EP1045967A1 - Einrichtung zur phasenerkennung - Google Patents

Einrichtung zur phasenerkennung

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EP1045967A1
EP1045967A1 EP99948671A EP99948671A EP1045967A1 EP 1045967 A1 EP1045967 A1 EP 1045967A1 EP 99948671 A EP99948671 A EP 99948671A EP 99948671 A EP99948671 A EP 99948671A EP 1045967 A1 EP1045967 A1 EP 1045967A1
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phase detection
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phase
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Definitions

  • the invention relates to a device for phase detection in an internal combustion engine according to the preamble of the main claim.
  • the control unit calculates, depending on the detected position of the crankshaft and the camshaft, when fuel should be injected for which cylinder and when an ignition should be triggered. It is customary to determine the angular position of the crankshaft with the aid of a sensor which scans the crankshaft or a disk connected to it with a characteristic surface.
  • crankshaft rotates twice within one working cycle of the internal combustion engine, the phase of the internal combustion engine cannot be clearly determined simply by scanning the crankshaft. So that this is possible, a sensor disc, which is connected to the camshaft and has a reference mark on its surface, is usually scanned with the aid of a second sensor. There If the camshaft only rotates once during a work cycle, the control unit can be identified from the combination of the signals supplied by the crankshaft and camshaft sensors, and the so-called synchronization can be carried out.
  • the inventive device for phase detection with the features of claim 1 has the advantage that synchronization can take place without a camshaft sensor, that no additional components are required and that
  • Phase detection can run reliably and without interference, and if the wrong phase position is detected, a correction or resynchronization can be carried out.
  • FIG. 1 the components of a control system of an internal combustion engine required to explain the invention are shown schematically and in FIGS. 2 to 5, quantities or control signals essential to the invention are plotted against time.
  • the internal combustion engine is designated by 10, an encoder disc, which is rigidly connected to the crankshaft 11 of the internal combustion engine and has a plurality of similar angle marks 12 on its circumference. In addition to these similar angle marks 12, there is a reference mark 13, which is implemented, for example, by two missing angle marks. The total number of angle marks is, for example, 60-2.
  • the sensor disk 10 is scanned by a sensor 14 which supplies the control unit 15 with output signals which, after signal conditioning, are present as square-wave signals which reflect the surface of the sensor disk 10.
  • phase sensor which is present in conventional internal combustion engines and which scans the camshaft 16 or a disk connected to the camshaft 16 with a marking is not provided here.
  • the control unit 15 receives further inputs for the control or regulation of the
  • the associated sensors are designated 17. Via a further input, an "ignition on” signal is supplied, which supplies the ignition switch 18 with a connection from the terminal 15 of the ignition lock.
  • the control unit 15 which comprises at least one central processor unit 18 and a memory 19, signals for the ignition and injection are determined, these signals are emitted via the outputs 20 and 21.
  • the voltage supply to the control unit 15 takes place in the usual way with the aid of a battery 22 which is switched on via a switch 23.
  • the position of the crankshaft 11 can be detected at any time during operation of the internal combustion engine. Since the
  • phase position can be recognized and a sequential injection can take place in a system without a phase sensor:
  • the signals from the crankshaft sensor are evaluated. If the reference mark is recognized for the first time, the sequential injection is started at the first reference mark. Since it is unclear in which revolution the crankshaft is, the advance angle for the injection is either correct or wrong by 360 ° KW. For phase detection, injections for a cylinder are hidden or suppressed after the start. This suppression of the injection takes place approximately three
  • the falling branch of the start overshoot means the drop in speed, which is marked with the area 1 in FIG. 2 or FIG. 4. If the phase position cannot be clearly determined, the blanking is repeated after a short wait in idle.
  • Segment times are defined so that they are approximately symmetrical around the ignition TDC of the respective cylinder and the segment position must be specified for each engine.
  • the segment length is 720 ° KW / number of cylinders and includes a certain number of angle marks or Signal edges. Since the time in which the crankshaft rotates around a segment is determined, the speed evaluation results in a low-pass behavior. Averaging takes place over several angle marks or angle marks.
  • the position of the segment is to be chosen so that the segment time increase due to a hidden cylinder, i.e. the time increase caused by selective combustion, is half in the segment. This results in the greatest possible signal-to-noise ratio to the next segment.
  • Speed range takes place.
  • the number of suppressed injections -1 on a cylinder for example, must have been recognized.
  • a phase search can be successfully completed if the resulting drop in speed has been correctly recognized twice with three fades out. In a further condition, it may be required that no misfires have been detected on another cylinder. If the phase search reveals that the synchronization by 360 ° KW is wrong, a re-synchronization is carried out.
  • FIGS. 4 and 5 show the same facts for an example with correct synchronization.

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Abstract

Es wird eine Einrichtung zur Phasenerkennung bei einer Brennkraftmaschine angegeben, bei der nur ein Kurbelwellensensor vorhanden ist und das Phasensignal durch vorgebbare Unterdrückung von Einspritzungen für bestimmte Zylinder und gleichzeitige Drehzahlanalyse gewonnen wird. Stellt sich der erwartete Drehzahlverlauf bei mehreren unterdrückten Einspritzungen für denselben Zylinder ein, wird davon ausgegangen, dass die Synchronisation korrekt ist, wird diese Bedingung nicht erfüllt, ist die Synchronisation um 360 DEG KW falsch und es erfolgt eine Umsynchronisation.

Description

Einrichtung zur Phasenerkennung
Die Erfindung geht aus von einer Einrichtung zur Phasenerkennung bei einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs .
Stand der Technik
Bei einer Mehrzylinder-Brennkraftmaschine mit einer Kurbel- und wenigstens einer Nockenwelle wird vom Steuergerät in Abhängigkeit von der erkannten Lage der Kurbel- und der Nockenwelle berechnet, wann für welchen Zylinder Kraftstoff eingespritzt werden soll und wann eine Zündung ausgelöst werden soll. Dabei ist es üblich, die Winkellage der Kurbelwelle mit Hilfe eines Sensors zu ermitteln, der die Kurbelwelle bzw. eine mit dieser verbundene Scheibe mit einer charakteristischen Oberfläche abtastet.
Da sich die Kurbelwelle innerhalb eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine zwei Mal dreht, läßt sich allein durch Abtasten der Kurbelwelle die Phase der Brennkraftmaschine nicht eindeutig bestimmen. Damit dies möglich ist, wird üblicherweise mit Hilfe eines zweiten Sensors eine mit der Nockenwelle in Verbindung stehende Geberscheibe, die an ihrer Oberfläche eine Bezugsmarke aufweist, abgetastet. Da sich die Nockenwelle nur ein Mal während eines Arbeitsspiels dreht, kann das Steuergerät aus der Kombination der vom Kurbelwellen- und vom Nockenwellensensor gelieferten Signale eine eindeutige Zuordnung erkannt werden und die sogenannte Synchronisation durchgeführt werden.
Bei Systemen, die ohne Nockenwellen- bzw. Phasensensor auskommen, sind zusätzliche Maßnahmen erforderlich, die es ermöglichen, daß allein aus dem vom Kurbelwellensensor gelieferten Signal eine Synchronisation möglich ist. Ein
System, bei dem die Phasenlage ohne Phasensensor ermittelt wird, ist aus der DE-OS 44 18 577 bekannt.
Bei diesem bekannten System wird der Beginn der Einspritzung bezogen aus die Winkelstellung der Kurbelwelle für die einzelnen Zylinder, auch Vorlagerungswinkel genannt, gezielt so verändert, daß von einem Arbeitsspiel zum nächsten bei falscher Phasenlage eine Drehzahländerung initiiert wird, die mit Hilfe der Auswertung der vom Kurbelwellensensor gelieferten Signale erkannt wird. Diese Drehzahländerung wird im Steuergerät erkannt und ausgewertet und zur Phasenerkennung und daran anschließend zur Phasensynchronisation verwendet.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Einrichtung zur Phasenerkennung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß eine Synchronisation ohne Nockenwellensensor erfolgen kann, daß keine zusätzlichen Bauteile benötigt werden und daß die
Phasenerkennung zuverlässig und störungsfrei ablaufen kann, wobei bei erkannter falscher Phasenlage eine Korrektur bzw. Neusynchronisation durchführbar ist. Erzielt werden diese Vorteile durch eine Einrichtung zur Phasenerkennung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, mit der das drehzahlabhängige Ausgangssignal eines Kurbelwellensensors daraufhin untersucht wird, ob bei unterdrückten Einspritzungen für vorgebbare Zylinder der dadurch verursachte Drehzahlverlauf bzw. Drehzahleinbruch auftritt. Abhängig vom erkannten Drehzahlverlauf kann erkannt werden, ob die angenommene Phasenlage richtig oder falsch ist. Davon abhängig kann die endgültige Synchronisation erfolgen.
Weitere Vorteile der Erfindung werden durch die in den Unteransprüchen angegebenen Maßnahmen erzielt.
Zeichnung
In Figur 1 sind die zur Erläuterung der Erfindung erforderlichen Komponenten eines Steuerungssystems einer Brennkraftmaschine schematisch dargestellt und in den Figuren 2 bis 5 sind erfindungswesentliche Größen bzw. Ansteuersignale über der Zeit aufgetragen.
Beschreibung
In dem in Figur 1 dargestellten Steuerungssystem für eine
Brennkraftmaschine ist mit 10 eine Geberscheibe bezeichnet, die starr mit der Kurbelwelle 11 der Brennkraftmaschine verbunden ist und an ihrem Umfang eine Vielzahl gleichartiger Winkelmarken 12 aufweist. Neben diesen gleichartigen Winkelmarken 12 ist eine Referenzmarke 13 vorhanden, die beispielsweise durch zwei fehlende Winkelmarken realisiert ist. Die Gesamtzahl der Winkelmarken beträgt beispielsweise 60-2. Die Geberscheibe 10 wird von einem Sensor 14 abgetastet, der Ausgangssignale an das Steuergerät 15 liefert, die nach einer Signalaufbereitung als Rechtecksignale vorliegen, die die Oberfläche der Geberscheibe 10 wiederspiegeln.
Ein bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen vorhandener Phasensensor, der die Nockenwelle 16 bzw. eine mit der Nockenwelle 16 verbundene Scheibe mit einer Markierung abtastet, ist hier nicht vorgesehen. Die Information bezüglich der Phasenlage, die aus dem Ausgangssignal eines solchen Sensors üblicherweise gewonnen wird, wird hier mit Hilfe des im Folgenden beschriebenen Verfahrens erhalten.
Das Steuergerät 15 erhält über verschiedene Eingänge weitere, für die Steuerung bzw. Regelung der
Brennkraftmaschine erforderliche Eingangsgrößen. Die zugehörigen Sensoren sind mit 17 bezeichnet. Über einen weiteren Eingang wird ein „Zündungs ein" -Signal zugeführt, das ein Anschließen des Zündschalters 18 von der Klemme Kl.15 des Zündschlosses geliefert wird. Im Steuergerät 15, das wenigstens eine zentrale Prozessoreinheit 18 sowie einen Speicher 19 umfaßt, werden Signale für die Zündung und Einspritzung ermittelt, diese Signale werden über die Ausgänge 20 und 21 abgegeben. Die Spannungsversorgung des Steuergerätes 15 erfolgt in üblicher Weise mit Hilfe einer Batterie 22, die über einen Schalter 23 zugeschaltet wird.
Mit der in Figur 1 beschriebenen Einrichtung kann die Stellung der Kurbelwelle 11 während des Betriebes der Brennkraftmaschine jederzeit erfasst werden. Da die
Zuordnung zwischen Kurbelwelle und Nockenwelle ebenso bekannt ist wie die Zuordnung zwischen der Stellung der Nockenwelle und der Lage der einzelnen Zylinder, kann nach dem Erkennen der Bezugsmarke eine Synchronisation erfolgen, jedoch nur dann, wenn ein für die Phasenlage charakteristisches Signal vorhanden ist. Das Phasensignal wird benötigt, da das vom Kurbelwellensensor gelieferte Bezugsmarkensignal mehrdeutig ist, da sich die Kurbelwelle innerhalb eines Arbeitsspieles der Brennkraftmaschine zwei Mal dreht, während sich die Nockenwelle nur ein Mal dreht.
Damit bei einem System ohne Phasensensor die Phasenlage erkannt werden kann und eine sequentielle Einspritzung erfolgen kann, laufen im Steuergerät folgende Funktionen ab:
Nach erkanntem Start der Brennkraftmaschine werden die sich einstellenden Signale des Kurbelwellensensors ausgewertet. Wird die Bezugsmarke erstmalig erkannt, wird mit der sequentiellen Einspritzung an der ersten Bezugsmarke gestartet. Da unklar ist, in welcher Umdrehung sich die Kurbelwelle befindet, ist der Vorlagerungswinkel für die Einspritzung entweder richtig oder um 360°KW falsch. Zur Phasenerkennung werden nach erfolgtem Start Einspritzungen für einen Zylinder ausgeblendet bzw. unterdrückt. Diese Unterdrückung der Einspritzung erfolgt dabei ca. drei
Arbeitsspiele im abfallenden Ast des Startüberschwingers. Mit abfallendem Ast des Startüberschwingers ist der Drehzahlrückgang gemeint, der in Figur 2 bzw. Figur 4 mit dem Bereich 1 gekennzeichnet ist. Kann die Phasenlage nicht eindeutig bestimmt werden, wird die Ausblendung im Leerlauf nach einer kurzen Wartezeit wiederholt .
Im Zeitraum während der Ausblendung bis zwei Kurbelwellenumdrehungen nach der letzten Ausblengung werden speziell gebildete Segmentzeiten überwacht. Die
Segmentzeiten sind dabei so definiert, daß sie etwa symmetrisch um den Zünd-OT des jeweiligen Zylinders liegen und die Segmentlage muß für jeden Motor speziell festgelegt werden. Die Segmentlänge beträgt 720°KW/Zylinderzahl und umfaßt eine bestimmte Anzahl von Winkelmarken bzw. Signalflanken. Da die Zeit ermittelt wird, in der sich die Kurbelwelle um ein Segment dreht, ergibt sich bei der Drehzahlauswertung ein Tiefpaßverhalten. Es erfolgt eine Mittelwertbildung über mehrere Winkelmarken bzw. Winkelmarken. Die Lage des Segments ist so zu wählen, daß der Segmentzeitanstieg durch einen ausgeblendeten Zylinder, also der Zeitanstieg, der durch wählende Verbrennung verursacht, zur Hälfte im Segment liegt. Dadurch ergibt sich ein größtmöglicher Störabstand zum nächsten Segment.
Zur Erkennung eines Drehzahleinbruchs nach ausgeblendeter Einspritzung werden immer nur die Segmentzeiten ausgewertet, bei denen sich die Ausblendung der Einspritzung auswirken kann. Beispielsweise wird bei einer 4-Zylinder- Brennkraftmaschine die Einspritzung für Zylinder 1 ausgeblendet und die Segmentzeit um den Zündungs-OT von Zylinder 2 und 4 wird ausgewertet. Bei einer Brennkraftmaschine mit geradzahliger Zylinderzahl bedeutet dies, daß die Segmentzeiten jeweils am mechanisch selben Segment, d. h. also jeweils zwischen den selben Winkelmarken ermittelt werden. Dadurch haben eventuell vorhandene Geberradtoleranzen keinen Einfluß auf die Drehzahlauswertung .
Durch Differenzbildung der beiden Segmentzeiten von Zylinder 2 und Zylinder 4 bei Ausblendung für Zylinder 1 läßt sich ein Dynamikwert berechnen, der einen vorgebbaren Absolutwert übersteigen muß, damit an dem entsprechenden Zylinder ein Aussetzer detektiert wird. Es gilt:
dts(k) = ts (k) - ts (k-21
mit ts = Segmentzeit dts = Dynamikwert dies gilt für eine 4-Zylinder-Brennkraftmaschine . Zusätzlich zur Differenzbildung der beiden Segmentzeiten läßt sich noch die Differenz der zwei letzten Dynamikwerte berechnen. Diese Differenz muß also ein Absolutwert sein, es gilt
Ddts = dts (k) - dts (k-2)
der Drehzahleinfluß muß nicht berücksichtigt werden, da die Ausblendung der Einspritzung nur in einem kleinen
Drehzahlbereich erfolgt. Damit die Phasensuche erfolgreich ist, müssen beispielsweise die Anzahl von unterdrückten Einspritzungen -1 an einem Zylinder erkannt worden sein. Beispielsweise kann eine Phasensuche erfolgreich abgeschlossen werden, wenn bei drei Ausblendungen der sich einstellende Drehzahleinbruch zwei Mal richtig erkannt wurde. In einer weiteren Bedingung kann geforder werden, daß außerdem an einem anderen Zylinder kein Aussetzer erkannt worden ist. Ergibt die Phasensuche, daß die Synchronisation um 360°KW falsch ist, wird eine Umsynchronisation vorgenommen .
In den Figuren 2 und 3 sind die Größen: Einlaßventil öffnen, Einspritzimpuls, Zünden, Ausblenden, Umsynchronisation und Drehzahl über der Zeit für ein Beispiel, bei dem die
Einspritzung um 360°KW falsch war und eine Umsynchronisation erforderlich war, aufgetragen. In den Figuren 4 und 5 ist der selbe Sachverhalt für ein Beispiel mit korrekter Synchronisation aufgetragen.

Claims

Ansprüche
1. Einrichtung zur Phasenerkennung bei einer Brennkraftmaschine, mit einer Kurbelwelle, deren Winkellage durch Auswertung eines von einem Kurbelwellen-Sensor gelieferten Signale in einer Auswerteeinrichtung laufend ermittelt wird und die Auswerteeinrichtung abhängig von der Winkelstellung Einspritz- und Zündimpulse auslöst und zur Erkennung der Phasenlage nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine die Einspritzung beeinflußt und die sich dadurch einstellenden Drehzahländerungen auswertet, dadurch gekennzeichnet, daß die Einspritzung für vorgebbarte Zylinder ausgeblendet wird, so daß kein Kraftstoff eingespritzt wird und das Ausgangssignal des Kurbelwellensensors auf zu erwartende Reaktion hin überwacht wird.
2. Einrichtung zur Phasenerkennung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Ausgangssignal des Kurbelwellensensors Segmentzeiten ermittelt werden, wobei ein Segment sich über einen vorgebbaren Winkelbereich erstreckt und eine Segmentzeit so festgelegt wird, daß sich die Kurbelwelle in dieser Zeit um ein Segment dreht, und daß durch Vergleich ausgewählter Segmentzeiten eine unterbliebene Zündung erkannt und zur Phasenerkennung verwendet wird .
3. Einrichtung zur Phasenerkennung nach Anspruch 2 , dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz zwischen vorgebbaren Segmentzeiten gebildet wird, daß die ermittelte Differenz mit einem vorgebbaren oder anpaßbaren Mindestwert verglichen wird und ein Verbrennungsaussetzer erkannt wird, wenn die ermittelte Differenz den Mindestwert überschreitet.
4. Einrichtung zur Phasenerkennung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein erkannter Aussetzer mit Hilfe eines Zylinderzählers der entsprechenden Phasenlage zugeordnet wird und erkannte Aussetzer mit jeweils einem Zähler für Phasenlage richtig oder falsch aufsummiert werden.
5. Einrichtung zur Phasenerkennung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer erkannten Falschsynchronisation eine Umsynchronisation vorgenommen wird, die um 360°KW verschoben ist.
6. Einrichtung zur Phasenerkennung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem Ausgangssignal des Kurbelwellensensors Drehzahlen ermittelt werden, wobei die Ermittlung der Drehzahl jeweils aus einer Segmentzeit erfolgt.
7. Einrichtung zur Phasenerkennung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausblendung der Einspritzung nach erkanntem Start in einem Bereich erfolgt, in dem sich die Drehzahl verringert, wobei dieser Bereich dem abfallenden Ast des Startüberschwingers entspricht .
EP99948671A 1998-09-30 1999-07-23 Einrichtung zur phasenerkennung Expired - Lifetime EP1045967B1 (de)

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