EP2113646A1 - Verfahren zur Bestimmung der Lage eines oberen Totpunkts einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung der Lage eines oberen Totpunkts einer Brennkraftmaschine Download PDF

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EP2113646A1
EP2113646A1 EP09100251A EP09100251A EP2113646A1 EP 2113646 A1 EP2113646 A1 EP 2113646A1 EP 09100251 A EP09100251 A EP 09100251A EP 09100251 A EP09100251 A EP 09100251A EP 2113646 A1 EP2113646 A1 EP 2113646A1
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EP
European Patent Office
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combustion engine
internal combustion
speed
dead center
top dead
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09100251A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Steffen Meyer-Salfeld
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2113646A1 publication Critical patent/EP2113646A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
    • F02B77/08—Safety, indicating, or supervising devices
    • F02B77/087—Safety, indicating, or supervising devices determining top dead centre or ignition-timing
    • 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
    • F02D41/009—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating position or synchronisation signals
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a method for determining the position of a top dead center of a multi-cylinder internal combustion engine, in which a physical quantity representing the rotational speed of a crankshaft is measured.
  • the DE 10 2004 044 248 A1 describes an internal combustion engine, in which a determination of the deviation of the upper and / or lower dead center of a piston of an internal combustion engine from an applied nominal position takes place in overrun mode. For this purpose, incremental period durations are determined as a function of a crankshaft angle of the internal combustion engine from a tachometer sensor signal. Then, a model function describing the progression of the incremental period lengths as a function of a respective crankshaft angle is approximated, on the basis of which the upper and / or lower dead center of the internal combustion engine is determined by determining the extreme value.
  • a disadvantage of the prior art is that in such internal combustion engines, the determination of the top dead center takes place exclusively in the overrun mode.
  • An object of the invention is therefore to provide a new method and a new device that allow for an internal combustion engine to determine the position of a top dead center of the internal combustion engine.
  • This problem is solved by a method for determining the position of a top dead center of an internal combustion engine having a plurality of cylinders, in which a rotational speed of a crankshaft representing physical variable is measured, the engine expires without load from a predetermined speed to a stop, which falls below a predetermined speed threshold is determined on the basis of the measured speed suitable for determining the top dead center of the internal combustion engine speed parameter.
  • the invention enables a reliable determination of the position of the top dead center of the internal combustion engine.
  • the predetermined speed threshold value is undershot if, for at least one of the cylinders, a direction of rotation reversal of the internal combustion engine is detected.
  • the internal combustion engine oscillates, in which the bottom dead center of a cylinder of the internal combustion engine is passed through in a pendulum fashion several times.
  • the course of the rotational speed or the increment period durations about the bottom dead center is approximated by a computer program stored in the engine control unit by a mathematical term (for example polynomial).
  • the speed curve before and / or after the direction of rotation reversal of the internal combustion engine is described using a mathematical term from which the position of top dead center can be determined by determining the extreme value and / or further downstream corrections or correlations. Using the extreme value determination conclusions about the position of the bottom dead center can be made.
  • the invention can be realized easily and inexpensively using already existing components and elements.
  • the predetermined speed threshold value is undershot if the speed of the internal combustion engine falls below the idling speed.
  • the measured speed after falling below the predetermined speed threshold defines a speed oscillation with an associated phase position.
  • a thermodynamic loss angle is determined for the internal combustion engine, which indicates a deviation of the position of the top dead center of the phase position of the maximum pressure value.
  • a computer program for carrying out a method for determining the top dead center position of a multi-cylinder internal combustion engine, in which a physical variable representing the rotational speed of a crankshaft is measured.
  • a physical variable representing the rotational speed of a crankshaft is measured.
  • the computer program determines the computer program when falling below a predetermined speed threshold on the basis of the measured speed suitable for determining the top dead center of the internal combustion engine speed parameter.
  • an internal combustion engine having a plurality of cylinders, in which a physical variable representing the rotational speed of a crankshaft can be measured to determine the position of a top dead center of the internal combustion engine.
  • a load-free leakage of the internal combustion engine from a predetermined speed to a standstill, when falling below a predetermined speed threshold on the basis of the measured speed suitable for determining the top dead center of the internal combustion engine speed parameter can be determined.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of a fuel injection system 1 of an internal combustion engine 6.
  • This comprises a fuel tank 2, from which a prefeed pump 3 via a line 4 with a corresponding feed pressure fuel to a fuel via a cam 7 or driven by a crankshaft high pressure fuel pump 8 pumps.
  • a quantity control valve 9 is arranged at the high-pressure pump 8 at the high-pressure pump 8 at the high-pressure pump 8.
  • the delivery rate of the high-pressure pump 8 is set.
  • the cam 7 or the crankshaft is driven by the internal combustion engine 6, for example by an associated cam or crankshaft 10 and may also be part of this cam or crankshaft 10.
  • the high-pressure pump 8 compresses the fuel to a very high pressure and conveys it via one or more lines 5 into one or more high-pressure accumulators 11, in which the fuel is stored under very high pressure and which is also referred to as a "distributor tube” or “rail” become.
  • To these several injectors or injectors 12 are connected, which inject the fuel directly into them associated combustion chambers of the internal combustion engine 6, not shown in detail.
  • the internal combustion engine 6 has e.g. four combustion chambers or cylinders 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 and serves e.g. for driving a motor vehicle.
  • the actual fuel pressure in the high-pressure accumulator 11 is detected by a first pressure sensor 13.
  • the pressure sensor 13 transmits an electrical signal representing the actual fuel pressure to a control and regulating device 15, which is also connected on the input side to a temperature sensor 16 and a speed sensor 17 assigned to the crankshaft 10.
  • the control and regulating device 15 is connected to the prefeed pump 3 and the quantity control valve 9.
  • the control and regulating device 15 carries out a method for determining the position of a top dead center of the internal combustion engine 6, in which a rotational speed of the crankshaft 10 representing physical quantity is measured by the speed sensor 17 and the control and regulating device 15 on a storage medium 18th , which is usable with the control and regulating device 10 is stored.
  • the internal combustion engine 6 runs without load from a predetermined speed to standstill, which falls below a predetermined speed threshold on the basis of the measured speed suitable for determining the top or bottom dead center of the engine 6 speed parameter is determined, as below in detail with reference to the Fig. 2 to 4 described.
  • the method for determining the top dead center of the internal combustion engine 6 is implemented as a computer program, which is executable by the control and regulating device 15.
  • This computer program is stored for example on the electronic storage medium 18.
  • Fig. 2 2 shows a diagram 200 which illustrates a time curve 210 of an engine speed n in rpm of the internal combustion engine 6 and a time curve 220 of an incremental period IPD of a provided rpm sensor wheel after dropping below a predetermined speed threshold value by way of example.
  • the speed sensor wheel is designed according to the prior art with a certain number of teeth or gaps.
  • the incremental period IPD describes the temporal tooth-tooth distance or the time gap-gap distance.
  • the diagram 200 illustrates an embodiment of a method for determining the top dead center of the internal combustion engine 6 of FIG Fig. 1 in which a physical quantity representing the rotational speed of the crankshaft 10, as a rule the signal of the rotational speed sensor 17, is measured and evaluated.
  • the evaluation of the measured rotational speed preferably takes place from a point in time 232 at which a first direction of rotation reversal of the internal combustion engine 6 is detected in the example shown for the cylinder 6.1 and the predefined rotational speed threshold value is therefore considered to be undershot.
  • the first direction of rotation reversal is due to the fact that in an immediately preceding revolution of the internal combustion engine 6, a filling present in the cylinder 6.1 is compressed without the top dead center of the cylinder 6.1 being exceeded. That the vertex 254 determined at time 234 is not the top dead center of the cylinder 6.1.
  • the built-up in the compression pressure in the cylinder 6.1 thus acts on a piston arranged in the cylinder 6.1 back and leads short-term to reverse, but which is maintained only for a fraction of a revolution.
  • a mathematical term (e.g., polynomial) is approximated for the course of the engine speed or increment period between two points in the direction of rotation reversal.
  • a local maximum of the engine speed or a local minimum of the increment period duration is calculated.
  • the position of this local extreme value correlates with the position of the bottom dead center of the cylinder 6.1, so that the position of the dead center stored in the engine control unit can be corrected if necessary. From the mathematically determined position of the bottom dead center, the position of top dead center can very easily be deduced, and the position of top dead center stored in the engine control unit can be corrected if necessary.
  • Fig. 3 shows a diagram 300, the time course 310 of an engine speed n in rpm (rpm) and a time course 320 of the increment period of the internal combustion engine 6 of Fig. 1 by way of example in a method for determining the top dead center of the internal combustion engine 6 according to another embodiment.
  • this method is analogous to that at Fig. 2 described a method representing the rotational speed of the crankshaft 10 physical size and evaluated.
  • the internal combustion engine is placed in a load-free state at a time 315 at a speed n1 reached by dragging or firing at time 314. As a result, the speed falls from n1 to standstill n0, which is reached at time 318.
  • the time profile 310 of the measured rotational speed n assumes no linear shape, as illustrated. Instead, the measured rotational speed defines a rotational speed oscillation superimposed on the rotational speed ramp 324 from n1 to n0.
  • the oscillation of the rotational speed is dependent on the movement performed by the pistons of the engine 6: During the compression of the charge introduced into the combustion chamber by the piston, rotational energy of the internal combustion engine is converted into static energy, whereby the rotational speed decreases. During decompression, the pressure energy previously introduced into the gas is again partially converted into rotational energy, which leads to an increase in the rotational speed.
  • phase relationship between the piston movement of the speed oscillation is related to engine-specific parameters (for example, the wall heat losses and the flywheel mass). From the oscillation of the rotational speed and the assumed assumed phase position conclusions on the position of the top dead center can be drawn and the deposited in the engine control unit position of top dead center be corrected if necessary.

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Abstract

Bei einem Verfahren zur Bestimmung der Lage eines oberen Totpunkts einer Brennkraftmaschine (6) mit mehreren Zylindern (6.1, 6.2, 6.3, 6.4), bei dem eine die Drehzahl einer Kurbelwelle (10) repräsentierende physikalische Größe gemessen wird, läuft die Brennkraftmaschine (6) lastenfrei von einer vorgegebenen Drehzahl bis zum Stillstand aus, wobei bei Unterschreiten eines vorgegebenen Drehzahlschwellwerts auf der Basis der gemessenen Drehzahl ein zur Bestimmung des oberen Totpunkts der Brennkraftmaschine (6) geeigneter Drchzahlparamctcr bestimmt wird.

Description

    Stand der Technik
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Lage eines oberen Totpunkts einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, bei dem eine die Drehzahl einer Kurbelwelle repräsentierende physikalische Größe gemessen wird.
  • Die DE 10 2004 044 248 A1 beschreibt eine Brennkraftmaschine, bei der im Schubbetrieb eine Bestimmung der Abweichung des oberen und/oder unteren Totpunkts eines Kolbens einer Brennkraftmaschine von einer applizierten Sollposition erfolgt. Hierzu werden aus einem Drehzahlgebersensorsignal Inkrementperiodendauern in Abhängigkeit von einem Kurbelwellenwinkel der Brennkraftmaschine bestimmt. Dann wird eine den Verlauf der Inkrementperiodendauern in Abhängigkeit von einem jeweiligen Kurbelwellenwinkel beschreibende Modellfunktion approximiert, auf deren Basis durch Extremwertbestimmung der obere und/oder untere Totpunkt der Brennkraftmaschine bestimmt wird.
  • Nachteilig am Stand der Technik ist, dass bei derartigen Brennkraftmaschinen die Bestimmung des oberen Totpunkts ausschließlich im Schubbetrieb erfolgt.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein neues Verfahren und eine neue Vorrichtung anzugeben, die bei einer Brennkraftmaschine eine Bestimmung der Lage eines oberen Totpunkts der Brennkraftmaschine ermöglichen.
  • Dieses Problem wird gelöst durch ein Verfahren zur Bestimmung der Lage eines oberen Totpunkts einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, bei dem eine die Drehzahl einer Kurbelwelle repräsentierende physikalische Größe gemessen wird, wobei die Brennkraftmaschine lastenfrei von einer vorgegebenen Drehzahl bis zum Stillstand ausläuft, wobei bei Unterschreiten eines vorgegebenen Drehzahlschwellwerts auf der Basis der gemessenen Drehzahl ein zur Bestimmung des oberen Totpunkts der Brennkraftmaschine geeigneter Drehzahlparameter bestimmt wird. Die Erfindung ermöglicht eine zuverlässige Bestimmung der Lage des oberen Totpunkts der Brennkraftmaschine.
  • Gemäß einer Ausführungsform wird der vorgegebene Drehzahlschwellwert unterschritten, wenn für mindestens einen der Zylinder eine Drehrichtungsumkehr der Brennkraftmaschine detektiert wird. Nach der Drehrichtungsumkehr erfolgt ein Auspendeln der Brennkraftmaschine, bei dem der untere Totpunkt eines Zylinders der Brennkraftmaschine mehrere Male pendelartig durchlaufen wird. Hierbei wird der Verlauf der Drehzahl bzw. der Inkrementperiodendauern um den unteren Totpunkt von einem im Motorsteuergerät hinterlegten Computer-Programm durch einen mathematischen Term (z.B. Polynom) approximiert.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der Drehzahlverlauf vor und/oder nach der Drehrichtungsumkehr der Brennkraftmaschine mithilfe eines mathematischen Terms beschrieben wird, aus dem durch Extremwertbestimmung und/oder weitere nachgeordnete Korrekturen bzw. Korrelationen die Lage des oberen Totpunkts bestimmt werden kann. Mithilfe der Extremwertbestimmung können Rückschlüsse auf die Lage des unteren Totpunkts getroffen werden. Somit kann die Erfindung unter Verwendung bereits vorhandener Bauteile und Elemente einfach und kostengünstig realisiert werden.
  • Vorzugsweise ist vorgesehen, dass der vorgegebene Drehzahlschwellwert unterschritten wird, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine die Leerlaufdrehzahl unterschreitet. Vorzugsweise ist weiter vorgesehen, dass die gemessene Drehzahl nach Unterschreiten des vorgegebenen Drehzahlschwellwerts eine Drehzahlschwingung mit einer zugeordneten Phasenlage definiert. Vorzugsweise ist weiter vorgesehen, dass für die Brennkraftmaschine ein thermodynamischer Verlustwinkel bestimmt wird, der eine Abweichung der Lage des oberen Totpunkts von der Phasenlage des maximalen Druckwerts kennzeichnet.
  • Das Eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch ein Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens zur Bestimmung der Lage eines oberen Totpunkts einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, bei dem eine die Drehzahl einer Kurbelwelle repräsentierende physikalische Größe gemessen wird. Bei einem lastenfreien Auslaufen der Brennkraftmaschine, von einer vorgegebenen Drehzahl bis zum Stillstand, bestimmt das Computerprogramm bei Unterschreiten eines vorgegebenen Drehzahlschwellwerts auf der Basis der gemessenen Drehzahl einen zur Bestimmung des oberen Totpunkts der Brennkraftmaschine geeigneten Drehzahlparameter.
  • Das Eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch eine Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, bei der zur Bestimmung der Lage eines oberen Totpunkts der Brennkraftmaschine eine die Drehzahl einer Kurbelwelle repräsentierende physikalische Größe messbar ist. Bei einem lastenfreien Auslaufen der Brennkraftmaschine, von einer vorgegebenen Drehzahl bis zum Stillstand, ist bei Unterschreiten eines vorgegebenen Drehzahlschwellwerts auf der Basis der gemessenen Drehzahl ein zur Bestimmung des oberen Totpunkts der Brennkraftmaschine geeigneter Drehzahlparameter bestimmbar.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
    • Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems einer Brennkraftmaschine mit einer Hochdruckpumpe;
    • Fig. 2 eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs einer erfassten Motordrehzahl und einer erfassten Inkrementperiodendauer beim Auspendeln der Brennkraftmaschine von Fig. 1;
    • Fig. 3 eine schematische Darstellung des zeitlichen Verlaufs einer erfassten Motordrehzahl und einer erfassten Inkrementperiodendauer beim lastenfreien Auslaufen der Brennkraftmaschine von Fig. 1.
    Ausführungsform der Erfindung
  • Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftstoffeinspritzsystems 1 einer Brennkraftmaschine 6. Dieses umfasst einen Kraftstoffbehälter 2, aus dem eine Vorförderpumpe 3 über eine Leitung 4 mit einem entsprechenden Vorförderdruck Kraftstoff zu einer über einen Nocken 7 oder durch eine Kurbelwelle angetriebenen Kraftstoff-Hochdruckpumpe 8 pumpt. An der Hochdruckpumpe 8 ist niederdruckseitig ein Mengensteuerventil 9 angeordnet. Mittels des Mengensteuerventils 9 wird die Fördermenge der Hochdruckpumpe 8 eingestellt. Der Nocken 7 oder die Kurbelwelle wird von der Brennkraftmaschine 6 angetrieben, z.B. von einer zugeordneten Nocken- oder Kurbelwelle 10 und kann auch Bestandteil dieser Nocken- oder Kurbelwelle 10 sein.
  • Die Hochdruckpumpe 8 verdichtet den Kraftstoff auf einen sehr hohen Druck und fördert ihn über eine oder mehrere Leitungen 5 in einen oder mehrere Hochdruckspeicher 11, in denen der Kraftstoff unter sehr hohem Druck gespeichert ist und die auch als "Verteilerrohr" bzw. "Rail" bezeichnet werden. An diesen sind mehrere Einspritzventile bzw. Injektoren 12 angeschlossen, die den Kraftstoff direkt in ihnen zugeordnete Brennräume der nicht im Detail dargestellten Brennkraftmaschine 6 einspritzen. Die Brennkraftmaschine 6 hat z.B. vier Brennräume bzw. Zylinder 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 und dient z.B. zum Antrieb eines Kraftfahrzeugs.
  • Der Ist-Kraftstoffdruck in dem Hochdruckspeicher 11 wird von einem ersten Drucksensor 13 erfasst. Der Drucksensor 13 überträgt ein elektrisches Signal, das den Ist-Kraftstoffdruck repräsentiert, an eine Steuer- und Regeleinrichtung 15, die eingangsseitig ebenfalls mit einem Temperatursensor 16 und einem der Kurbelwelle 10 zugeordneten Drehzahlsensor 17 verbunden ist. Ausgangsseitig ist die Steuer- und Regeleinrichtung 15 mit der Vorförderpumpe 3 und dem Mengensteuerventil 9 verbunden.
  • Die Steuer- und Regeleinrichtung 15 führt ein Verfahren zur Bestimmung der Lage eines oberen Totpunkts der Brennkraftmaschine 6 aus, bei dem eine die Drehzahl der Kurbelwelle 10 repräsentierende physikalische Größe mittels des Drehzahlsensors 17 gemessen wird und von der Steuer- und Regeleinrichtung 15 auf einem Speichermedium 18, das mit der Steuer- und Regeleinrichtung 10 verwendbar ist, gespeichert wird. Hierbei läuft die Brennkraftmaschine 6 lastenfrei von einer vorgegebenen Drehzahl bis zum Stillstand aus, wobei bei Unterschreiten eines vorgegebenen Drehzahlschwellwerts auf der Basis der gemessenen Drehzahl ein zur Bestimmung des oberen oder unteren Totpunkts der Brennkraftmaschine 6 geeigneter Drehzahlparameter bestimmt wird, wie untenstehend im Detail unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bis 4 beschrieben.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das Verfahren zur Bestimmung der Lage des oberen Totpunkts der Brennkraftmaschine 6 als Computerprogramm implementiert, das von der Steuer- und Regeleinrichtung 15 ausführbar ist. Dieses Computerprogramm ist z.B. auf dem elektronischen Speichermedium 18 abgespeichert. Somit kann die Erfindung mit bereits vorhandenen Bauteilen der Brennkraftmaschine 6 einfach und kostengünstig realisiert werden.
  • Fig. 2 zeigt ein Diagramm 200, das einen zeitlichen Verlauf 210 einer Motordrehzahl n in U/min (rpm) der Brennkraftmaschine 6 und einen zeitlichen Verlauf 220 einer Inkrementperiodendauer IPD eines vorgesehenen Drehzahlgeberrads nach Unterschreiten eines vorgegebenen Drehzahlschwellwerts anhand eines Beispiels darstellt. Das Drehzahlgeberrad ist dabei nach Stand der Technik mit einer bestimmten Anzahl von Zähnen oder Lücken ausgeführt. Die Inkrementperiodendauer IPD beschreibt den zeitlichen Zahn-Zahn-Abstand bzw. den zeitlichen Lücke-Lücke-Abstand. Für die weiteren Erläuterungen wird zur Verdeutlichung angenommen, dass die zeitlichen Verläufe 210, 220 im vorliegenden Beispiel für den Zylinder 6.1 von Fig. 1 bestimmt wurden.
  • Das Diagramm 200 verdeutlicht eine Ausführungsform eines Verfahrens zur Bestimmung der Lage des oberen Totpunkts der Brennkraftmaschine 6 von Fig. 1, bei dem eine die Drehzahl der Kurbelwelle 10 repräsentierende physikalische Größe, in der Regel das Signal des Drehzahlsensors 17, gemessen und ausgewertet wird. Die Auswertung der gemessenen Drehzahl erfolgt vorzugsweise ab einem Zeitpunkt 232, an dem im dargestellten Beispiel für den Zylinder 6.1 eine erste Drehrichtungsumkehr der Brennkraftmaschine 6 detektiert wird und der vorgegebene Drehzahlschwellwert somit als unterschritten gilt.
  • Die erste Drehrichtungsumkehr kommt dadurch zustande, dass bei einer unmittelbar vorhergehenden Umdrehung der Brennkraftmaschine 6 eine im Zylinder 6.1 vorhandene Füllung komprimiert wird, ohne dass hierbei der obere Totpunkt des Zylinders 6.1 überschritten wird. D.h. der beim Zeitpunkt 234 bestimmte Scheitelpunkt 254 ist nicht der obere Totpunkt des Zylinders 6.1. Der bei der Komprimierung aufgebaute Druck im Zylinder 6.1 wirkt somit auf einen im Zylinder 6.1 angeordneten Kolben zurück und führt kurzfristig zum Rückwärtslauf, der jedoch nur für einen Bruchteil einer Umdrehung aufrechterhalten wird.
  • Wie aus dem zeitlichen Verlauf 210 ersichtlich, erfolgt dann nach der ersten Drehrichtungsumkehr zum Zeitpunkt 232 ein Auspendeln der Brennkraftmaschine 6, bei dem zu den Zeitpunkten 234 und 236 weitere Drehrichtungsumkehrungen der Brennkraftmaschine 6 auftreten. Hierbei wird der untere Totpunkt des Zylinders 6.1 mehrere Male pendelartig zwischen den Zeitpunkten 232 und 236 durchlaufen, wie mit den Bezugszeichen 242 und 246 gekennzeichnet ist.
  • Vorzugsweise wird für den Verlauf der Motordrehzahl oder Inkrementperiodendauer zwischen zwei Punkten der Drehrichtungsumkehr ein mathematischer Term (z.B. Polynom) approximert. Mithilfe einer Extremwertbestimmung wird ein lokales Maximum der Motordrehzahl bzw. ein lokales Minimum der Inkrementperiodendauer berechnet. Die Lage dieses lokalen Extremwerts korrelliert mit der Lage des unteren Totpunkts des Zylinders 6.1, so dass die im Motorsteuergerät abgespeicherte Lage des Totpunkts ggf. korrigiert werden kann. Aus der mathematisch bestimmten Lage des unteren Totpunkts kann sehr einfach die Lage es oberen Totpunkts abgeleitet werden, und die im Motorsteuergerät abgespeicherte Lage es oberen Totpunkts kann ggf. korrigiert werden.
  • Fig. 3 zeigt ein Diagramm 300, das einen zeitlichen Verlauf 310 einer Motordrehzahl n in U/min (rpm) und einen zeitlichen Verlauf 320 der Inkrementperiodendauer der Brennkraftmaschine 6 von Fig. 1 anhand eines Beispiels bei einem Verfahren zur Bestimmung der Lage des oberen Totpunkts der Brennkraftmaschine 6 gemäß einer weiteren Ausführungsform darstellt. Bei diesem Verfahren wird analog zu dem bei Fig. 2 beschriebenen Verfahren eine die Drehzahl der Kurbelwelle 10 repräsentierende physikalische Größe gemessen und ausgewertet.
  • Die Brennkraftmaschine wird bei einer durch Schleppen oder Befeuern zum Zeitpunkt 314 erreichten Drehzahl n1 zu einem Zeitpunkt 315 in einen lastenfreien Zustand versetzt. Dadurch fällt die Drehzahl von n1 bis zum Stillstand n0, der zum Zeitpunkt 318 erreicht wird.
  • Beim Auslaufen nimmt der zeitliche Verlauf 310 der gemessenen Drehzahl n wie dargestellt keine lineare Form an. Vielmehr definiert die gemessene Drehzahl eine der Drehzahlrampe 324 von n1 bis n0 überlagerte Drehzahloszillation. Die Oszillation der Drehzahl ist abhängig von der durch die Kolben der Brennkraftmaschine 6 durchgeführten Bewegung: Bei der Kompression der in den Brennraum eingebrachten Füllung durch den Kolben wird rotatorische Energie der Brennkraftmaschine in statische Energie umgewandelt, wodurch die Drehgeschwindigkeit abnimmt. Bei der Dekompression wird die zuvor in das Gas eingebrachte Druckenergie wieder teilweise in rotatorische Energie gewandelt, was zu einer Erhöhung der Drehgeschwindigkeit führt.
  • Die Phasenlage zwischen der Kolbenbewegung der Drehzahlschwingung steht im Zusammenhang mit motorspezifischen Parametern (beispielsweise den Wandwärmeverlusten und der Schwungmasse). Aus der Oszillation der Drehgeschwindigkeit und der als bekannt vorausgesetzten Phasenlage können Rückschlüsse auf die Lage des oberen Totpunkts gezogen werden und die im Motorsteuergerät hinterlegte Position des oberen Totpunkts ggf. korrigiert werden.

Claims (9)

  1. Verfahren zur Bestimmung der Lage eines oberen Totpunkts einer Brennkraftmaschine (6) mit mehreren Zylindern (6.1, 6.2, 6.3, 6.4), bei dem eine die Drehzahl einer Kurbelwelle (10) repräsentierende physikalische Größe gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkraftmaschine (6) lastenfrei von einer vorgegebenen Drehzahl bis zum Stillstand ausläuft, wobei bei Unterschreiten eines vorgegebenen Drehzahlschwellwerts auf der Basis der gemessenen Drehzahl ein zur Bestimmung des oberen Totpunkts der Brennkraftmaschine (6) geeigneter Drehzahlparameter bestimmt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Drehzahlschwellwert unterschritten wird, wenn für mindestens einen der Zylinder (6.1, 6.2, 6.3, 6.4) eine Drehrichtungsumkehr der Brennkraftmaschine (6) detektiert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach der Drehrichtungsumkehr ein Auspendeln der Brennkraftmaschine (6) erfolgt, bei dem der untere Totpunkt eines Zylinders der Brennkraftmaschine (6) mehrere Male pendelartig durchlaufen wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehzahlverlauf vor und/oder nach der Drehrichtungsumkehr der Brennkraftmaschine (6) mithilfe eines mathematischen Terms beschrieben wird, aus dem durch Extremwertbestimmung und/oder weitere nachgeordnete Korrekturen bzw. Korrelationen die Lage des oberen Totpunkts bestimmt werden kann.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Drehzahlschwellwert unterschritten wird, wenn die Drehzahl der Brennkraftmaschine (6) die Leerlaufdrehzahl unterschreitet.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die gemessene Drehzahl nach Unterschreiten des vorgegebenen Drehzahlschwellwerts eine Drehzahlschwingung mit einer zugeordneten Phasenlage definiert.
  7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass für die Brennkraftmaschine (6) ein thermodynamischer Verlustwinkel bestimmt wird, der eine Abweichung der Lage des oberen Totpunkts von der Phasenlage des maximalen Druckwerts kennzeichnet.
  8. Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens zur Bestimmung der Lage eines oberen Totpunkts einer Brennkraftmaschine (6) mit mehreren Zylindern (6.1, 6.2, 6.3, 6.4), bei dem eine die Drehzahl einer Kurbelwelle (10) repräsentierende physikalische Größe gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogramm bei einem lastenfreien Auslaufen der Brennkraftmaschine (6), von einer vorgegebenen Drehzahl bis zum Stillstand, bei Unterschreiten eines vorgegebenen Drehzahlschwellwerts auf der Basis der gemessenen Drehzahl einen zur Bestimmung des oberen Totpunkts der Brennkraftmaschine (6) geeigneten Drehzahlparameter bestimmt.
  9. Brennkraftmaschine (6) mit mehreren Zylindern (6.1, 6.2, 6.3, 6.4), bei der zur Bestimmung der Lage eines oberen Totpunkts der Brennkraftmaschine (6) eine die Drehzahl einer Kurbelwelle (10) repräsentierende physikalische Größe messbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem lastenfreien Auslaufen der Brennkraftmaschine (6), von einer vorgegebenen Drehzahl bis zum Stillstand, bei Unterschreiten eines vorgegebenen Drehzahlschwellwerts auf der Basis der gemessenen Drehzahl ein zur Bestimmung des oberen Totpunkts der Brennkraftmaschine (6) geeigneter Drehzahlparameter bestimmbar ist.
EP09100251A 2008-04-30 2009-04-27 Verfahren zur Bestimmung der Lage eines oberen Totpunkts einer Brennkraftmaschine Withdrawn EP2113646A1 (de)

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DE102008001488 2008-04-30
DE102008042980A DE102008042980A1 (de) 2008-04-30 2008-10-21 Verfahren zur Bestimmung der Lage eines oberen Totpunkts einer Brennkraftmaschine

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EP2113646A1 true EP2113646A1 (de) 2009-11-04

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ID=40935653

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