt, so daß eine nähere Erläuterung entbehrlich ist. Die ermittelten Meßergebnisse werden in einer Motorsteuerung verarbeitet, um zu gewährleisten, daß Brennstoff in der richtigen Menge und zum richtigen Zeitpunkt in den Zylinder eingespritzt wird und im richtigen Zeitpunkt die Zündung erfolgt.

Claims (5)

  1. Verfahren zur Erkennung des Verbrennungstaktes bei einem Einzylinder-Viertaktmotor, bei dem die Position und die Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle ermittelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Periodendauer vom oberen Totpunkt bis zu einem bestimmten Drehwinkel der Kurbelwelle gemessen wird, und daß die gemessene Periodendauer zweier aufeinanderfolgender Umdrehungen der Kurbelwelle verglichen wird, wobei der Verbrennungstakt in der Umdrehung der Kurbelwelle mit der kürzeren Periodendauer stattfindet.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Periodendauer vom oberen bis zum unteren Totpunkt der Kurbelwelle gemessen wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung der Periodendauer gefiltert wird, wobei während des Startvorgangs eine andere Filterzeitkonstante verwendet wird als im Normalbetrieb des Motors.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert zur Erkennung der prozentualen Periodendauerdifferenz im Normalbetrieb des Motors betriebspunktabhängig ausgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Erkennung des Verbrennungstaktes durch eine Diagnosefunktion permanent überwacht wird.
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