EP3740664A1 - Verfahren zur bestimmung einer position einer verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Verfahren zur bestimmung einer position einer verbrennungskraftmaschine

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EP3740664A1
EP3740664A1 EP18811790.7A EP18811790A EP3740664A1 EP 3740664 A1 EP3740664 A1 EP 3740664A1 EP 18811790 A EP18811790 A EP 18811790A EP 3740664 A1 EP3740664 A1 EP 3740664A1
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EP
European Patent Office
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signal
speed
crankshaft
engine
generated
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EP18811790.7A
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English (en)
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EP3740664B1 (de
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Vijaya Kumar MADIVALA VEERABASAPPA
Jonathan Mueller
Wolfgang Fischer
Andre REICHE
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Publication of EP3740664B1 publication Critical patent/EP3740664B1/de
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    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1497—With detection of the mechanical response of the engine
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    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
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    • F02D2200/101—Engine speed
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    • 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
    • F02D2200/1012—Engine speed gradient

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a position of a Ver combustion engine and an arrangement for carrying out the method.
  • the invention further relates to a computer program and a machine-readable storage medium for carrying out the method.
  • injections and ignitions are controlled by the engine control unit using engine management software.
  • This software must have knowledge of what position or at which lifting height the cylinder is to act injections and ignitions to be.
  • a sensor wheel mounted on the crankshaft of the internal combustion engine and having a number of teeth and a circumferential gap can be used.
  • a donor wheel with some teeth mounted on the camshaft There are then mounted sensors on these donor wheels, which, when the machine is working and so that the crankshaft rotates, electrical signals he testify. These donor wheels have a fixed relationship to the mechanical position of the machine.
  • crankshaft signal is faulty
  • crankshaft encoder wheels it is still possible to synchronize the software with engine position.
  • the accuracy of the information provided by the engine management software is not very high, and therefore, the torque is limited in such a mode that may be called a crank wave backup mode.
  • crankshaft sensor sensor signal In the low-priced two-wheel segment usually only one crankshaft sensor sensor signal is available, even if the engine has more than one cylinder.
  • software techniques are used. One of the known techniques is to use the suction pipe pressure signal information in combination with the crankshaft sensor signal to detect the engine position.
  • a method for determining a crankshaft position of an internal combustion engine in which a rotational speed curve of the crankshaft over a time is detected, the crankshaft position by adjusting the speed curve with a known Drehbaumver running a working cycle of the internal combustion engine is determined.
  • the known speed curve in this case has a characteristic of the crankshaft position section.
  • the presented method makes it possible to determine the motor position, ie the position in which one or more cylinders are located, and thus to determine the power stroke. It can also be said at this point that the method is used to determine the crankshaft position. Therefore, it is possible to determine which operating stroke the cylinder (s) are in and accordingly to set injections and ignitions by synchronizing the software.
  • the described method is therefore based on generating or generating a signal which uses the information of the engine speed signal, which is received by the engine control unit.
  • This motor speed typically indicates the speed of the motor.
  • the speed information is provided either by the crankshaft sensor signal or by the signal of the generator, which is mounted in a bicycle directly to the Kurbelwel le.
  • This generated signal highlights the significant change in engine speed information or engine speed in the area of top dead center compression (TDC) of the high pressure loop. If this signal pattern verwen det, it is easily possible to detect the position of a cylinder in an internal combustion engine. In the case of a single-cylinder engine, there is only once a speed change due to compression and decompression in the high-pressure loop during a work cycle.
  • TDC top dead center compression
  • this method requires only the gate speed signal. There are no further signals and information he required. It can be used in particular for all Zweiradsystemen with a single cylinder, two cylinders and also in multi-cylinder systems effectively Erfas solution for engine position.
  • the presented method at least in some of the embodiments, has the following advantages:
  • the presented algorithm can be used to detect the phase or power stroke during a kick start
  • the generator signal providing the engine speed information may also be used to detect the engine position. Thus costs for a sensor wheel, a sensor and signal conditioning circuits can be saved
  • the algorithm can detect the engine position faster compared to other procedures, therefore the engine start can be carried out faster,
  • the method can be used to detect the power stroke during startup. It is also possible to use the method in resynchronizing at higher speed of the machine. Therefore, the scope of the method is extended compared to other methods. There is no need to use additional techniques, so the complexity of the software is reduced
  • a calibration of the algorithm is also faster compared to other power stroke detection methods.
  • FIG. 1 shows curves of a crankshaft and camshaft signal.
  • FIG. 2 shows in a graph the speed behavior of an engine when starting by means of an electromechanical starter.
  • Figure 3 shows a waveform of a signal representing a ratio.
  • FIG. 4 shows sequences of the presented method on the basis of a state machine.
  • FIGS. 5 to 10 show courses of a crankshaft signal.
  • FIG. 11 shows in a graph a speed characteristic of a start with kickstarter.
  • FIG. 1 shows the progressions of a crankshaft signal 10 and a camshaft signal 12.
  • crankshaft signal top dead centers (OT) are marked, namely OT2 20, OT1 22, OT3 24 and OT4 26.
  • Figure 2 shows the course of an engine speed signal 50 in a two-wheel with a cylinder during the start.
  • the crankshaft angle [° CA] is plotted on an abscissa 52 and the engine speed [rpm] is plotted on an ordinate 54.
  • the illustration shows that the engine speed falls during the compression stroke and increases greatly during the decompression phase.
  • FIG. 3 shows the course or the behavior of this generated signal 100. Since the time and an ordinate 104 are plotted on an abscissa 102. Furthermore, a calibrated threshold value 106 is entered in the illustration. In the course shown, a particular pattern 108 is seen that repeats itself in the generated signal 100. This pattern 108 appears once for a compression in top dead center of the high pressure phase. In a Zweiradsys system with a cylinder is exactly such a pattern per cycle or Ar beitszyklus to recognize.
  • This particular pattern 108 has a fixed relationship with the mechanical position of the motor.
  • the software may be synchronized with the engine position based on the particular pattern once this pattern 108 has been identified in the signal 100.
  • the signal pattern 100 shown is constructed, as expressed by the following equation: where t [i], t [j] represents the edge time from the machine speed signal.
  • This edge time on the machine speed signal can between two rising signal edges, between two falling signal edges o- between all signal edges (rising to falling or vice versa) measured become.
  • the machine speed may also be used directly instead of the edge times to generate the signal pattern.
  • the sums shown are calculated for two different sets of measured edge times. In order to obtain a suitable ratio of the times t [i] or tp], these need not be consecutive, but they may be. Also, the number of accumulated times may be one or more. Depending on the selected times for numerator and denominator different ratio properties can be achieved. An example is shown in FIG. The choice of the quantities for numerator and denominator can be chosen in a way who the, that the resulting ratio of the sums clearly highlights the special pattern for synchronizing the engine position and so makes it suitably detectable ge.
  • the amplitude of the resulting pattern can be checked against a calibratable threshold. If the amplitude is greater than the calibratable threshold, or less if the characteristic point is maximum or minimum, this means that the software has found the motor position.
  • This threshold depends on environmental conditions, such as engine temperature, engine speed, altitude, etc., and can be easily adjusted by calibration or during run time.
  • the ratio pattern may be evaluated by various other signal processing techniques, such as cross-correlation, to find certain characteristic points.
  • FIG. 4 shows a state machine 130 which illustrates the phase detection algorithm at each edge of the speed signal.
  • the illustration shows different states, namely:
  • the method can be used to capture motor position in the following systems:
  • the software can be easily synchronized with the mechanical engine position, where the gap information from the crankshaft sensor and the pattern in the generated signal are used.
  • a crankshaft signal 200 of an engine with an asymmetrically mounted two-cylinder system with crankshaft sensor is shown in FIG. Furthermore, the illustration OT1 shows 202 and OT2 204.
  • a first arrow 206 indicates the distance between the speed signal gap and a first TDC
  • a second arrow 208 indicates the distance between the speed signal gap and a second TDC.
  • the different length of the arrows illustrates the asymmetric positioning of the cylinder relative to the crankshaft and the associated speed signal.
  • a crankshaft signal 250 of a motor with symmetrically mounted Zweizy Lindersystems with crankshaft sensor is shown in Figure 6. Furthermore, the illustration OT1 shows 252 and OT2 204.
  • a first arrow 206 indicates the distance between the speed signal gap and a first TDC
  • a second arrow 208 indicates the distance between the speed signal gap and a second TDC. The same length of the arrows illustrates the symmetrical distance of the cylinder relative to each other with respect to the crankshaft and the associated Drehieresig signal.
  • crankshaft sensor signal there is no crankshaft sensor signal with gap available.
  • the motor speed signal information about the generator signal is available, the signal is generated using the motor speed signal, ie the generator signal,
  • This distance information can be used to detect the mechanical engine position.
  • a crankshaft signal 300 of an engine with an asymmetrically mounted two-cylinder system without crankshaft sensor is shown in FIG. Furthermore, the illustration OT1 shows 302 and OT2 304.
  • crankshaft sensor signal There is no crankshaft sensor signal with gap available. However, engine speed signal information about the generator signal is available.
  • the signal is generated using the engine speed signal, i. H. the generator signal generated,
  • crankshaft signal 350 of a motor with symmetrically mounted Zweizy Lindersystems without crankshaft sensor is shown in Figure 8. Furthermore, the illustration shows OT1 352 and OT2 354. Case 5
  • the top dead center position may have a unique pattern. In one revolution of the crankshaft, two top dead centers can be observed, and in another turn of the crankshaft, only one top dead center can be observed.
  • crankshaft signal 400 of a three-cylinder engine with crankshaft sensor is shown in FIG. Furthermore, the illustration shows OT1 402, OT2 404 and OT3 406.
  • crankshaft signal 450 of a three-cylinder engine with crankshaft sensor is shown in FIG. Furthermore, the illustration OT1 452,
  • FIG. 11 shows the behavior of the engine speed signal 500 during a kick start for a single-cylinder engine, wherein the crankshaft angle [° CA] is plotted on an abscissa 502 and the engine speed [rpm] is plotted on an ordinate 504.
  • a unique pattern can also be created around top dead center compression during kickstart on a single cylinder engine.
  • This signal pattern can be used to detect the motor position also during the kick-start.
  • additional intelligence is required to detect the pattern in the generated signal. This is due to the fact that the engine speeds increase strongly during the kick start. This has an influence on the quality of the generated signal.
  • the engine speeds begin to decrease after a maximum value has been reached, it must be possible to easily detect the pattern in the generated signal.
  • the presented procedures for synchronizing systems with one or more cylinders can also be used for Kickstarter booting.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
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Abstract

Verfahren zum Bestimmen einer Position einer Verbrennungskraftmaschine, die mindestens einen Zylinder umfasst, wobei ein Verlauf eines Geschwindigkeitssignals, das eine Geschwindigkeit der Verbrennungskraftmaschine repräsentiert, erfasst wird und auf Grundlage des Verlaufs des Geschwindigkeitssignals ein erzeugtes Signal (100) generiert wird, indem zumindest eine Summenbildung durchgeführt wird, und in dem Verlauf des erzeugten Signals (100) ein Signalmuster (108) erkannt wird, anhand dessen die Position bestimmt wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Bestimmung einer Position einer Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Position einer Ver brennungskraftmaschine und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm und ein maschinenlesba res Speichermedium zum Durchführen des Verfahrens.
Stand der Technik
Für den Betrieb einer modernen Verbrennungskraftmaschine ist es notwendig, dem elektronischen Motorsteuergerät, das die Verbrennungskraftmaschine an steuert, Informationen über die momentane Motordrehzahl zur Verfügung zu stel len. So ist es bekannt, die Drehgeschwindigkeit einer Kurbelwelle der Maschine bzw. des Motors über einen induktiv wirkenden Sensor oder Hall-Geber zu erfas sen. Dieser registriert vorbeistreichende metallische Markierungen und bestimmt über die Zeitdifferenz zwischen zwei Markierungen die Rotationsgeschwindigkeit.
Bei einer herkömmlichen Verbrennungskraftmaschine, die nachstehend auch als Motor oder Maschine bezeichnet wird, werden Einspritzungen und Zündungen durch das Motorsteuergerät mithilfe einer Motorverwaltungssoftware gesteuert. Diese Software muss Kenntnis davon haben, in welcher Position bzw. in welcher Hubhöhe sich der Zylinder befindet, um Einspritzungen und Zündungen zu be wirken. Um dies zu erreichen, kann ein auf der Kurbelwelle der Brennkraftma schine angebrachtes Geberrad, das eine Anzahl von Zähnen und eine Lücke am Umfang aufweist, verwendet werden. Ebenso kann in manchen Fällen ein Geber rad mit einigen Zähnen auf der Nockenwelle angebracht sein. Es werden dann Sensoren an diesen Geberrädern angebracht, die, wenn die Maschine arbeitet und damit die Kurbelwelle sich dreht, elektrische Signale er zeugen. Diese Geberräder haben ein festes Verhältnis zu der mechanischen Po sition der Maschine.
In einem Arbeitszyklus bzw. Arbeitsspiel, bspw. bei einem Viertaktmotor mit ei nem Zylinder, rotiert die Kurbelwelle zweimal, die Nockenwelle lediglich einmal. So kann eine Lücke auf dem elektrischen Signal der Kurbelwelle zweimal beo bachtet bzw. erfasst werden. Daher kann über die Lücke zwar die Kurbelwellen position, nicht jedoch der Arbeitstakt bestimmt werden. So ergeben sich bspw. ein oberer Totpunkt am Ende eines Kompressionstakts und ein oberer Totpunkt am Ende des Ausblas- bzw. Ausstoßtakts, die nicht durch die Zahnlückeninfor mation unterschieden werden können.
Eine Software muss nunmehr die Lücke in dem Kurbelwellensignal mit einem Al gorithmus erfassen und unterscheiden, ob dies die Lücke GAPO der ersten Um drehung im Arbeitstakt oder die Lücke GAP1 in der zweiten Umdrehung im Ar beitstakt ist. Hierzu kann das Profil des Nockenwellensignals verwendet werden. Sobald die Software die Lücke bzw. den GAP identifiziert hat, wird die Software mit der Motorposition synchronisiert. Nunmehr kennt die Software die Position bzw. Hubhöhe des Zylinders und kann Einspritzungen und Zündungen zeitlich festlegen.
Bei Systemen, die über beide Sensoren verfügen, ist es ebenfalls möglich, Si cherungsmodi zu unterstützen. Wenn bspw. das Kurbelwellensignal fehlerhaft ist, ist es bei speziellen Kurbelwellengeberräder immer noch möglich, die Software mit der Motorposition zu synchronisieren. Allerdings ist ggf. die Genauigkeit der Information, die durch die Motorverwaltungssoftware bereitgestellt wird, nicht sehr hoch und daher ist das Drehmoment in einem solchen Modus, der als Kur- belwellen-Sicherungsmodus bezeichnet werden kann, begrenzt.
Entsprechend ist es, wenn ein Nockenwellensensorsignal fehlerhaft ist, immer noch möglich, den Motor mit dem Kurbelwellensignal alleine in einem Doppel zündungsmodus anzutreiben. Es ist ebenfalls möglich, die Lücke mit Software gesteuerten Verfahren, wie bspw. Testeinspritzungen, zu identifizieren, d. h. ob GAPO oder GAP1 vorliegt.
Im preisgünstigen Zweirad-Segment steht üblicherweise nur ein Kurbelwellen sensorsignal zur Verfügung, auch, wenn der Motor mehr als einen Zylinder auf weist. Um die Software mit der Motorposition zu synchronisieren, werden Softwa retechniken verwendet. Eine der bekannten Techniken besteht darin, die Saug- rohr-Drucksignal-lnformation in Kombination mit dem Kurbelwellensensorsignal zu verwenden, um die Motorposition zu erfassen.
Aus der Druckschrift DE 10 2014 206 182 Al ist ein Verfahren zur Bestimmung einer Kurbelwellenposition einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem ein Dreh zahlverlauf der Kurbelwelle über einer Zeit erfasst wird, wobei die Kurbelwellen position durch Abgleich des Drehzahlverlaufs mit einem bekannten Drehzahlver lauf eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine bestimmt wird. Der bekannte Drehzahlverlauf weist dabei einen für die Kurbelwellenposition charakteristischen Abschnitt auf.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des An spruchs 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 11 vorgestellt. Es werden wei terhin ein Computerprogramm nach Anspruch 12 und ein maschinenlesbares Speichermedium gemäß Anspruch 13 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
Das vorgestellte Verfahren ermöglicht es, die Motorposition, d. h. die Position, in der sich ein oder mehrere Zylinder befinden, und damit den Arbeitstakt zu be stimmen. Man kann an dieser Stelle auch davon sprechen, dass das Verfahren dazu dient, die Kurbelwellenposition zu bestimmen. Daher ist es möglich festzu stellen, in welchem Arbeitstakt der oder die Zylinder sich befinden und entspre chend durch Synchronisieren der Software Einspritzungen und Zündungen zeit lich festzulegen. Dem beschriebenen Verfahren liegt somit zugrunde, ein Signal zu generieren bzw. zu erzeugen, das die Information des Motorgeschwindigkeitssignals ver wendet, das von dem Motorsteuergerät empfangen wird. Dieses Motorgeschwin digkeit gibt typischerweise die Drehzahl des Motors an. Üblicherweise wird die Geschwindigkeitsinformation entweder durch das Kurbelwellensensorsignal oder durch das Signal des Generators, der bei einem Zweirad direkt an der Kurbelwel le angebracht ist, bereitgestellt.
Dieses erzeugte Signal hebt die signifikante Änderung in der Motorgeschwindig keitsinformation bzw. Motordrehzahl im Bereich der Kompression des oberen Totpunkts (OT) der Hochdruckschleife hervor. Wird dieses Signalmuster verwen det, ist es einfach möglich, die Position eines Zylinders in einer Verbrennungs kraftmaschine zu erfassen. Im Falle eines Einzylindermotors gibt es während ei nes Arbeitsspiels nur einmalig eine Drehzahländerung aufgrund Kompression und Dekompression in der Hochdruckschleife.
Wie bereits zuvor ausgeführt wurde, benötigt dieses Verfahren lediglich das Mo torgeschwindigkeitssignal. Es sind keine weiteren Signale und Informationen er forderlich. Es kann insbesondere bei allen Zweiradsystemen mit einem einzelnen Zylinder, zwei Zylindern und auch bei Mehrzylindersystemen effektiv zur Erfas sung der Motorposition eingesetzt werden.
Das vorgestellte Verfahren hat, zumindest in einigen der Ausführungen, folgende Vorteile:
- eine Erfassung der Motorpositionsinformation ist in allen möglichen Betriebszu ständen mit wenigen Informationen verlässlich möglich, wenn ein Starter die Ma schine antreibt,
- der vorgestellte Algorithmus kann verwendet werden, um die Phase bzw. den Arbeitstakt während eines Kickstarts zu erfassen,
- das Generatorsignal, das die Maschinengeschwindigkeitsinformation bereit stellt, kann ebenfalls verwendet werden, um die Motorposition zu erfassen. Somit können Kosten für ein Geberrad, einen Sensor und Signalaufbereitungsschalt kreise eingespart werden,
- der Algorithmus kann die Motorposition im Vergleich zu anderen Vorgehens weisen schneller erfassen, daher kann der Motorstart schneller durchgeführt werden,
- es besteht kein Bedarf daran, die Maschine während des Starts im Doppelzün dungsmodus zu betreiben, da der Arbeitstakt schneller erfasst werden kann,
- die Lebensdauer der Zündkerze wird erhöht,
- das Verfahren kann dazu verwendet werden, den Arbeitstakt während des Starts zu erfassen. Es ist ebenfalls möglich, das Verfahren bei einem erneuten Synchronisieren bei höherer Geschwindigkeit der Maschine einzusetzen. Daher ist der Anwendungsbereich des Verfahrens im Vergleich zu anderen Verfahren erweitert. Ein Einsatz zusätzlicher Verfahren ist nicht erforderlich, daher wird die Komplexität der Software reduziert,
- eine Kalibrierung des Algorithmus ist im Vergleich zu anderen Arbeitstakt- Erfassungsverfahren ebenfalls schneller möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Be schreibung und den beigefügten Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, son dern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, oh ne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt Verläufe eines Kurbelwellen- und Nockenwellensignals. Figur 2 zeigt in einem Graphen das Geschwindigkeitsverhalten eines Motors beim Start mittels elektromechanischem Anlasser.
Figur 3 zeigt ein Verlauf eines Signals, das ein Verhältnis wiedergibt.
Figur 4 zeigt Abläufe des vorgestellten Verfahrens anhand einer Zustandsma schine.
Figuren 5 bis 10 zeigen Verläufe eines Kurbelwellensignals.
Figur 11 zeigt in einem Graphen eine Drehzahl-Charakteristik eines Starts mit Kickstarter.
Ausführungsformen der Erfindung
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schema tisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Figur 1 zeigt die Verläufe eines Kurbelwellensignals 10 und eines Nockenwel lensignals 12. In dem Kurbelwellensignal sind obere Totpunkte (OT) markiert, nämlich OT2 20, OT1 22, OT3 24 und OT4 26.
Figur 2 zeigt den Verlauf eines Motorgeschwindigkeitssignals 50 bei einem Zwei rad mit einem Zylinder während des Starts. Dabei ist an einer Abszisse 52 der Kurbelwellenwinkel [°CA] und an einer Ordinate 54 die Motorgeschwindigkeit [U/min] aufgetragen. Die Darstellung zeigt, dass die Motorgeschwindigkeit wäh rend des Kompressionstakts abfällt und sich während der Dekompressionsphase stark erhöht.
Es ist nunmehr vorgesehen, auf Grundlage des in Figur 2 gezeigten Signals, das eine Information zur Motorgeschwindigkeit trägt, ein spezielles Signal zu erzeu gen, um von dieser Geschwindigkeitsinformation Gebrauch zu machen. Auf die se Weise kann die Wirkung einer Kompression und einer Dekompression auf das Motorgeschwindigkeitssignal besonders geeigneter Weise detektiert werden. Dieses spezielle Signal wird nachfolgend als erzeugtes Signal bezeichnet.
Figur 3 zeigt den Verlauf bzw. das Verhalten dieses erzeugten Signals 100. Da bei ist an einer Abszisse 102 die Zeit und an einer Ordinate 104 aufgetragen. Weiterhin ist in der Darstellung ein kalibrierter Schwellenwert 106 eingetragen. In dem gezeigten Verlauf ist ein besonderes Muster 108 erkennen, das sich in dem erzeugten Signal 100 wiederholt. Dieses Muster 108 erscheint einmal um eine Kompression im oberen Totpunkt der Hochdruckphase. Bei einem Zweiradsys tem mit einem Zylinder ist genau ein solches Muster pro Arbeitsspiel bzw. Ar beitszyklus zu erkennen.
Dieses spezielle Muster 108 hat ein festes Verhältnis zu der mechanischen Mo torposition. Somit kann die Software mit der Motorposition anhand des speziellen Musters synchronisiert werden, sobald dieses Muster 108 im Signal 100 identifi ziert wurde.
Für den Fall, dass bei einer höheren Geschwindigkeit kein synchronisierter Be trieb gegeben ist, fällt, da keine Verbrennung erfolgt, die Motorgeschwindigkeit ab. Selbst bei einem solchen Szenario ist es möglich, ein derartiges Muster 108 bzw. Signalmuster aus dem Motorgeschwindigkeitssignal 100 zu erzeugen. So mit kann die Software auf einfache Weise wieder synchronisiert werden, so dass ein Motorstopp vermieden werden kann. Es ist insbesondere zu berücksichtigen, dass der Anwendungsbereich des Verfahrens im Vergleich zu anderen Vorge hensweisen, wie bspw. der Saugrohrdruckphasenerfassung, weiter ist.
Aus dem Geschwindigkeitssignal wird bspw. das gezeigte Signalmuster 100 kon struiert bzw. erzeugt, wie durch die nachstehende Gleichung ausgedrückt ist: wobei t[i], t[j] die Flankenzeit aus dem Maschinengeschwindigkeitssignal reprä sentiert. Diese Flankenzeit auf dem Maschinengeschwindigkeitssignal kann zwi schen zwei steigenden Signalflanken, zwischen zwei fallenden Signalflanken o- der zwischen allen Signalflanken (steigend zu fallend oder umgekehrt) gemessen werden. Alternativ kann die Maschinengeschwindigkeit auch direkt anstelle der Flankenzeiten verwendet werden, um das Signalmuster zu erzeugen.
Die dargestellten Summen werden für zwei verschiedene Mengen von gemesse nen Flankenzeiten berechnet. Um ein geeignetes Verhältnis der Zeiten t[i] oder tp] zu erhalten, müssen diese nicht aufeinanderfolgend sein, können dies aber sein. Ebenfalls kann die Anzahl summierter Zeiten eins oder höher sein. In Ab hängigkeit der ausgewählten Zeiten für Zähler und Nenner können verschiedene Verhältniseigenschaften erreicht werden. Ein Beispiel ist in Figur 3 dargestellt. Die Wahl der Mengen für Zähler und Nenner kann in einer Weise gewählt wer den, dass das resultierende Verhältnis der Summen das spezielle Muster zur Synchronisierung der Motorposition deutlich hervorhebt und so besodners geeig net detektierbar macht.
Um diese Verläufe bzw. Kurven zu bewerten, kann die Amplitude des resultie renden Musters gegenüber einem kalibrierbaren Schwellenwert geprüft werden. Wenn die Amplitude größer als der kalibrierbare Schwellwert ist, oder kleiner, wenn der charakteristische Punkt ein Maximum beziehungsweise Minimum ist, bedeutet dies, dass die Software die Motorposition gefunden hat. Dieser Schwel lenwert hängt von Umgebungsbedingungen ab, wie bspw. der Motortemperatur, der Motorgeschwindigkeit, der Höhe usw., und kann durch Kalibrierung oder während der Laufzeit einfach angepasst werden. Anstelle der Verwendung eines kalibrierbaren Schwellenwerts kann das Verhältnismuster durch verschiedene andere signalverarbeitende Techniken, wie bspw. eine Kreuzkorrelation, bewer tet werden, um bestimmte charakteristische Punkte zu finden.
In Figur 4 ist eine Zustandsmaschine 130 dargestellt, die den Algorithmus zur Phasenerfassung bei jeder Kante des Geschwindigkeitssignals verdeutlicht. Die Darstellung zeigt unterschiedliche Zustände, nämlich:
Initialisieren der Arbeitstaktsuche 132
Arbeitstaktsuche deaktiviert 134
Arbeitstaktsuche erfolgreich 136
Arbeitstaktsuche aktiviert 138
Arbeitstaktsuche nicht erfolgreich 140 Pfeile geben Voraussetzungen für Zustandsübergänge an, nämlich:
Aktivierungsbedingungen sind erfüllt 150
Aktivierungsbedingungen sind nicht erfüllt 152
erneute Synchronisierung 154
erneute Synchronisierung 156
erneute Synchronisierung 158
Arbeitstaktsuche erfolgreich 160
Arbeitstaktsuche fehlgeschlagen 162
Zu beachten ist, dass andere Implementierungen möglich sind, um den be schriebenen Synchronisierungsalgorithmus auszuführen.
Neben einem Einzylindersystem kann das Verfahren verwendet werden, um die Motorposition in den folgenden Systemen zu erfassen:
Fall 1
Im Fall eines asymmetrisch angebrachten Zweizylindersystems mit Kurbelwel lensensor:
- ein solches Muster wird zwei Mal im Arbeitsspiel erfasst,
- da die oberen Totpunkte asymmetrisch verteilt sind, unterscheidet sich die Posi tion des Musters von der Lücke im Kurbelwellensensorsignal. Somit kann die Software leicht mit der mechanischen Motorposition synchronisiert werden, wo bei die Spalt- bzw. Lückeninformation aus dem Kurbelwellensensor und das Muster in dem erzeugten Signal verwendet werden.
Ein Kurbelwellensignal 200 eines Motors mit asymmetrisch angebrachtem Zwei zylindersystem mit Kurbelwellensensor ist in Figur 5 dargestellt. Weiterhin zeigt die Darstellung OT1 202 und OT2 204. Ein erster Pfeil 206 zeigt den Abstand zwischen Drehzahlsignal-Lücke und einem ersten OT an, ein zweiter Pfeil 208 zeigt den Abstand zwischen Drehzahlsignal-Lücke und einem zweiten OT an. Die unterschiedliche Länge der Pfeile verbildlicht die asymmetrische Positionierung der Zylinder bezogen auf die Kurbelwelle und das damit verbundene Drehzahl signal.
Fall 2
Im Fall eines symmetrisch angebrachten Zweizylindersystems mit Kurbelwellen sensor:
- ein solches Muster wird zwei Mal im Arbeitsspiel erfasst,
- da die oberen Totpunkte symmetrisch verteilt sind, muss ein weiteres Signal bewertet werden, um die beiden Lücken zu unterscheiden. Eine Möglichkeit be steht darin, zu Beginn eine Einspritzung in beide Zylinder vorzunehmen, aber le diglich eine Zündung in einen der Zylinder. Sobald der Verbrennungszylinder er fasst ist, ist die Synchronisierung abgeschlossen.
Ein Kurbelwellensignal 250 eines Motors mit symmetrisch angebrachtem Zweizy lindersystems mit Kurbelwellensensor ist in Figur 6 dargestellt. Weiterhin zeigt die Darstellung OT1 252 und OT2 204. Ein erster Pfeil 206 zeigt den Abstand zwischen Drehzahlsignal-Lücke und einem ersten OT an, ein zweiter Pfeil 208 zeigt den Abstand zwischen Drehzahlsignal-Lücke und einem zweiten OT an. Die gleiche Länge der Pfeile verbildlicht den symmetrischen Abstand der Zylinder zueinander bezogen auf die Kurbelwelle und das damit verbundene Drehzahlsig nal.
Fall 3
Im Falle eines asymmetrisch angebrachten Zweizylindersystems ohne Kurbel wellensensor:
- es ist kein Kurbelwellensensorsignal mit Lücke verfügbar. Es ist jedoch die Mo torgeschwindigkeitssignalinformation über das Generatorsignal verfügbar, - das Signal wird unter Verwendung des Motorgeschwindigkeitssignals, d. h. des Generatorsignals, erzeugt,
- ein Muster wird zwei Mal im Arbeitsspiel in dem erzeugten Signal erfasst,
- da die oberen Totpunkte asymmetrisch verteilt sind, ist der Abstand zwischen Mustern verschieden. Diese Abstandsinformation kann verwendet werden, um die mechanische Motorposition zu erfassen.
Ein Kurbelwellensignal 300 eines Motors mit asymmetrisch angebrachtem Zwei zylindersystems ohne Kurbelwellensensor ist in Figur 7 dargestellt. Weiterhin zeigt die Darstellung OT1 302 und OT2 304.
Fall 4
Im Fall eines symmetrisch angebrachten Zweizylindersystems ohne Kurbelwel lensensor:
- es ist kein Kurbelwellensensorsignal mit Lücke verfügbar. Es ist jedoch eine Motorgeschwindigkeitssignalinformation über das Generatorsignal verfügbar.
- das Signal wird unter Verwendung des Motorgeschwindigkeitssignals, d. h. des Generatorsignals, erzeugt,
- ein Muster wird zwei Mal im Arbeitsspiel in dem erzeugten Signal erfasst,
- da die oberen Torpunkte symmetrisch verteilt sind, muss ein weiteres Signal bewertet werden, um die beiden oberen Totpunkte zu unterscheiden. Eine Mög lichkeit besteht darin, zu Beginn eine Einspritzung in den angenommenen Zylin der aber mit Doppelzündung vorzunehmen. Sobald der Verbrennungszylinder er fasst ist, ist die Synchronisierung abgschlossen.
Ein Kurbelwellensignal 350 eines Motors mit symmetrisch angebrachtem Zweizy lindersystems ohne Kurbelwellensensor ist in Figur 8 dargestellt. Weiterhin zeigt die Darstellung OT1 352 und OT2 354. Fall 5
Im Fall eines Dreizylindersystems mit Kurbelwellensensor:
- ein solches Muster wird drei Mal im Arbeitsspiel erfasst,
- unter Berücksichtigung der Lücke im Kurbelwellensignal kann die Position des oberen Totpunkts ein einzigartiges Muster aufweisen. Bei einer Umdrehung der Kurbelwelle können zwei obere Totpunkte beobachtet werden und in einer weite ren Umdrehung der Kurbelwelle kann nur ein oberer Totpunkt beobachtet wer den,
- da das Muster in den erzeugten Signalen im Bereich des oberen Totpunkts überwacht wird, ist es einfach möglich, in Kombination mit der Lückeninformation auf dem Kurbelwellensignal die mechanische Motorposition zu erfassen.
Ein Kurbelwellensignal 400 eines Motors mit Dreizylindersystem mit Kurbelwel lensensor ist in Figur 9 dargestellt. Weiterhin zeigt die Darstellung OT1 402, OT2 404 und OT3 406.
Fall 6
Im Fall eines Dreizylindersystems ohne Kurbelwellensensor:
- es ist kein Kurbelwelwellensignal mit Lücke verfügbar. Es ist jedoch das Motor- gesschwindigkeitsignal über das Generatorsignal verfügbar,
- ein solches Muster wird drei Mal im Arbeitsspiel erfasst,
- da die oberen Totpunkte symmetrisch verteilt sind, muss ein weiteres Signal bewertet werden, um die drei oberen Totpunkte der jeweiligen Zylinder- Hochdruckphase zu unterscheiden. Eine Möglichkeit besteht darin, zu Beginn ei ne Einspritzung in einen Zylindervorzunehmen und anschließend in den folgen den beiden Umdrehungen der Kurbelwelle an der entsprechenden Position, be- zogen auf die Lücke des Drehzahlsignals, eine Zündung vorzunehmen. Da nur für eine der beiden Zündungen eine erfolgreiche Verbrennung stattfinden kann, lässt sich der damit verbundene signifikante Drehzahlanstieg detektierten und so die zwei Umdrehungen des Arbeitsspiels unterscheiden. Sobald der aus der Ver brennung in diesem Zylinder resultierende Drehzahlanstieg erfasst ist, ist die Synchronisierung abgeschlossen.
Ein Kurbelwellensignal 450 eines Motors mit Dreizylindersystem mit Kurbelwel lensensor ist in Figur 10 dargestellt. Weiterhin zeigt die Darstellung OT1 452,
OT2 454 und OT3 456.
Fall 7
Zu berücksichtigen ist, dass während eines Kickstarts es ebenfalls möglich ist, das einzigartige Muster in dem erzeugten Signal zu beobachten, das basierend auf dem Motorgeschwindigkeitssignal erzeugt wurde.
Figur 11 zeigt das Verhalten des Motorgeschwindigkeitssignals 500 während ei nes Kickstarts für einen Einzylindermotor, dabei ist an einer Abszisse 502 der Kurbelwellenwinkel [°CA] und an einer Ordinate 504 die Motorgeschwindigkeit [U/min] aufgetragen.
Ein einzigartiges Muster kann um die Kompression im oberen Totpunkt während des Kickstarts bei einem Motor mit einem Zylinder ebenfalls erzeugt werden. Dieses Signalmuster kann verwendet werden, um die Motorposition auch wäh rend des Kickstarts zu erfassen. Es ist jedoch auch eine zusätzliche Intelligenz erforderlich, um das Muster in dem erzeugten Signal zu erfassen. Dies ist darin begründet, dass die Motorgeschwindigkeiten während des Kickstarts stark an- wachsen. Dies hat einen Einfluss auf die Qualität des erzeugten Signals. Sobald jedoch die Motorgeschwindigkeiten damit anfangen abzufallen, nachdem ein Ma ximalwert erreicht wurde, muss es möglich sein, das Muster in dem erzeugten Signal leicht zu erfassen.
Es besteht daher ein Bedarf daran, einen Kickstart von einem Starter angetrie benen Start zu unterscheiden. Dies kann bspw. ebenfalls basierend auf dem Ver- lauf der Batteriespannung während des Starts erreicht werden. Der elektrische Starter benötigt einen signifikanten Energiebetrag von der Batterie. Dies führt zu einem messbaren Abfall der Batteriespannung. Im Vergleich dazu benötigt der Kickstart keine elektrische Energie.
Die vorgestellten Vorgehensweisen, um Systeme mit einem oder mehreren Zy lindern zu synchronisieren, können ebenfalls bei Startvorgängen mit Kickstarter verwendet werden. Je mehr Zylinder der Motor hat, desto geringer sind die Unterschiede zwischen der Geschwindigkeit während der Kompressionsphase und der Geschwindigkeit während der Dekompressionsphase. Daher kann das vorgestellte Verfahren bei einer beliebigen Anzahl an Zylindern verwendet werden, solange der Geschwin digkeitsunterschied ausreichend signifikant ist, Für mehr als drei Zylinder können die für weniger Zylinder vorgestellten Verfahren angepasst werden, um den Be dürfnissen der Anzahl an Zylindern zu genügen.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen einer Position einer Verbrennungskraftmaschine, die mindestens einen Zylinder umfasst, wobei ein Verlauf eines Geschwindig keitssignals (50), das eine Geschwindigkeit der Verbrennungskraftmaschine re präsentiert, erfasst wird und auf Grundlage des Verlaufs des Geschwindigkeits signals (50) ein erzeugtes Signal (100) generiert wird, indem zumindest eine Summenbildung durchgeführt wird, und in dem Verlauf des erzeugten Signals (100) ein Signalmuster (108) erkannt wird, anhand dessen die Position bestimmt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem als Geschwindigkeitssignal (50), das er fasst wird, ein Signal einer elektrischen Maschine, die mit der Kurbelwelle ge koppelt ist, verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Geschwindigkeitssignal (50), das er fasst wird, eine Drehzahl der Kurbelwelle repräsentiert.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem nach Bestimmen der Kurbelwellenposition unter Berücksichtigung dieser bestimmten Kurbelwellenpo sition eine Synchronisierung des Motors mit einer Ansteuersoftware durchgeführt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Verlauf des erzeug ten Signals (100) mit einem Verlauf eines Referenzsignals verglichen wird, um das Signalmuster (108) zu erkennen.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem aus dem Geschwindig keitssignal (50) durch das Signalmuster (108) generiert wird, wobei t[i], t ] einzelne Zeitabstände zwi schen Signalflanken aus dem Geschwindigkeitssignal (50) repräsentieren.
7. Verfahren nach Anspruch 6, bei dem für jede der Summen zumindest ein Zeitabstand oder mehrere Zeitabstände summiert werden, wobei die Summen zueinander verschiedene Mengen an Zeitabständen umfassen können.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die Amplitude des Sig nalmusters (108) gegenüber einem kalibrierbaren Schwellenwert (106) geprüft wird.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Schwellenwert (106) in Abhängigkeit verschiedener Umgebungsbedingungen angepasst wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das bei der Startart E-Starter, Kickstarter oder Anschieben verwendet wird.
11. Anordnung zum Bestimmen einer Position einer Verbrennungskraftmaschine, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ein gerichtet ist.
12. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, das dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 auszuführen, wenn das Compu terprogramm auf einer Recheneinheit, insbesondere einer Recheneinheit in einer Anordnung gemäß Anspruch 8, ausgeführt wird.
13. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Com puterprogramm nach Anspruch 12.
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