WO2002008596A1 - Verfahren zum synchronisieren einer brennkraftmaschine - Google Patents

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    • F02B2075/182—Number of cylinders five

Definitions

  • the invention relates to a method for synchronizing an internal combustion engine according to the preamble of patent claim 1.
  • signals from camshaft and crankshaft sensors are usually processed in an engine control unit.
  • DE 39 14 169 C2 discloses a cylinder locking device for an internal combustion engine for controlling the ignition device at least in terms of the cylinder, in which scanning a crankshaft disk, which has the same markings for the top dead centers of all cylinders, and a camshaft disk, which has a separate marking for each cylinder, correct ignition should also be guaranteed at the start.
  • DE 196 38 010 AI describes a method for determining the phase position of a four-stroke internal combustion engine with an odd number of cylinders by comparing the signal of a crankshaft sensor, which has a singularity to be assigned to a predeterminable crankshaft angle, with a second signal of a speed sensor or intake manifold pressure sensor, in the area this singularity.
  • EP 0 640 762 discloses a method for synchronizing an internal combustion engine, which can carry out the synchronization without a camshaft sensor, only with a crankshaft sensor. However, this method can only be used in internal combustion engines with an even number of cylinders.
  • the object of the invention is to provide a method for synchronizing an internal combustion engine with an odd number of cylinders.
  • the signals KW of a crankshaft sensor (line a), the piston positions of the three cylinders ZI to Z3 (lines b) of a three-cylinder engine, and the piston positions of the five cylinders ZI to Z5 (line c) of a five-cylinder engine in the course of one engine cycle lasting over two revolutions (2 * 360 ° KW) of the crankshaft (not shown) of the internal combustion engine.
  • the connecting rods of the three pistons of the three-cylinder engine are offset from each other by 120 ° KW on the crankshaft.
  • the connecting rods of the five pistons of the five-cylinder engine are offset from each other by 72 ° KW on the crankshaft.
  • the crankshaft sensor consists of a sensor wheel, not shown, connected to the crankshaft, which is, for example, a gearwheel with 60 teeth, two teeth of which are removed and form a gap L.
  • a sensor not shown
  • the gap L ends precisely when the piston in the cylinder ZI reaches its top dead center ZOT1.
  • ZOT2 of the cylinder is Z2 by 240 ° KW
  • the ZOT of each cylinder is identified by a thick dotted line, as well the standstill points ST1 to ST3 of the individual pistons are marked in their cylinders by a thick solid line.
  • crankshaft must be rotated further by 120 ° + X ° until the crankshaft sensor detects the next gap, i.e. the end of it. If the piston in the cylinder Z3 came to a standstill at X ° before Z0T3, the crankshaft must be rotated further by 240 ° + X ° until the crankshaft sensor detects the next gap, i.e. the end of it.
  • Selective fuel injection and ignition then begin in the firing order of the cylinder following the synchronized cylinder, which can still be reached for fuel injection. This can vary depending on the fuel injection method (intake manifold injection before or during the intake stroke or direct injection).
  • the cylinders are arranged at a distance of 72 ° on the crankshaft. This means that when restarting the crankshaft must be rotated by X ° until the crankshaft sensor detects the next gap when the piston in its cylinder, to which the gap of the crankshaft sensor is assigned, stops by X ° before its ZOT came, here in the cylinder ZI at X ° before ZOT1.
  • Selective fuel injection and ignition also start here in the ignition sequence of the cylinder following the synchronized cylinder, which can still be reached for a fuel injection.
  • the internal combustion engine can be synchronized without a camshaft sensor within ⁇ 360 ° KW, that is, during the first crankshaft revolution after a restart.
  • the method can also be applied to engines with even more cylinders. Such motors have not yet been used in motor vehicles.

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Abstract

Eine Brennkraftmaschine mit ungerader Zylinderzahl wird ohne Nockenwellen-Sensor synchronisiert, indem beim Start der Kur-belwellenwinkel vom Stillstand der BKM bis zur Detektion der ersten Lücke eines Geberrades mittels eines Kurbelwellen-Sensors gemessen und einem bestimmten Zylinder zugeordnet wird, auf den die Brennkraftmaschine dann synchronisiert wer-den kann.

Description

Beschreibung
Verfahren zum Synchronisieren einer Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Synchronisieren einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Zur Identifikation der Zylinder einer Mehrzylinder-Brenn- kraftmaschine werden in einem Motorsteuergerät üblicherweise Signale von Nockenwellen- und Kurbelwellen-Sensoren verarbeitet.
Aus DE 39 14 169 C2 ist eine Zylinderfeststellungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine zum zylinderrichtigen Steuern wenigstens der Zündeinrichtung bekannt, bei welcher durch Abtastung einer Kurbelwellenscheibe, die für die oberen Totpunkte aller Zylinder gleichartige Markierungen aufweist, und einer Nockenwellenscheibe, die einem jedem Zylinder eigene Markierung aufweist, ein korrektes Zünden auch beim Start gewährleistet sein soll.
Die DE 196 38 010 AI beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Phasenlage einer Viertakt-Brennkraftmaschine mit ungera- der Zylinderzahl durch Vergleich des Signals eines Kurbelwellengebers, welches eine einem vorgebbaren Kurbelwellenwinkel zuzuordnende Singularität aufweist, mit einem zweiten Signal eines Drehzahl- oder Saugrohrdruckgebers, im Bereich dieser Singularität .
Aus EP 0 640 762 ist ein Verfahren zum Synchronisieren einer Brennkraftmaschine bekannt, welches die Synchronisation ohne Nockenwellen-Sensor, nur mit einem Kurbelwellen-Sensor durchführen kann. Dieses Verfahren ist jedoch nur bei Brennkraft- maschinen mit gerader Zylinderzahl anwendbar. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Synchronisieren einer Brennkraftmaschine mit ungerader Zylinderzahl anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert .
In der einzigen Figur sind die Signale KW eines Kurbelwellen- Sensors (Linienzug a) , die Kolbenstellungen der drei Zylinder ZI bis Z3 (Linienzüge b) eάnes Dreizylindermotors, und die Kolbenstellungen der fünf Zylinder ZI bis Z5 (Linienzüge c) eines Fünfzylindermotors im Verlauf eines über zwei Umdrehun- gen (2*360°KW) der nicht dargestellten Kurbelwelle der Brennkraftmaschine dauernden Motorzyklus dargestellt. Die Pleuel der drei Kolben des Dreizylindermotors sind auf der Kurbelwelle um jeweils 120°KW zueinander versetzt. Die Pleuel der fünf Kolben des Fünfzylindermotors sind auf der Kurbelwelle um jeweils 72°KW zueinander versetzt.
Der Kurbelwellen-Sensor besteht aus einem mit der Kurbelwelle verbundenen, nicht dargestellten Geberrad, welches beispielsweise ein Zahnrad mit 60 Zähnen ist, von denen zwei Zähne entfernt sind und eine Lücke L bilden. Diese Zähne erzeugen bei laufender Brennkraftmaschine in einem nicht dargestellten Aufnehmer Signale, die im Linienzug a der Figur dargestellt sind. Die Lücke L endet in diesem Ausführungsbeispiel gerade dann, wenn der Kolben im Zylinder ZI seinen oberen Totpunkt ZOT1 erreicht .
Bei einer Zündreihenfolge ZI, Z2 , Z3 beim Dreizylindermotor ist ZOT2 des Zylinders Z2 um 240°KW, und ZOT3 des Zylinders
Z3 um 480°KW gegenüber ZOT1 versetzt. Der ZOT jedes Zylinders ist durch eine dick gepunktete Linie gekennzeichnet, ebenso sind die Stillstandspunkte ST1 bis ST3 der einzelnen Kolben in ihren Zylindern durch eine dick ausgezogene Linie markiert .
Es wurde festgestellt, daß die Brennkraftmaschine mit ungeradzahliger Zylinderzahl beim Abstellen in einer Stellung X° zum Stillstand kommt, kurz bevor einer der Kolben in seinem Zylinder die maximale Kompression bewirkt, also beispielsweise X° = 60°KW vor Erreichen seines ZOT. Dies bedeutet, daß beim Neustart die Kurbelwelle um X° weitergedreht werden muß, bis der Kurbelwellen-Sensor die nächste Lücke detektiert, wenn der Kolben in dem Zylinder, dem die Lücke des Kurbelwellen-Sensors zugeordnet ist, um X° vor seinem ZOT zum Stillstand kam, hier im Zylinder ZI bei X° vor ZOT1.
Kam der Kolben im Zylinder Z2 bei X° vor ZOT2 zum Stillstand, so muß beim Neustart die Kurbelwelle um 120°+X° weitergedreht werden, bis der Kurbelwellen-Sensor die nächste Lücke, d.h., deren Ende detektiert. Kam schließlich der Kolben im Zylinder Z3 bei X° vor Z0T3 zum Stillstand, so muß beim Neustart die Kurbelwelle um 240°+X° weitergedreht werden, bis der Kurbelwellen-Sensor die nächste Lücke, d.h., deren Ende detektiert.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht darauf, daß bei einem Neustart der Brennkraftmaschine der Winkel α gemessen wird, d.h., um wieviele Grade - °KW - die Kurbelwelle gedreht werden muß, bis der Kurbelwellen-Sensor die nächste Lücke L detektiert. Da X° nicht immer exakt gleich ist und etwas vari- iert, wird zu X° ein vorgegebener Toleranzbetrag ±T° hinzuaddiert, beispielsweise T° = 5° ... 10 1"0
Für einen Dreizylindermotor (Zündfolge Z1-Z2-Z3) gilt erfindungsgemäß, daß auf Zylinder ZI synchronisiert wird, wenn α = X°±T°, auf Zylinder Z2 synchronisiert wird, wenn α = 120°+X°+T°, auf Zylinder Z3 synchronisiert wird, wenn α = 240°+Xo±T° .
Selektive Kraftstoffeinspritzung und Zündung beginnen dann bei dem auf den synchronisierten Zylinder folgenden Zylinder in der Zündreihenfolge, der für eine Kraftstoffeinspritzung noch erreichbar ist. Das kann je nach Kraftstoffeinspritzverfahren (Saugrohreinspritzung vor bzw. während des Ansaugtak- tes oder Direkteinspritzung) unterschiedlich sein.
Ein Dreizylindermotor kann bereits dann synchronisiert werden, wenn nach α = 120°+Xo+T° die Lücke noch immer nicht detektiert wurde. Dann kann nur noch auf den übrig bleibenden Zylinder, also auf Z3 , synchronisiert werden.
Bei einem Fünfzylindermotor sind die Zylinder im Abstand von 72° auf der Kurbelwelle angeordnet. Dies bedeutet, daß beim Neustart die Kurbelwelle um X° weitergedreht werden muß, bis der Kurbelwellen-Sensor die nächste Lücke detektiert, wenn der Kolben in seinem Zylinder, dem die Lücke des Kurbelwellen-Sensors zugeordnet ist, um X° vor seinem ZOT zum Stillstand kam, hier im Zylinder ZI bei X° vor ZOT1.
Für einen Fünfzylindermotor (Zündfolge Z1-Z2-Z4-Z5-Z3) gilt erfindungsgemäß, daß auf Zylinder ZI synchronisiert wird, wenn α = X°±T°, auf Zylinder Z4 synchronisiert wird, wenn α = 720+X°+T°, auf Zylinder Z3 synchronisiert wird, wenn = 1440+X°±T° , auf Zylinder Z2 synchronisiert wird, wenn α = 2160+X°±T°, auf Zylinder Z5 synchronisiert wird, wenn α = 288°+X0±T°. Selektive Kraftstoffeinspritzung und Zündung beginnen auch hier bei dem auf den synchronisierten Zylinder folgenden Zylinder in der Zündreihenfolge, der für eine Kraftstoffeinspritzung noch erreichbar ist.
Auch der Fünfzylindermotor kann bereits dann synchronisiert werden, wenn nach α = 2160+X°+T0 die Lücke noch immer nicht detektiert wurde. Dann kann nur noch auf den fünften Zylinder, also auf Z5, synchronisiert werden.
Auf diese Weise kann die Brennkraftmaschine ohne Nockenwellen-Sensor innerhalb <360°KW, also während der ersten Kurbelwellenumdrehung nach einem Neustart, synchronisiert werden.
Das Verfahren läßt sich ohne weiteres auch auf Motoren mit noch mehr Zylindern anwenden. Solche Motoren kommen bei Kraftfahrzeugen bislang jedoch nicht vor.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Synchronisieren einer Brennkraftmaschine mit ungerader Zylinderzahl und vorgegebener Zündreihenfolge, mittels der Signale (KW) eines Kurbelwellen-Sensors, welche zur Bestimmung der Winkellage der Kurbelwelle gleich große Zahn- und Lücken-Signale mit einer größeren, dem nach dem Zündzeitpunkt liegenden, oberen Totpunkt (Z0T1) des Kolbens in einem bestimmten Zylinder (ZI) zugeordneten Lücke (L) aufweisen,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t ,
daß der Drehwinkel α der Kurbelwelle vom Start der Brenn- kraftmaschine bis zur ersten Detektion der Lücke (L) mittels der Signale (KW) des Kurbelwellen-Sensors ermittelt wird, wobei bei einem Dreizylindermotor - Zündfolge Z1-Z2-Z3 auf Zylinder ZI synchronisiert wird, wenn α = X°±T° , auf Zylinder Z2 synchronisiert wird, wenn α = 120o+Xo±To , auf Zylinder Z3 synchronisiert wird, wenn α = 240°+Xo±T° , und bei einem Fünfzylindermotor - Zündfolge Z1-Z2-Z4-Z5-Z3 auf Zylinder ZI synchronisiert wird, wenn α = X°±T°, auf Zylinder Z4 synchronisiert wird, wenn α = 720+X0+T°, auf Zylinder Z3 synchronisiert wird, wenn = 1440-t-X°±T° , auf Zylinder Z2 synchronisiert wird, wenn α = 2160+X°±T° , auf Zylinder Z5 synchronisiert wird, wenn α = 288°-r-X°±T0 , und daß selektive Kraftstoffeinspritzung und Zündung bei dem Zy- linder beginnt, der in der Zündreihenfolge auf den synchronisierten Zylinder folgt und für eine Kraftstoffeinspritzung noch erreichbar ist, mit X° = Kurbelwellenwinkel zwischen Stillstand eines Kolbens und seinem ZOT, und T° •= Toleranzbetrag für X° .
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine bereits synchronisiert werden kann, wenn bei einem Dreizylindermotor nach α = 120o-rX°+To oder bei einem Fünfzylindermotor nach α = 2160+X0+T0 die Lücke
(L) noch nicht detektiert wurde.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchführung dieses Verfahrens durch ein Motorsteuergerät erfolgt .
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