EP1173667A1 - Verfahren zur zündsynchronisation - Google Patents

Verfahren zur zündsynchronisation

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EP1173667A1
EP1173667A1 EP00918878A EP00918878A EP1173667A1 EP 1173667 A1 EP1173667 A1 EP 1173667A1 EP 00918878 A EP00918878 A EP 00918878A EP 00918878 A EP00918878 A EP 00918878A EP 1173667 A1 EP1173667 A1 EP 1173667A1
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EP
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ignition
tdc
shift
crankshaft
top dead
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Wolfgang Nehse
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P7/00—Arrangements of distributors, circuit-makers or -breakers, e.g. of distributor and circuit-breaker combinations or pick-up devices
    • F02P7/06—Arrangements of distributors, circuit-makers or -breakers, e.g. of distributor and circuit-breaker combinations or pick-up devices of circuit-makers or -breakers, or pick-up devices adapted to sense particular points of the timing cycle
    • F02P7/067—Electromagnetic pick-up devices, e.g. providing induced current in a coil
    • F02P7/0675—Electromagnetic pick-up devices, e.g. providing induced current in a coil with variable reluctance, e.g. depending on the shape of a tooth
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1497—With detection of the mechanical response of the engine
    • F02D41/1498—With detection of the mechanical response of the engine measuring engine roughness
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/10—Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
    • F02D2200/1015—Engines misfires

Definitions

  • the invention relates to a method for ignition synchronization in an internal combustion engine with a crank shaft encoder and a device for smooth running detection.
  • the work cycle comprises the processes of suction, compression, work and exhaust, with each cylinder moving up and down twice and coming to a standstill in two top dead centers (TDC) and two bottom dead centers (TDC).
  • TDC top dead centers
  • TDC bottom dead centers
  • the crankshaft therefore executes two revolutions during one work cycle, the camshaft one revolution.
  • the ignition of the gas-fuel mixture placed in a cylinder takes place at a top dead center, in which the mixture is just compressed.
  • ZOT Zünd-OT
  • there is still an overlap TDC in which both the inlet and outlet valves are open during the transition from ejection to suction.
  • crankshaft encoder When using a crankshaft encoder, you can determine when there is an upper dead center. However, it is not easy to determine whether this is the ignition TDC or the overlap TDC. To differentiate these top dead centers, a camshaft sensor is conventionally used which indicates the TDC.
  • the object of the invention is to provide a method for ignition synchronization in which the ignition TDC can be determined without a camshaft sensor.
  • top dead centers in at least one cylinder, with a shift in the ignition timing taking place at certain TDCs, in particular every second TDC, ie every 720 ° crankshaft angle.
  • TDC top dead center
  • a reduction in the indicated work in the respective cylinder can be determined.
  • Such a reduction in the indicated work can be determined by means of a smooth running detection device. If an effect on the smooth running can now be seen from the shift in the ignition angle, the shift in the ignition point has occurred in the top dead center, in which the air-fuel mixture is actually ignited. However, if the smooth running does not essentially change due to the shift in ignition timing, the ignition took place in the overlap TDC.
  • a reduction in the ignition angle is preferably selected as the ignition angle shift.
  • a cross-check can be attempted in such a way that the ignition timing shift is offset by 360 °. If the ignition timing synchronization is functioning correctly, there must be a change in smooth running if there was no change in smooth running beforehand, or vice versa, there must be normal smooth running if there was a large uneven running before the countercheck.
  • the ignition can be tested in other cylinders, preferably according to their firing order, for a cross-check.
  • the present method offers a simple and inexpensive solution for effective ignition synchronization.
  • the costs for a camshaft sensor and an associated peri phehe can be saved without having to do without a single ignition or operation in fully sequential mode.
  • Fig. 3 is a partial sectional view of a known crankshaft encoder
  • FIG. 4 shows a diagram with a pulse curve for the speed and crankshaft position in a crankshaft sensor according to FIG. 3.
  • the known working cycle of a four-stroke gasoline engine can be easily derived from the control diagram in FIG. 2, in which the opening and closing times of the intake and exhaust valves are recorded as angles in degrees of crankshaft revolutions.
  • the intake stroke is limited by the events “intake valve opens” (Eö) and “intake valve closes” (Es).
  • the compression stroke is limited by the events “intake valve closes” (Es) and top dead center (TDC).
  • the duty cycle is limited by the just mentioned TDC and the event “exhaust valve opens” (Aö).
  • the exhaust stroke is finally limited by the events “exhaust valve opens” and “exhaust valve closes” (As).
  • the opening times of the intake and exhaust valves overlap.
  • the crankshaft makes two complete revolutions, with each cylinder passing through two upper (TDC) and two lower dead centers (UT). About 0 ° to 40 ° before top dead center (TDC), at which compression has taken place, the actual ignition of an air-fuel mixture introduced into the corresponding cylinder takes place. This is the ignition TDC (ZOT). On the other hand, the TDC in the transition area from ejection to suction is called an overlap TDC (ÜOT).
  • the position of the crankshaft can be determined, for example, with a crankshaft encoder.
  • a partial view of a known crankshaft encoder is shown in FIG. 3.
  • a transmitter wheel 10 is arranged, which has flags 12 and a reference mark 14.
  • a sensor opposite the sensor wheel consisting of a soft iron core 20, a winding 22 and a permanent magnet 24, is accommodated in a housing 26 which is fastened to a motor housing 30.
  • the induction transmitter described above When the crankshaft rotates, the induction transmitter described above generates a signal which has a voltage curve as shown in FIG. 4 over time t. With each crankshaft revolution, the reference mark 14 is passed over once, so that the speed and the crankshaft position can be detected precisely during one revolution.
  • crankshaft encoder With the crankshaft encoder described here, however, it cannot be determined whether one is in the intake cycle or in the work cycle.
  • a camshaft sensor has been used for this purpose.
  • the present method according to the invention makes it possible to dispense with a separate camshaft generator.
  • the first step is after the start the internal combustion engine fires at all top dead centers (TDC).
  • the first 5 revolutions of the crankshaft are shown in FIG. 1.
  • normal cranking takes place at crankshaft angles 0 °, 720 ° and 1440 ° with the ignition values ct ⁇ given from a map.
  • the ignition angle is reduced by a certain value ⁇ , so that at these ignition times, the ignition angle ⁇ is retarded.
  • the smoothness changes. If, on the other hand, the ignition angle is withdrawn at an upper dead center, at which there is no compressed air / fuel mixture, that is to say in the ÜOT, the smooth running does not essentially change.
  • a change in running smoothness can be determined with a device for running smoothness detection.
  • Such smooth running detection devices are widely known in the prior art and are not described in detail here. For example, however, it is possible to evaluate the time of the signal shown in FIG. 4 with regard to its reversal points.
  • the present method can be used to determine whether top dead center of the crankshaft is an ignition TDC or an overlap TDC.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zündsynchronisation bei einem Verbrennungsmotor mit einem Kurbelwellengeber sowie einer Einrichtung zur Laufruheerkennung. Zur Einsparung eines Nockenwellengebers wird ein Zündsynchronisationsverfahren vorgeschlagen, bei dem nach dem Starten des Fahrzeugs zumindest in einem Zylinder eine Zündung bei allen oberen Totpunkten (OT's) erfolgt, wobei alle 720 DEG Kurbelwellenwinkel eine Verschiebung des Zündzeitpunktes um einen bestimmten Wert durchgeführt wird, über die Laufruheerkennung die Auswirkung der Zündzeitpunktverstellung erfasst wird und eine Zündung im Bereich des oberen Totpunktes, in dem die Verschiebung des Zündzeitpunktes erfolgt, angenommen wird, wenn sich die Laufruhe über einen vorgegebenen Grenzwert ändert, oder eine Zündung im Bereich des oberen Totpunktes, in dem keine Verschiebung des Zündzeitpunktes erfolgt, angenommen wird, wenn sich die Laufruhe nicht über einen vorgegebenen Grenzwert ändert.

Description

Verfahren zur Zündsynchronisation
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zündsynchronisation bei einem Ver- brennungsmotor mit einem Kurbeiwellengeber sowie einer Einrichtung zur Laufruheerkennung.
Bei einem Viertaktmotor umfaßt das Arbeitsspiel die Vorgänge Ansaugen, Verdichten, Arbeiten und Ausstoßen, wobei sich jeder Zylinder zweimal auf- und abwärts bewegt und dabei in zwei oberen Totpunkten (OT) und zwei unteren Totpunkten (UT) zum Stillstand kommt. Die Kurbelwelle führt also bei einem Arbeitsspiel zwei Umdrehungen aus, die Nockenwelle eine Umdrehung. Die Zündung des in einen Zylinder verbrachten Gas-Brennstoff- Gemisches erfolgt bei einem oberen Totpunkt, in dem das Gemisch gerade verdichtet ist. Hier spricht man vom Zünd-OT (ZOT). Demgegenüber gibt es noch einen Überschneidungs-OT (ÜOT), bei dem beim Übergang vom Ausstoßen zum Ansaugen sowohl die Einlaß- als auch die Auslaßventile geöffnet sind.
Beim Einsatz eines Kurbelwellengebers kann man feststellen, wann ein oberer Totpunkt vorliegt. Allerdings läßt sich nicht ohne weiteres feststellen, ob dies der Zünd-OT oder der Überschneidungs-OT ist. Zur Unterscheidung dieser oberen Totpunkte setzt man herkömmlich einen Nockenwellengeber ein, der den Zünd-OT anzeigt.
Ohne einen solchen Nockenwellengeber mußte man bisher Zündungen sowohl im Zündungs-OT als auch im Überschneidungs-OT durchführen. Überdies kann ohne eine genaue Unterscheidung von Zünd-OT und Überschneidungs-OT keine voll-sequentielle Zylinder-Einspritzung realisiert werden.
Nachteilig bei einer Zündung bei beiden OT's sind eine geringere Laufruhe, ein höherer Verbrauch, größere Emissionen, ein größerer Zündkerzenverschleiß und ein sogenanntes „Auspuffpatschen".
Bei der Verwendung eines separaten Nockenwellengebers dagegen sind zusätzliche Kosten für den Geber bzw. das Geberrad und die weitere Peripherie notwendig.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Zündsynchronisation anzugeben, bei dem ohne einen Nockenwellengeber der Zünd-OT bestimmt wer- den kann.
Diese Aufgabe wird durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Demgemäß wird unmittelbar nach dem Starten zumindest in einem Zylinder eine Zündung bei allen oberen Totpunkten (OT) durchgeführt, wobei bei bestimmten OT's, insbesondere bei jedem zweiten OT, also alle 720° Kurbelwellenwinkel, eine Verschiebung des Zündzeitpunktes erfolgt. Je nachdem, ob bei dem oberen Totpunkt (OT), bei dem die Zündzeitpunktverschiebung durchgeführt wird, tatsächlich das Luft-Breπnstoffgemisch gezündet wird, oder aber beim einem um 360° verschobenen Kurbelwellenwinkel, ist eine Minderung der indizierten Arbeit im jeweiligen Zylinder festzustellen. Eine solche Minderung der indizierten Arbeit kann mittels einer Einrichtung zur Laufruheerkennung festgestellt werden. Ist durch die Zündwinkelverschiebung nun eine Auswirkung in der Laufruhe zu erkennen, so hat die Verschiebung des Zündzeitpunktes in dem oberen Totpunkt stattgefunden, in dem tatsächlich eine Zündung des Luft-Brennstoffgemisches erfolgt. Ändert sich die Laufruhe durch die Zündzeitpunktverschiebung jedoch im wesentlichen nicht, so erfolgte die Zündung im Überschneidungs-OT.
Vorzugsweise wird als Zündwinkelverschiebung eine Rücknahme des Zündwinkels gewählt.
Überdies kann man zur weiteren Absicherung und Überprüfung des Ergebnisses der Zündsynchronisation eine Gegenprüfung in der Weise versuchen, daß die Zündzeitpunktverschiebung jeweils um 360° versetzt wird. Bei einer richtig funktionierenden Zündzeitsynchronisation muß dann eine Laufruheänderung eintreten, wenn vorher keine Änderung der Laufruhe vorlag oder umgekehrt muß eine normale Laufruhe vorliegen, wenn vor dem Gegencheck eine große Laufunruhe vorhanden war.
Alternativ kann zur Gegenprüfung auch die Zündung in anderen Zylindern, vorzugsweise entsprechend deren Zündfolge, getestet werden.
Wurde der Zündungs-OT in seiner Position zur Kurbelwelle festgestellt, so kann zum normalen Betrieb mit Einfachzündung nur im ZOT übergegangen werden. Zusätzlich ist es vorteilhaft in diesem Zusammenhang auch auf eine voll-sequentielle Einspritzung umzuschalten.
Insgesamt bietet das vorliegende Verfahren eine einfache und kostengünsti- ge Lösung für eine wirkungsvolle Zündsynchronisation. Insbesondere können die Kosten für einen Nockenwellengeber und eine dazugehörige Peri- phehe eingespart werden, ohne daß auf eine Einfachzündung oder einen Betrieb in voll-sequentiellem Modus verzichtet werden muß.
Die Erfindung wird nachfolgend - auch im Hinblick auf weitere Vorteile und Merkmale - anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Die Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 ein Diagramm in Abhängigkeit eines Kurbelwellenwinkels, anhand dem die Zündwinkelverschiebung bei einem Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung näher erläutert wird,
Fig. 2 ein bekanntes Steuerdiagramm eines Otto-Viertaktmotors,
Fig. 3 eine Teilschnittdarstellung eines bekannten Kurbelwellengebers und
Fig. 4 ein Diagramm mit einem Impulsverlauf für Drehzahl und Kurbelwellenstellung bei einem Kurbelwellengeber nach Fig. 3.
Das an sich bekannte Arbeitsspiel eines Viertakt-Ottomotors läßt sich aus dem Steurdiagramm in Fig. 2 einfach entnehmen, in der die Öffnungs- und Schließzeiten des Einlaß- und Auslaßventile als Winkel in Grad Kurbelwel- lenumdrehungeπ aufgenommen sind. Der Ansaugtakt wird begrenzt von den Ereignissen „Einlaßventil öffnet" (Eö) und „Einlaßventil schließt" (Es). Der Verdichtungstakt wird begrenzt von den Ereignissen „Einlaßventil schließt" (Es) und dem oberen Totpunkt (OT). Der Arbeitstakt wird begrenzt durch den eben genannten OT und dem Ereignis „Auslaßventil öffnet" (Aö). Der Ausstoßtakt schließlich wird begrenzt durch die Ereignisse .Auslaßventil öffnet" und „Auslaßventil schließt" (As). Beim Ansaug- und Ausstoßtakt findet eine Überschneidung der Öffnungszeiten von Einlaß- und Auslaßventil statt. Während eines Arbeitsspiels führt die Kurbelwelle zwei vollständige Umdrehungen durch, wobei jeder Zylinder zwei obere (OT) und zwei untere Totpunkte (UT) durchläuft. Etwa 0° bis 40° vor dem oberen Totpunkt (OT), bei dem verdichtet worden ist, erfolgt die tatsächliche Zündung eines in dem entsprechenden Zylinder eingebrachten Luft-Brennstoffgemisches. Dies ist der Zündungs-OT (ZOT). Hingegen bezeichnet man den OT im Übergangsbereich vom Ausstoßen zum Ansaugen als Überschneidungs-OT (ÜOT).
Die Stellung der Kurbelwelle kann man beispielsweise mit einem Kurbelwellengeber ermitteln. Eine Teilansicht eines bekannten Kurbelwellengebers ist in Fig. 3 dargestellt. An der (nicht dargestellten) Kurbelwelle ist ein Geberrad 10 angeordnet, welches Fahnen 12 und eine Bezugsmarke 14 aufweist. Ein dem Geberrad gegenüberliegender Sensor, bestehend aus einem Weichei- senkern 20, einer Wicklung 22 und einem Dauermagnet 24, ist in einem Gehäuse 26 aufgenommen, das an einem Motorgehäuse 30 befestigt ist.
Bei einer Drehung der Kurbelwelle erzeugt der oben beschriebene Induktionsgeber ein Signal, welches einen in Fig. 4 dargestellten Spannungsverlauf über die Zeit t besitzt. Bei jeder Kurbelwellenumdrehung wird die Bezugsmarke 14 einmal überfahren, so daß die Drehzahl und die Kurbelwellenstellung während einer Umdrehung genau erfaßt werden können.
Mit dem vorliegend beschriebenen Kurbelwellengeber kann jedoch nicht er- mittelt werden, ob man sich im Ansaug- oder im Arbeitstakt befindet. Zu diesem Zweck wurde bisher ein Nockenwellengeber eingesetzt.
Durch das vorliegende, erfindungsgemäße Verfahren kann man jedoch auf einen separaten Nockenweliengeber verzichten. Zur Initialisierung der Kur- belwellenstellung wird zunächst in einem ersten Zeitraum nach dem Start des Verbrennungsmotors eine Zündung bei allen oberen Totpunkten (OT) durchgeführt.
In Fig. 1 sind die ersten 5 Kurbelwellenumdrehungen dargestellt. Dabei er- folgt vorliegend bei den Kurbelwellenwinkeln 0°, 720° und 1440° eine normale Zündung mit den aus einem Kennfeld vorgegebenen Zündwerten ctι. Alle 720° Kurbelwellenwinkel jedoch, also vorliegend bei den Kurbelwellenwinkeln 360°, 1080° und 1800° wird der Zündwinkel um einen bestimmten Wert α zurückgenommen, so daß zu diesen Zündzeitpunkten eine Spätzün- düng mit dem Zündwinkel α erfolgt.
Findet die Zündwinkelzurücknahme nunmehr bei einem oberen Totpunkt statt, bei dem tatsächlich ein Luft-Brennstoffgemisch in dem zu überprüfenden Zylinder entzündet wird, so ändert sich die Laufruhe. Findet die_ Zünd- Winkelzurücknahme hingegen bei einem oberen Totpunkt statt, bei dem kein verdichtetes Luft-Brennstoffgemisch vorliegt, also im ÜOT, so ändert sich die Laufruhe im wesentlichen nicht.
Eine Änderung der Laufruhe kann mit einer Einrichtung zur Laufruheerken- nung bestimmt werden. Solche Laufruheerkennungseinrichtungen sind vielfach im Stand der Technik bekannt und werden vorliegend nicht näher beschrieben. Beispielsweise ist es jedoch möglich, das in Fig. 4 dargestellt Signal hinsichtlich seiner Umkehrpunkte zeitlich auszuwerten.
Insgesamt kann mit dem vorliegenden Verfahren bestimmt werden, ob ein oberer Totpunkt der Kurbelwelle ein Zünd-OT oder ein Überschneidungs-OT ist.
Hat man dies festgestellt, so kann man die Zündung auf eine Einfachzün- düng beim ZOT, der dann bekannt ist, umschalten. Parallel kann dann auch auf eine voll-sequentielle Einspritzung in die Zylinder umgeschaltet werden. Mit dem oben beschriebenen Verfahren ist es auf einfache Weise möglich, den Nockenwellengeber einzusparen, ohne daß man auf eine Einfachzündung verzichten muß.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Zündsynchronisation bei einem Verbrennungsmotor mit einem Kurbelwellengeber sowie einer Einrichtung zur Laufruheerkennung, gekennzeichnet mit den Schritten, daß nach dem Starten des Fahrzeugs zumindest in einem Zylinder eine Zündung bei allen oberen Totpunkten (OT's) erfolgt, wobei bei bestimmten OT's eine Verschiebung des Zündzeitpunktes um einen bestimmten Wert durchgeführt wird, daß über die Laufruheerkennung die Auswirkung der Zundzeitpunktverstellung erfaßt wird und daß ein Zünd-OT beim oberen Totpunkt, in dem die Verschiebung des Zündzeitpunktes erfolgt, angenommen wird, wenn sich die Laufruhe über ei- nen vorgegebenen Grenzwert ändert, und ein Zünd-OT beim oberen Totpunkt, in dem keine Verschiebung des Zündzeitpunktes erfolgt, angenommen wird, wenn sich die Laufruhe nicht über einen vorgegebenen Grenzwert ändert.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Verschiebung des Zündzeitpunktes bei jedem zweiten OT, also alle 720° Kurbelwellenwinkel, vorgenommen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Zündwinkelverschiebung eine Zündwinkelrücknahme durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ergebnisabsicherung die oberen Totpunkte (OT), bei denen eine Verschiebung des Zündzeitpunktes erfolgt, um jeweils 360° versetzt werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, durch gekennzeichnet, daß nacheinander mehrere Zylinder gemäß der Zündfolge getestet werden.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Zündsynchronisation auf eine Einfachzündung und/oder eine vollsequentielle Einspritzung der Zylinder umgeschaltet wird.
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