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WO2013068367A1 - Verfahren zur zylindererkennung bei einer brennkraftmaschine - Google Patents

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Hong Zhang
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Continental Automotive Gmbh
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    • F02D2200/04—Engine intake system parameters
    • F02D2200/0406—Intake manifold pressure

Definitions

  • the invention relates to a method for cylinder recognition in an internal combustion engine and to a control unit.
  • the fuel injection and the ignition for all the cylinders must take place at respectively predetermined piston positions and rotational angles of the crankshaft of the internal combustion engine, i. at the times when each piston of the cylinder occupies a respective predetermined position with respect to the top dead center (TDC). This is particularly important when starting the internal combustion engine in order to decide in which cylinder the first injection must be made.
  • TDC top dead center
  • the object of the invention is to provide a method and a control unit with which cylinder recognition in an internal combustion engine can be made possible without the use of a camshaft sensor.
  • 1 is a schematic representation of an internal combustion engine with an electronic control unit
  • Fig. 2 is a schematic representation of a cylinder of a
  • Fig. 3 is a schematic representation of a hydraulic
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an internal combustion engine 1 with four cylinders I, II, III, IV, with a crankshaft 3, the rotational movements of which are detected by a crankshaft sensor 4.
  • the crankshaft 3 has a corresponding mark, which is detected by means of the crankshaft sensor 4 and can be determined by its position when the piston of the first and the piston of the third cylinder I, III are in a top dead center.
  • the crankshaft sensor 4 is connected to a control unit 5 in connection.
  • the control unit 5 is in each case in communication with valve drives of the intake valves of the cylinders.
  • the position of the inlet valves can be adjusted via the valve drive variable and preferably independent of the position of a camshaft.
  • the exhaust valves can be controlled via a camshaft.
  • the control unit 5 is designed to control a fuel injection and the valve drives of the intake valves depending on parameters of the internal combustion engine and a driver's request.
  • the firing order of the individual cylinders is fixed, wherein in the described four-cylinder four-stroke engine, for example, the ignition in the order cylinder I - cylinder III - cylinder IV - cylinder II takes place.
  • An engine cycle extends over two full crankshaft revolutions of 720 ° crankshaft angle. Without a camshaft sensor alone can not be clearly determined due to the position of the crankshaft, whether the piston of the first cylinder I at top dead center of the ignition (ZOT) or at top dead center of air exchange (LWOT).
  • ZOT top dead center of the ignition
  • LWOT top dead center of air exchange
  • the individual cylinders go through the four work cycles of an engine cycle: compression, combustion, exhaust and suction.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a cylinder of the internal combustion engine 1 which has an inlet valve 10 and an outlet valve 11.
  • the intake valve 10 connects an intake tract 13 with a cylinder chamber 15.
  • the exhaust valve 11 connects the cylinder chamber 15 with an exhaust gas tract 14
  • Cylinder space is a piston 16 movably mounted and connected via a connecting rod 17 with the crankshaft 18.
  • the intake valve 10 is movable via a valve drive 19 regardless of a position of a camshaft.
  • the valve drive 19 is connected via a control line 26 to the control unit 5 in
  • the cylinder has a spark plug 6.
  • an injection valve 7 is provided to inject fuel into the cylinder.
  • the control unit 5 detects by the crankshaft sensor 4, the time at which the piston of the first and the piston of the third cylinder I, III are in the region of top dead center.
  • injectors are provided for the cylinders, which are controlled by the control unit.
  • FIG. 3 shows, in a schematic representation, the valve drive 19, which has a camshaft 21 with a cam 22.
  • the camshaft 21 is associated with a pump 23.
  • the pump 23 is filled with a hydraulic fluid and has a hydraulic line 24, which is in operative connection with the inlet valve 10.
  • a valve 25 is connected to the line 24, which is connected via a second control line 27 to the control unit 5.
  • the valve drive 19 functions in such a way that, in the intake stroke of the cylinder, the cam 22 actuates the pump 23 and generates an increased pressure in the line 24.
  • the pump 23 is connected via a feed line 29 to a liquid reservoir via which hydraulic fluid is sucked in for compression.
  • valve 25 controls a connection between the conduit 24 and a drain 28 which is connected to the liquid reservoir. Is the valve 25 closed, the inlet valve 10 is moved from a closed position to an open position via the pressure in the line 24.
  • the inlet valve 10 is biased, for example via a spring in the closed position.
  • the pressure in the conduit 24 can be influenced and thereby controlled the opening process of the intake valve 10, in particular prevented.
  • the opening operation of the intake valve 10 can be varied only in an intake stroke to which the cam 22 of the camshaft 21 presses on the pump 23. Thus, an opening of the
  • Inlet valve 10 only possible in an intake stroke of the respective cylinder.
  • the system for driving an intake valve described in Fig. 3 is known under the brand Uni-Air by FIAT. Instead of the hydraulic power transmission from the camshaft to the intake valve, any other type of power transmission can be used.
  • the control unit 5 recognizes that the pistons of the first and third cylinders I, III are at top dead center , the first cylinder is connected to the intake tract 13 via an opening of the intake valve 10.
  • a pressure sensor 20 is provided, which is connected to the control unit 5.
  • the pressure in the intake tract 13 is detected by the pressure sensor 20 and evaluated by the control unit 5. If the control unit 5 detects that the pressure in the intake tract 13 drops below a predetermined reference pressure, it is recognized that the first cylinder I is in the intake stroke and draws in air.
  • the reference pressure corresponds to a pressure in the intake tract 13 without opening the cylinder I.
  • the control unit 5 recognizes that the first cylinder I in FIG Combustion cycle is located. This automatically means made sure that the third cylinder III is in the intake stroke. If the pressure does not drop, then the first cylinder I is in the combustion cycle and the third cylinder III is in the intake stroke.
  • a unique detection of the phase of the cylinder is possible without a camshaft sensor.
  • the phases of the further cylinders are fixed with respect to the phase of the first cylinder and thus known.
  • the described method offers the possibility, in the case of a variable valve drive, which is dependent on the rotational position of the camshaft, of clearly recognizing the position of the crankshaft, which cylinder is in an intake stroke or in a combustion stroke.
  • the method can also be applied to the cylinders II, IV in an analogous manner.
  • the injection and ignition can be synchronized according to the control unit.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Steuergerät zur Zylinderkennung bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern, wobei jeder Zylinder wenigstens ein Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil aufweist. Der Ventilantrieb des Einlassventils ist zeitlich variabel ausgebildet, wobei der Ventilantrieb von einer Nockenwelle während einer Ansaugphase des Zylinders aktiviert wird. Anhand eines Sensors wird ein Drehwinkel der Kurbelwelle erfasst, bei dem sich zwei der mehreren Kolben der Zylinder in einem oberen Totpunkt befinden. Anschließend wird mithilfe des variablen Ventilantriebes das Einlassventil eines der zwei Zylinder geöffnet wird. Anschließend wird ein Druck in dem Ansaugtrakt erfasst, wobei anhand des Drucks erkannt wird, ob sich der Zylinder im Verbrennungstakt oder im Ansaugtakt befindet.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Zylindererkennung bei einer Brennkraftmaschine Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zylinderkennung bei einer Brennkraftmaschine und ein Steuergerät.
Für den ordnungsgemäßen Betrieb einer Mehrzylinder-Brennkraft- maschine müssen die Kraftstoffeinspritzung und die Zündung für alle Zylinder bei jeweils vorbestimmten Kolbenlagen bzw. Rotationswinkeln der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine stattfinden, d.h. zu den Zeitpunkten, zu denen jeder Kolben der Zylinder eine jeweils vorbestimmte Lage in Bezug auf den oberen Totpunkt (OT) einnimmt. Dies ist insbesondere beim Start der Brennkraftmaschine wichtig, um entscheiden zu können, in welchen Zylinder die erste Einspritzung erfolgen muss.
Dieser Vorgang wird im Folgenden mit dem Begriff „Zylindererkennung" bezeichnet.
Aus der EP 0640762 AI ist ein Verfahren zur Synchronisation einer Mehrzylinderbrennkraftmaschine durch die Detektion eines gezielten Verbrennungsaussetzers bekannt, wobei kein Nockenwellensensor verwendet wird.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren und ein Steuergerät bereitzustellen, mit dem die Zylindererkennung in einer Brennkraftmaschine ohne Verwendung eines Nockenwellensensors ermöglicht werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und durch das Steuergerät gemäß Patentanspruch 5 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert . Es zeigen :
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem elektronischen Steuergerät,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Zylinders einer
Brennkraftmaschine, und
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines hydraulischen
Ventilantriebes.
Figur 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Brennkraftmaschine 1 mit vier Zylindern I, II, III, IV, mit einer Kurbelwelle 3, deren Drehbewegungen von einem Kurbelwellensensor 4 erfasst werden. Die Kurbelwelle 3 weist eine entsprechende Markierung auf, die mithilfe des Kurbelwellensensors 4 erfasst wird und anhand deren Position festgestellt werden kann, wann der Kolben des ersten und der Kolben des dritten Zylinders I, III sich in einem oberen Totpunkt befinden. Der Kurbelwellensensor 4 steht mit einem Steuergerät 5 in Verbindung. Das Steuergerät 5 steht jeweils mit Ventilantrieben der Einlassventile der Zylinder in Verbindung. Die Stellung der Einlassventile kann über den Ventilantrieb variabel und vorzugsweise unabhängig von der Position einer Nockenwelle eingestellt werden. Abhängig von der gewählten Ausführungsform können die Auslassventile über eine Nockenwelle angesteuert werden. Das Steuergerät 5 ist ausgebildet, um eine Kraftstoffeinspritzung und die Ventilantriebe der Einlassventile abhängig von Parametern der Brennkraftmaschine und einem Fahrerwunsch anzusteuern.
Die Zündreihenfolge der einzelnen Zylinder ist festgelegt, wobei bei dem beschriebenen Vierzylinder-Viertaktmotor beispielsweise die Zündung in der Reihenfolge Zylinder I - Zylinder III - Zylinder IV - Zylinder II erfolgt. Ein Motorzyklus erstreckt sich über zwei ganze Kurbelwellenumdrehungen von 720° Kurbelwellenwinkel. Ohne einen Nockenwellensensor kann aufgrund der Lage der Kurbelwelle allein nicht eindeutig festgelegt werden, ob sich der Kolben des ersten Zylinders I im oberen Totpunkt der Zündung (ZOT) oder im oberen Totpunkt des Luftwechsels (LWOT) befindet. Analog ist die Situation beim dritten Zylinder III. Die einzelnen Zylinder durchlaufen die vier Arbeitstakte eines Motorzyklus: Verdichten, Verbrennen, Ausstoßen und Ansaugen.
Figur 2 zeigt in einer schematischen Darstellung einen Zylinder der Brennkraftmaschine 1, der über ein Einlassventil 10 und ein Auslassventil 11 verfügt. Das Einlassventil 10 verbindet einen Ansaugtrakt 13 mit einem Zylinderraum 15. Das Auslassventil 11 verbindet den Zylinderraum 15 mit einem Abgastrakt 14. Im
Zylinderraum ist ein Kolben 16 beweglich gelagert und über eine Pleuelstange 17 mit der Kurbelwelle 18 verbunden. Das Einlassventil 10 ist über einen Ventilantrieb 19 unabhängig von einer Position einer Nockenwelle bewegbar. Der Ventilantrieb 19 steht über eine Steuerleitung 26 mit dem Steuergerät 5 in
Verbindung. Der Zylinder verfügt über eine Zündkerze 6. Zudem ist ein Einspritzventil 7 vorgesehen, um Kraftstoff in den Zylinder einzuspritzen. Das Steuergerät 5 erfasst durch den Kurbelwellensensor 4, den Zeitpunkt zu dem sich der Kolben des ersten und der Kolben des dritten Zylinders I, III im Bereich des oberen Totpunktes befinden. Zudem sind für die Zylinder Einspritzventile vorgesehen, die vom Steuergerät angesteuert werden.
Figur 3 zeigt in einer schematischen Darstellung den Ventil- antrieb 19, der eine Nockenwelle 21 mit einem Nocken 22 aufweist. Die Nockenwelle 21 ist einer Pumpe 23 zugeordnet. Die Pumpe 23 ist mit einer hydraulischen Flüssigkeit gefüllt und weist eine hydraulische Leitung 24 auf, die in Wirkverbindung mit dem Einlassventil 10 steht . Weiterhin ist an die Leitung 24 ein Ventil 25 angeschlossen, das über eine zweite Steuerleitung 27 mit dem Steuergerät 5 verbunden ist. Der Ventilantrieb 19 funktioniert in der Weise, dass im Ansaugtakt des Zylinders der Nocken 22 die Pumpe 23 betätigt und einen erhöhten Druck in der Leitung 24 erzeugt. Die Pumpe 23 ist über eine Zuleitung 29 mit einem Flüssigkeitsreservoir verbunden über das Hydraulikflüssigkeit zum Verdichten angesaugt wird. Zudem steuert das Ventil 25 eine Verbindung zwischen der Leitung 24 und einem Ablauf 28, der mit dem Flüssigkeitsreservoir verbunden ist. Ist das Ventil 25 geschlossen, so wird über den Druck in der Leitung 24 das Einlassventil 10 von einer Schließposition in eine Offenposition bewegt. Das Einlassventil 10 ist beispielsweise über eine Feder in die Schließposition vorgespannt. Durch die entsprechende Ansteuerung des Ventils 25 kann der Druck in der Leitung 24 beeinflusst werden und dadurch der Öffnungsvorgang des Einlassventils 10 gesteuert, insbesondere unterbunden werden. Jedoch kann der Öffnungsvorgangs des Einlassventils 10 nur in einem Ansaugtakt, zu dem die Nocke 22 der Nockenwelle 21 auf die Pumpe 23 drückt, variiert werden. Somit ist ein Öffnen des
Einlassventils 10 nur in einem Ansaugtakt des jeweiligen Zylinders möglich. Das in Fig. 3 beschriebene System zum Ansteuern eines Einlassventils ist unter der Marke Uni-Air von der Firma FIAT bekannt. Anstelle der hydraulischen Kraftübertragung von der Nockenwelle auf das Einlassventil kann auch jede andere Art von Kraftübertragung verwendet werden.
Für eine eindeutige Bestimmung, ob der Kolben des ersten oder der Kolben des dritten Zylinders I, III sich oberen Totpunkt der Zündung befindet, wird vom Steuergerät 5 nach Erkennen, dass sich der Kolben des ersten und des dritten Zylinders I, III im oberen Totpunkt befinden, der erste Zylinder über ein Öffnen des Einlassventils 10 mit dem Ansaugtrakt 13 verbunden. Im Ansaugtrakt 13 ist ein Drucksensor 20 vorgesehen, der mit dem Steuergerät 5 verbunden ist. Nach dem Öffnen des Einlassventils 10 des ersten Zylinders I wird der Druck im Ansaugtrakt 13 durch den Drucksensor 20 erfasst und vom Steuergerät 5 ausgewertet. Erkennt das Steuergerät 5, dass der Druck im Ansaugtrakt 13 unter einen vorgegebenen Referenzdruck sinkt, so wird erkannt, dass sich der erste Zylinder I im Ansaugtakt befindet und Luft ansaugt . Der Referenzdruck entspricht einem Druck im Ansaugtrakt 13 ohne Öffnen des Zylinders I. Wird jedoch vom Steuergerät 5 erkannt, dass sich der Druck im Ansaugtrakt 13 trotz Öffnens des Einlassventils 10 nicht senkt, so wird vom Steuergerät 5 erkannt, dass sich der erste Zylinder I im Verbrennungstakt befindet. Damit ist automatisch si- chergestellt, dass sich der dritte Zylinder III im Ansaugtakt befindet. Sinkt der Druck nicht, dann befindet sich der erste Zylinder I im Verbrennungstakt und der dritte Zylinder III befindet sich im Ansaugtakt . Somit ist eine eindeutige Erkennung der Phase der Zylinder ohne einen Nockenwellensensor möglich. Die Phasen der weiteren Zylinder sind im Bezug auf die Phase des ersten Zylinders festgelegt und damit bekannt.
Das beschriebene Verfahren bietet die Möglichkeit, bei einem variablen Ventilantrieb, der abhängig von der Drehposition der Nockenwelle ist, eindeutig bei Berücksichtigung der Position der Kurbelwelle erfasst werden kann, welcher Zylinder sich in einem Ansaugtakt oder in einem Verbrennungstakt befindet. Anstelle der Zylinder I, III kann das Verfahren auch auf die Zylinder II, IV in analoger Weise angewendet werden.
Nach der Erkennung der Phasen des Zylinders kann die Einspritzung und Zündung entsprechend vom Steuergerät synchronisiert werden.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Zylindererkennung bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Zylindern mit Kolben, wobei die Kolben über eine Kurbelwelle miteinander verbunden sind, wobei jeder Zylinder wenigstens ein Einlassventil und wenigstens ein Auslassventil aufweist, wobei das Einlassventil zwischen einem Ansaugtrakt und dem Zylinder angeordnet ist, wobei das Auslassventil zwischen einem Abgastrakt und dem Zylinder angeordnet ist, wobei das Einlassventil und das Auslassventil von einem Ventilantrieb betätigt werden, wobei der Ventilantrieb des Einlassventils zeitlich variabel ausgebildet ist, wobei der Ventilantrieb von einer Nockenwelle während einer Ansaugphase des Zylinders aktiviert wird, wobei anhand eines Sensors ein Drehwinkel der Kurbelwelle erfasst wird, bei dem sich zwei der mehreren Kolben der Zylinder in einem oberen Totpunkt befinden, wobei anschließend der variable Ventilantrieb zum Öffnen des Einlassventils eines der zwei Zylinder angesteuert wird, wobei anschließend ein Druck in dem Ansaugtrakt erfasst wird, wobei anhand des Drucks erkannt wird, ob sich der Zylinder im Verbrennungstakt oder im Ansaugtakt befindet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Druckabfall im Ansaugtrakt der Zylinder, dessen Ventilantrieb angesteuert wurde als im Ansaugtakt befindlich erkannt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem unveränderten Druck im Ansaugtrakt der Zylinder der zwei Zylinder als im Ansaugtakt befindlich erkannt wird, dessen Ventilantrieb nicht angesteuert wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei als Ventilantrieb für die Einlassventile hydraulische Pumpen vorgesehen sind, die von einer Nockenwelle angetrieben werden, wobei Ventile vorgesehen sind, die die Pumpe mit einem Ablauf verbinden und dadurch einen Druckaufbau durch die jeweilige Pumpe steuern, wobei abhängig vom aufgebauten Druck das jeweilige Einlassventil öffnet oder schließt .
Steuergerät, das ausgebildet ist, um ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchzuführen.
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