DE69712771T2

DE69712771T2 - Synchronisationsverfahren für das elektronische regelsystem einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE69712771T2
Application number: DE69712771T
Authority: DE
Inventors: Yves-Marie Boyard; Bernard Givois; Eric Gosselin
Original assignee: Renault SA
Current assignee: Renault SA
Priority date: 1996-10-18
Filing date: 1997-10-17
Publication date: 2002-11-28
Anticipated expiration: 2017-10-18
Also published as: EP0932751A1; EP0932751B1; FR2754852A1; FR2754852B1; WO1998017904A1; ES2174232T3; AU4871697A; DE69712771D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Synchronisierung des elektronischen Systems zur Steuerung eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors mit vier Takten und elektrohischer Mehrpunkt-Kraftstoffeinspritzung.
Die Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren, das in der Lage ist, ein Synchronisierungssignal zu erzeugen, das es ermöglicht, den Ablauf des Betriebszyklus (Aufeinanderfolge der verschiedenen Motortakte) in jedem der Zylinder des Motors zu verfolgen, wobei dieses Synchronisierungssignal das Erkennen eines vorbestimmten Zeitpunkts im Ablauf des Zyklus, wie z. B. des Übergangs zum oberen Totpunkt Ansaugung, oder zum unteren Totpunkt Ansaugung ermöglicht.
Um den Betrieb von Verbrennungsmotoren sowohl hinsichtlich Leistung als auch hinsichtlich Schadstoffemissionen zu verbessern, wurden zahlreiche Systeme zum Einspritzen des Kraftstoffs entwickelt. Darunter sind die indirekten Mehrpunkt-Einspritzsysteme mit elektronischer Steuerung zu nennen, wie z. B. das vom Anmelder konzipierte RENIX-System.
pin wichtiges Merkmal der elektronischen Mehrpunkteinspritzung ist sein intermittierender Betrieb, da die Einspritzdüsen periodisch betätigt werden, und zwar mindestens einmal pro Motorzyklus, d. h. im Fall eines Viertaktmotors einmal während zwei Umdrehungen der Kurbelwelle oder 720 Winkelgraden.
Zu den wichtigsten Arten der Öffnung der Einspritzdüsen gehört die sequentielle Betätigung, die darin besteht, die Einspritzung des Kraftstoffs vorzunehmen, indem die verschiedenen Einspritzdüsen nacheinander und in einer bestimmten Reihenfolge betätigt werden, so dass in jeden Zylinder optimal in Bezug auf die entsprechende Ansaugphase eingespritzt wird. Die sequentielle Einspritzung ist vorzugsweise so gephast, dass die Öffnung jeder Einspritzdüse vor der Öffnung des Ansaugventils des entsprechenden Zylinders beendet ist, eine Öffnung, die genau vor dem Übergang zum oberen Totpunkt Ansaugung des entsprechenden Zylinders beginnt.
Die Systeme, die eine elektronische Mehrpunkteinspritzung vom sequentiellen, gephasten Typ ermöglichen, weisen jedoch den Nachteil auf, dass sie im Vergleich zu einer herkömmlichen elektronischen Einspritzanlage vom Typ "Full Group", bei der alle Einspritzdüsen gleichzeitig betätigt werden, erhebliche Mehrkosten verursacht.
Derartige Einspritzsysteme müssen nämlich über Mittel zum sehr genauen Erkennen des Ablaufs des Motorzyklus in jedem der Zylinder verfügen, um der elektronischen Zentrale zur Steuerung des Motors zu ermöglichen, den Durchfluss jeder Einspritzdüse zu einem vorbestimmten, geeigneten Zeitpunkt außerhalb des Zeitraums der Öffnung des entsprechenden Ventils zu berechnen und zu steuern.
Wie dies in der französischen Patentanmeldung FR-A- 2.441.829 bekanntgemacht ist, ist es gebräuchlich, auf einer fest mit der Kurbelwelle verbundenen Scheibe (oder Platte) die Bereiche der Winkelposition zu kennzeichnen, die einer bestimmten Phase des Hubs der verschiedenen Kolben entspricht. Die Scheibe weist Markierungselemente auf, die entlang ihres Umfangs angeordnet sind, wie z. B. Zähne mit unterschiedlicher Länge, und die beim Vorbeilaufen an einem fixen Empfangsorgan elektrische Impulse erzeugen, die es ermöglichen, ein Signal zu erzeugen, das den Übergang zur Position des oberen Totpunkts eines bestimmten Kolbens anzeigt.
Eine derartige Erkennungsvorrichtung erweist sich jedoch als unzureichend für die Steuerung einer gephasten sequentiellen Einspritzung. Bei einem Viertakt-Verbrennungsmotor führt die Kurbelwelle nämlich zwei vollständige Umdrehungen (oder 720 Winkelgrade) aus, bevor sich ein gegebener Kolben wieder in der gleichen Betriebsposition im Motorzyklus befindet. Daraus ergibt sich, dass es nur durch bloße Beobachtung der Drehung der fest mit der Kurbelwelle verbundenen Scheibe a priori nicht möglich ist, eine Information über jeden Zylinder ohne eine Unbestimmtheit bezüglich zweier Motortakte im Zyklus zu liefern (da die Erkennung der Position oberer Totpunkt sowohl für die Ansaugphase als auch für die Expansionsphase gilt).
Da die genaue Bestimmung der Position jedes Zylinders im Zyklus, auch Unverwechselbarmachung des Zylinders genannt, durch bloße Beobachtung der Position der Kurbelwelle nicht möglich ist, ist es somit notwendig, nach zusätzlichen Informationen zu suchen, um zu wissen, ob sich der Zylinder in der ersten oder in der zweiten Hälfte des Motorzyklus befindet (Ansaug- und anschließend Verdichtungsphase während der ersten Umdrehung der Kurbelwelle, Expansions- und anschließend Auspuffphase während der zweiten Umdrehung).
Um derartige zusätzliche Informationen zu erhalten, werden herkömmlicherweise Markierungselemente verwendet, die von einer Sendescheibe getragen werden, die sich zweimal langsamer als die Kurbelwelle dreht. Zu diesem Zweck kann man diese Sendescheibe an der Nockenwelle oder an der Welle des Zündverteilers anbringen, die unter Zwischenschaltung eines Reduktionsgetriebes 1/2 ausgehend von der Kurbelwelle angetrieben wird.
Herkömmlicherweise ist somit die Nockenwelle (oder auch die Antriebsscheibe der Nockenwelle) mit einer Platte ausgestattet, die eine Markierung trägt, die mit einem fixen Sensor zusammenarbeitet, um ein Frequenzsignal zu liefern, das während der ersten Hälfte des Zyklus "1" und während der zweiten Hälfte "0" beträgt. Durch diese Kombination der Signale des Kurbelwellensensors und des Nockenwellensensors verfügt das elektronische Steuerungssystem über ein Synchronisierungssignal, das es durch die Identifikation eines vorbestimmten Zeitpunkts des Betriebszyklus in jedem der Zylinder ermöglicht, eine gephaste sequentielle Einspritzung vorzunehmen.
Derartige Systeme zur Bestimmung der Winkelposition, die gleichzeitig einen Kurbelwellensensor und einen Nockenwellensensor verwenden, benötigen relativ viel Platz, sind teuer und schwierig zu montieren. Falls einer der Sensoren nicht mehr funktioniert, d. h. bei beeinträchtigtem Betrieb des Motors, ermöglichen es die herkömmlichen Messsysteme darüber hinaus nicht mehr, ausreichend viele Informationen an das elektronische Motorsteuerungssystem zu liefern, das die Einspritzung steuert, wodurch die Gefahr besteht, dass die letztgenannte nicht ordnungsgemäß abläuft.
Mit der vorliegenden Erfindung ist beabsichtigt, die Nachteile der bekannten Erkennungssysteme zu beseitigen, die zum Betrieb der elektronischen Motorsteuerungssysteme verwendet werden, die eine gephaste sequentielle Einspritzung durchführen, indem sie ein Verfahren zur Synchronisierung des elektronischen Steuerungssystems vorschlägt, das einfach und wirksam ist und das keinerlei speziellen Positionssensor außer jenem benötigt, der dazu dient, die Winkelposition der Kurbelwelle festzustellen.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Synchronisierung des elektronischen Systems zur Steuerung eines Mehrzylinder- Verbrennungsmotors besteht darin, ein Synchronisierungssignal zu erzeugen, das insbesondere zur Phasierung der Einspritzung bestimmt ist und es ermöglicht, einen vorbestimmten Zeitpunkt im Ablauf des Betriebszyklus jedes Zylinders, wie z. B. den Übergang zum oberen Totpunkt Ansaugung (oder den Übergang zum unteren Totpunkt Ansaugung usw.) zu identifizieren.
Dieses erfindungsgemäße Synchronisierungssignal wird von zwei unterschiedlichen Signalen abgeleitet, die von geeigneten Verarbeitungsmitteln erzeugt werden, die insbesondere die Information verwenden, die von einem Winkelpositionssensor geliefert wird, der mit einem Zahnkranz zusammenarbeitet, der von der Kurbelwelle des Motors getragen wird. Das erste Signal liefert eine Schätzung des Niveaus der aufeinanderfolgenden Verbrennungen, die in den Zylindern des Motors ablaufen, und das zweite Signal verfolgt die Bewegung der Kolben, insbesondere ihren Übergang in eine vorbestimmte Position, wie z. B. den oberen Totpunkt.
Gemäß der Erfindung ist das Verfahren zur Synchronisierung des elektronischen Steuerungssystems dadurch gekennzeichnet, dass es folgende Schritte umfasst:
a) Ausarbeitung eines Synchronisierungssignals, das mit dem zweiten Signal gephast ist, das den Übergang der Kolben in eine vorbestimmte Position, wie z. B. zum oberen Totpunkt, markiert, wobei dieses Synchronisierungssignal willkürlich initialisiert ist, so dass die Identifizierung eines vorbestimmten Zeitpunkts im Ablauf des Zyklus jedes Zylinders mit einer Unbestimmtheit bezüglich zweier Takte im Ablauf des Motorzyklus erfolgt;
b) Verfolgung des Betriebs des Motors, und wenn vorbestimmte Bedingungen erfüllt sind;
c) Veränderungen der Steuerparameter des Motors betreffend mindestens zwei gegebene Zylinder, deren Betriebszyklen um zwei Motortakte verschoben sind, wobei diese Veränderung der Steuerparameter geeignete, in die entgegengesetzte Richtung erfolgende Schwankungen des Niveaus der Verbrennung in diesen Zylindern hervorruft;
d) Berechnung für die von den Veränderungen des Schrittes c) betroffenen Zylinder einer algebraischen Größe, die für die Schwankungen der Verbrennungsniveaus repräsentativ ist, wobei die Zuweisung der Werte, die den Verbrennungsniveaus entsprechen und vom ersten Signal abgeleitet werden, zu jedem der Zylinder erfolgt, indem das genannte Synchronisierungssignal verwendet wird, wie es im Schritt a) definiert wurde;
e) ausgehend vom Vorzeichen der algebraischen Größe, die für die Schwankungen der Verbrennungsniveaus zwischen den Zylindern repräsentativ ist, Ableitung der Richtigkeit des Synchronisierungssignals und Korrektur des Signals, wenn sich die im Schritt a) willkürlich erfolgte Initialisierung als falsch erweist.
Gemäß der Erfindung basiert das Verfahren zur Ausarbeitung eines Synchronisierungssignals auf dem Prinzip der Aktion und der Reaktion.
Die Aktion besteht darin, geeignete Veränderungen an den Steuerparametern des Motors vorzunehmen, um Schwankungen des Verbrennungsniveaus in zwei Zylindern, deren Zyklen um 360º Kurbelwellenumdrehung (oder zwei Motortakte) verschoben sind, in die umgekehrte Richtung zu erzeugen.
Die Reaktion des Motors auf diese Veränderungen der Steuerparameter äußert sich durch entsprechende Änderungen des Verbrennungsniveaus, die zum Beispiel durch Abfälle und Anstiege des Antriebsmoments (oder durch Schwankungen der momentanen Drehzahl oder des Ansaugdrucks) in Abhängigkeit vom Betriebsmodus des Motors erkannt werden können.
Es genügt daher, zu jedem der betroffenen Zylinder die gemessenen Momentwerte in Entsprechung zu bringen, indem man ein willkürlich definiertes Synchronisierungssignal verwendet, und vom Vorzeichen der Differenz zwischen den Verbrennungsniveaus dieser Zylinder abzuleiten, ob dieses willkürlich definierte Synchronisierungssignal korrekt ist oder nicht, und es, wenn es falsch ist, korrigiert.
D. h. wenn die Aktion zum Beispiel (bei einem Motor mit vier Zylindern in Reihe) darin besteht, den Zylinder Nr. 1 anzureichern und den Zylinder Nr. 4 abzumagern, muss man, wobei alles andere gleich bleibt, beobachten, dass die neuen Momentwerte des Zylinders Nr. 1 höher sind als die neuen Momentwerte des Zylinders Nr. 4. Daraus ergibt sich, dass, wenn die dem Zylinder Nr. 1 zugewiesenen Momentwerte tatsächlich höher als die dem Zylinder Nr. 4 zugewiesenen Momentwerte sind, das Synchronisierungssignal korrekt gephast ist, obwohl es willkürlich initialisiert wurde. Wenn hingegen die neuen Momentwerte, die dem Zylinder Nr. 1 zugewiesen wurden, niedriger als die neuen Momentwerte sind, die dem Zylinder Nr. 4 zugewiesen wurden, so ist das verwendete Synchronisierungssignal nicht korrekt gephast, wobei es nun einfach ist, es zu korrigieren, indem man es um zwei Motorphasen phasenverschiebt.
Gemäß einem anderen Merkmal des erfindungsgemäßen Synchronisierungsverfahrens besteht die in Schritt d) vorgesehene Berechnung darin, die Verbrennungsniveaus positiv zu zählen, die den Zylindern entsprechen, bei denen die Veränderungen der Steuerparameter eine Erhöhung der Verbrennungsniveaus herbeiführen müssen, und die Verbrennungsniveaus negativ zu zählen, die den Zylindern entsprechen, bei denen die Veränderungen der Steuerparameter eine Verringerung der Verbrennungsniveaus herbeiführen müssen.
Gemäß einem anderen Merkmal des erfindungsgemäßen Synchronisierungsverfahrens wird die in Schritt d) vorgesehene Berechnung der Größe, die für die Schwankungen der Verbrennungsniveaus der betroffenen Zylinder repräsentativ ist, durchgeführt, indem eine gegebene Anzahl von Motorzyklen berücksichtigt wird.
Die Verteilung der Aktion auf mehrere Motorzyklen ermöglicht es in der Folge, die Amplitude der Schwankungen des Verbrennungsniveaus zu begrenzen und somit den Ablauf des Synchronisierungsverfahrens für den Lenker unerkennbar zu machen (kein ruckweises Laufen des Motors). Diese Anzahl der Zyklen, die konstant sein kann oder aber vom Motorbetriebspunkt abhängen kann, wird daher so festgelegt, dass die Schwankungen der Verbrennungsniveaus begrenzt werden und gleichzeitig eine rasche Anwendung des Verfahrens möglich wird.
Gemäß einem anderen Merkmal des erfindungsgemäßen Synchronisierungsverfahrens werden die in Schritt b) verlangten vorbestimmten Bedingungen zur Durchführung der Veränderung der Steuerparameter so angepasst, dass die Schwankungen der Verbrennungsniveaus für den Lenker nicht merkbar sind, wobei diese Bedingungen zum Beispiel der Wert des Übersetzungsverhältnisses und/oder das Halten der Motordrehzahl oder des Ansaugdrucks in vorbestimmten Bereichen von Werten sind.
Gemäß einem anderen Merkmal des erfindungsgemäßen Synchronisierungsverfahrens umfassen die in Schritt b) verlangten vorbestimmten Bedingungen zur Durchführung der Veränderung der Steuerparameter stabile Bedingungen bei allen oder einem Teil der Parameter, die auf das Verbrennungsniveau des Motors einwirken, wie z. B. Motordrehzahl, Vorzündung oder Ansaugdruck, oder auch einen stabilen Zustand der vom Motor angetriebenen Nebenorgane.
Gemäß einem anderen Merkmal des erfindungsgemäßen Synchronisierungsverfahrens bestehen die in Schritt c) vorgesehenen Veränderungen der Steuerparameter in Veränderungen der Kraftstoffmengen, die in die betroffenen Zylinder eingespritzt werden.
Die Veränderungen der in die Zylinder eingespritzten Kraftstoffmengen können ausgeführt werden, indem in den Formeln zur Berechnung der Einspritzzeit ein korrigierender Multiplikationskoeffizient angewendet wird, der in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors in einer Tabelle verzeichnet ist, wobei der genannte Koeffizient für den einen Zylinder vorzugsweise zwischen 0,7 und 0,99 und für den anderen zwischen 1,01 und 1,3 beträgt.
Gemäß einem anderen Merkmal des erfindungsgemäßen Synchronisierungsverfahrens werden die Veränderungen der Kraftstoffmengen, die in die betroffenen Zylinder eingespritzt werden, an die Betriebsbedingungen des Motors und insbesondere an den Ansaugluftdruck angepasst, um eine Schwankung des Verbrennungsniveaus in den Zylindern zu erzeugen, die annähernd identisch ist, gleich, wie der Betriebspunkt des Motors ist.
Gemäß einem anderen Merkmal des erfindungsgemäßen Synchronisierungsverfahrens verwendet das erste Signal, das es ermöglicht, das Niveau der Verbrennungen in jedem Zylinder zu verfolgen, eine Größe, die repräsentativ für das Antriebsmoment ist, das durch jede der Verbrennungen des Motors erzeugt wird.
Gemäß einem anderen Merkmal des erfindungsgemäßen Synchronisierungsverfahrens besteht die in Schritt d) vorgesehene Berechnung darin, die Verbrennungsniveaus nach einer geeigneten Verzögerungszeit nach den in Schritt c) erfolgten Änderungen der Steuerparameter zu zählen.
Gemäß einem anderen Merkmal des erfindungsgemäßen Synchronisierungsverfahrens werden die in Schritt c) vorgesehenen Veränderungen der Parameter zur Steuerung des Motors so angepasst, dass mindestens eine zyklische Schwankung der Verbrennungsniveaus in jedem der betroffenen Zylinder erzeugt wird, wobei jeder Zyklus zusammengesetzt ist aus einer ersten Periode, während der das Niveau der Verbrennungen in einem Zylinder verbessert und in dem anderen verschlechtert wird, und einer zweiten Periode von gleicher Dauer wie die erste Periode, während der diese Schwankungen umgekehrt werden, wobei annähernd die gleichen Amplituden beibehalten werden.
Der Schritt d) besteht somit:
für die Zylinder, die von den Veränderungen des Schritts c) betroffen sind, in einer Berechnung einer algebraischen Größe, die für die Schwankungen der Verbrennungsniveaus für die Gesamtheit der beiden Perioden repräsentativ ist, wobei die Zuweisung der Werte, die den Verbrennungsniveaus entsprechen und vom ersten Signal abgeleitet sind, zu jedem der Zylinder erfolgt, indem das Synchronisierungssignal verwendet wird, so wie es in Schritt a) definiert wurde.
Diese an jedem der beiden betroffenen Zylinder erfolgte Umkehrung der Aktion ermöglicht es, sich gänzlich vom durchschnittlichen Verbrennungsniveau dieser Zylinder freizumachen, da man nur mehr die Differenz zwischen dem "oberen" und dem "unteren" Niveau der Verbrennungen berücksichtigt. Dies ermöglicht es somit, sich von den Differenzen des Verbrennungsniveaus zwischen den Zylindern freizumachen, die insbesondere mit der Alterung des Motors erhebliche Werte annehmen können und die Strategie zur Unverwechselbarmachung des Zylinders in Frage stellen könnten.
Gemäß einem anderen Merkmal des erfindungsgemäßen Synchronisierungsverfahrens werden die in Schritt c) vorgesehenen Veränderungen der Steuerparameter an mehreren Gruppen von zwei Zylindern (Nr. 1, Nr. 4; Nr. 2, Nr. 3), die um zwei Motortakte verschoben sind, auf gleichartige Weise ausgeführt.
Je höher die Zahl der Zylinderpaare ist, an denen man die Veränderungen der Verbrennungsniveaus in umgekehrter Richtung ausführt, desto mehr ist man in der Lage, eine Differenz zu erhalten, deren Vorzeichen rasch signifikant wird, was es somit ermöglicht, die Zeit für die Ausführung des Synchronisierungsverfahrens zu verkürzen.
Die Ziele, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden besser verständlich anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung, die in einem Viertaktmotor mit vier Zylindern angewendet werden, wobei diese Ausführungsformen als nicht erschöpfende Beispiele gegeben werden und wobei insbesondere auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht der Motorsteuerungsvorrichtung ist, in die das erfindungsgemäße Verfahren integriert ist;
Fig. 2 die verschiedenen Chronogramme darstellt, die das erfindungsgemäße Verfahren charakterisieren.
In Fig. 1 sieht man auf vereinfachte Weise dargestellt die Konfiguration eines elektronischen Systems zur Steuerung eines Verbrennungsmotors, bei dem das erfindungsgemäße Synchronisierungsverfahren eingesetzt wird. Nur die für das Verständnis der Erfindung notwendigen Bestandteile wurden dargestellt.
Der mit 1 bezeichnete Verbrennnungsmotor ist insbesondere dazu bestimmt, in ein Kraftfahrzeug oder Straßenfahrzeug eingebaut zu werden. Dieser Motor mit vier Zylindern in Reihe und mit vier Takten ist mit einer Kraftstoffeinspritzvorrichtung vom Mehrpunkttyp mit elektronischer Steuerung ausgestattet, durch die jeder Zylinder ausgehend von einer spezifischen Elektro-Einspritzdüse 5 mit Kraftstoff versorgt wird.
Die Öffnung jeder Elektro-Einspritzdüse 5 wird durch das elektronische Steuersystem 7, auch Einspritzrechner genannt, gesteuert. Der Einspritzrechner 7 bestimmt die eingespritzte Kraftstoffmenge und den Zeitpunkt der Einspritzung im Zyklus in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors auf der Basis von geeigneten und bekannten Strategien, wie zum Beispiel die Koppelung des Mischungsverhältnisses des in die Zylinder eingelassenen, brennbaren Luft-Kraftstoff-Gemisches an einen vorbestimmten Sollwert.
Der Einspritzrechner 7 umfasst herkömmlicherweise einen Mikroprozessor (CPU), Schreib-Lese-Speicher (RAM), Lesespeicher (ROM), sowie Analog-Digital-Konverter (A/D) und verschiedene Eingangs- und Ausgangsschnittstellen.
Der Mikroprozessor umfasst geeignete elektronische Schaltkreise und Softwareprogramme zur Verarbeitung der von entsprechenden Sensoren stammenden Signale, zur Bestimmung der Zustände des Motors und zur Ausführung der vordefinierten Vorgänge, um auf der Basis der geeigneten, eingesetzten Strategien Steuersignale zu erzeugen, die insbesondere für die Einspritzdüsen (und für die Zündspulen im Fall eines Motors mit Fremdzündung) bestimmt sind.
Der Einspritzrechner 7 ist insbesondere für die Durchführung einer indirekten Kraftstoffeinspritzung vom gephasten, sequentiellen Typ geeignet, die darin besteht, jede Einspritzdüse 5 getrennt auszulösen, so dass die Kraftstoffeinspritzung vor der Öffnung des entsprechenden Einspritzventils bzw. der entsprechenden Einlassventile beendet ist.
Unter den Eingangssignalen des Mikroprozessors gibt es insbesondere jene, die von einem Kurbelwellensensor 22 gesendet werden. Dieser Sensor 22, zum Beispiel mit variabler Reluktanz, ist fix am Gehäuse des Motors montiert, und zwar derart, dass er vor einem Messkranz 12 angeordnet ist, der fest mit dem Schwungrad verbunden ist, das an einem Ende der Kurbelwelle befestigt ist. Dieser Messkranz 12 ist an seinem Umfang mit einer Aufeinanderfolge von Zähnen und Lücken ausgestattet, die mit Ausnahme eines Zahnes identisch sind, der weggelassen wurde, um eine absolute Markierung zu definieren, die es ermöglicht, den Zeitpunkt des Übergangs eines gegebenen Referenzzylinders, im vorliegenden Fall des Zylinders Nr. 1, zum oberen Totpunkt abzuleiten.
Der Sensor 22 liefert somit ein Signal Dn, das dem Vorbeilaufen der Zähne des Kranzes 12 entspricht. Dieses Signal Dn ermöglicht es nach Verarbeitung durch geeignete Rechenmittel, ein Signal PMH zu erzeugen, das bei jeder halben Umdrehung der Kurbelwelle den gleichzeitigen Übergang der Kolben der Zylinder Nr. 1 und Nr. 4 zum oberen Totpunkt und abwechselnd den gleichzeitigen Übergang der Zylinder Nr. 2 und Nr. 3 zum oberen Totpunkt anzeigt (wobei der Zylinder Nr. 1 zum Beispiel jener Zylinder ist, der dem Kranz 12 am nächsten ist, und so fort).
Es ist anzumerken, dass in dem dargestellten Beispiel eines Motors mit vier Zylindern in Reihe, die eine Zündreihenfolge in der Abfolge 1-3-4-2 aufweisen, die Kolben der Zylinder Nr. 1 und Nr. 4 (bzw. Nr. 2 und Nr. 3) gleichzeitig, aber in verschiedenen Phasen des Motorzyklus, d. h. einer in der Ansaugphase und der andere in der Expansionsphase, in die Position des oberen Totpunkts gelangen.
Die Verarbeitung des Signals Dn, das vom Sensor 22 ausgesendet wurde, ermöglicht es auch, die Geschwindigkeit zu messen, mit der die Zähe des Kranzes 12 vorbeilaufen, und somit die momentane Drehzahl des Motors zu ermitteln. Dieses Signal Dn wird darüber hinaus durch nachfolgend beschriebene Rechenmittel verarbeitet, um ein Signal Cg zur Messung des Antriebsmoments zu bilden, das von jeder Verbrennung erzeugt wird.
Das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Ausarbeitung des Synchronisierungssignals wird anhand von Fig. 2 beschrieben.
Der erste Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, ein Synchronisierungssignal NOCYL zu erzeugen. Dieses Signal NOCYL ist insbesondere dazu geeignet, einen vorbestimmten Zeitpunkt im Ablauf des Motorzyklus festzustellen, der zur Phasierung der Einspritzung in jeden der Zylinder dient, wobei dies in dem dargestellten Beispiel der Übergang zum oberen Totpunkt Ansaugung ist, es könnte aber auch der Übergang zum unteren Totpunkt Ansaugung oder jeder andere Zeitpunkt sein, der zur Phasierung der Einspritzung dienen kann.
Dieses Synchronisierungssignal NOCYL ist mit dem Signal PMH gephast, und es wird willkürlich bei 1 (oder 0) initialisiert, wenn das erste Mal festgestellt wird, dass ein Referenzzylinder, z. B. der Zylinder Nr. 1, zum oberen Totpunkt übergeht, was daher willkürlich als oberer Totpunkt Ansaugung betrachtet wird, dann wird es bei jedem Übergang eines Zylinders zum oberen Totpunkt in der Reihenfolge der Verbrennungen in den Zylindern inkrementiert (Modulo vier).
In Anbetracht der willkürlichen Auswahl bei der Initialisierung des Signals NOCYL sind zwei Fälle möglich:
- Entweder das Signal NOCYL ist korrekt initialisiert, da der obere Totpunkt, der bei der Initialisierung des Signals NOCYL als Bezug diente, tatsächlich einem oberen Totpunkt Ansaugung für den Zylinder 1 entspricht;
- oder das Signal NOCYL ist falsch gephast, da der als Bezug dienende obere Totpunkt einem oberen Totpunkt Expansion für den Zylinder Nr. 1 entspricht (und somit einem oberen Totpunkt Ansaugung für den Zylinder Nr. 4).
Die anderen Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichen es, diese Unbestimmtheit zu beseitigen. Zu diesem Zweck löst man, nachdem der Motor gestartet wurde und seit einer bestimmten Anzahl von Zyklen unter vorbestimmten Bedingungen funktioniert hat, absichtlich eine Veränderung der Steuerparameter des Motors aus, insbesondere eine Veränderung der Menge des in die Zylinder eingespritzten Kraftstoffes (und somit des Mischungsverhältnisses des eingespritzten Kraftstoffgemisches), indem folglich die Einspritzzeit Ti korrigiert wird.
Die durchgeführte Veränderung, die darin besteht, bestimmte Zylinder anzureichern und die anderen abzumagern, ist geeignet, Schwankungen des Momentwerts in entgegengesetzter Richtung zwischen den Zylindern hervorzurufen, die im Zyklus um zwei Motortakte phasenverschoben sind. Es genügt, die Momentwerte den entsprechenden Zylindern zuzuweisen, indem man das vordefinierte Signal NOCYL verwendet, und eine Summenbildung vorzunehmen, um vom Vorzeichen des so erzielten Wertes abzuleiten, ob das Signal NOCYL richtig gephast ist oder nicht.
Die erforderlichen Betriebsbedingungen zur Durchführung der Veränderungen des Mischungsverhältnisses sowie die Amplituden dieser Veränderungen werden so gewählt, dass die Auswirkungen des Verfahrens auf den Betrieb des Motors begrenzt werden und ein Rucken des Fahrzeugs, das vom Fahrer verspürt werden könnte, verhindert wird, wobei gleichzeitig durch die Analyse der Momentwerte, die vom Signal Cg geliefert werden, eine sichere und eindeutige Erkennung möglich ist.
Der zweite Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht somit darin, zu bestimmen, ob die Betriebsbedingungen des Motors die Veränderungen des Mischungsverhältnisses erlauben, die für die Anwendung der Erfindung notwendig sind.
Die Betriebsbedingungen, die erforderlich sind, um die Auswirkungen der Veränderungen des Mischungsverhältnisses auf den Betrieb des Motors zu begrenzen, umfassen insbesondere die Übersetzung, die sich vorzugsweise über einem vorbestimmten Wert befinden muss, sowie die Betriebsparameter des Motors, vor allem den Druck und die Drehzahl, die sich in vorbestimmten Wertebereichen befinden müssen. D. h. je länger die Übersetzung ist, um so weniger spürbare Auswirkungen hat eine Veränderung des Mischungsverhältnisses, da die Trägheit des Fahrzeugs für den Lenker das Rucken des Motors filtert, das durch die plötzliche Veränderung des Mischungsverhältnisses in den Zylindern hervorgerufen wird. Je kürzer hingegen die Übersetzung ist, um so weniger groß ist die Trägheit seitens des Motors.
Es ist daher vorzuziehen, die Änderungen des Mischungsverhältnisses außerhalb der kurzen Übersetzungen, die den ersten Gang oder den Rückwärtsgang bilden, auszuführen. Andererseits hat bei zu geringer (verlangsamter) Drehzahl jede Änderung des Mischungsverhältnisses eine große Auswirkung auf den Betrieb und den Geräuschpegel des Motors, dasselbe gilt auch für den Faktor Ansaugdruck. Dies erfordert die Ausarbeitung von Druck-Drehzahl-Betriebsbereichen, die durch Messungen am Prüfstand an die einzelnen Motortypen angepasst werden und innerhalb derer das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise ausgeführt wird.
Die erforderlichen Betriebsbedingungen müssen auch eine sichere und eindeutige Erkennung der Momentschwankungen ermöglichen, die sich aus den ausgeführten Veränderungen des Mischungsverhältnisses ergeben. Es ist daher notwendig, dass die mittels des Antriebsmomentsignals Cg ermittelten Schwankungen tatsächlich aus den Veränderungen des Mischungsverhältnisses resultieren, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hervorgerufen wurden, und nicht aus einem Rauschen, das das Signal zur Messung des Antriebsmoments Cg beeinträchtigt.
Zu diesem Zweck ist es vorzuziehen, einen stabilen Betrieb des Motors abzuwarten, der definiert ist durch stabile Bedingungen bei den Parametern, die sich direkt auf das Moment auswirken, wie Motordrehzahl, Ansaugdruck bzw. Vorzündung, und dadurch, dass alle Verbraucher von Moment, die durch den Motor angetrieben werden (Klimaanlage, Lenkhilfspumpe, heizbare Windschutzscheibe usw.) im gleichen Zustand gehalten werden.
Das verwendete Stabilitätskriterium kann folgendermaßen definiert werden: Halten der Werte der ausgewählten Parameter innerhalb einer Wertespanne während eines gegebenen Zeitraums. Die Wertespannen können fix sein oder durch Funktionstabellen der von diesen Parametern angenommenen Werte gegeben sein.
Die Amplitude der an den verschiedenen Zylindern vorgenommenen Veränderungen des Mischungsverhältnisses wird ebenfalls in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors angepasst, um die Auswirkungen dieser Veränderungen auf den Betrieb des Motors zu begrenzen und Ruckerscheinungen des Fahrzeugs, die vom Fahrer verspürt werden könnten, zu verhindern, wobei gleichzeitig durch die Analyse des Signals Cg der Veränderungen des daraus resultierenden Moments eine sichere und eindeutige Erkennung möglich wird.
Wenn die für das erfindungsgemäße Verfahren notwendigen Betriebsbedingungen erreicht sind, wird der dritte Schritt des Verfahrens gestartet.
Wie aus dem in Fig. 2 dargestellten Beispiel hervorgeht, besteht er in einer Veränderung des Mischungsverhältnisses der verschiedenen Zylinder. Die Veränderung des Mischungsverhältnisses ist geeignet, Schwankungen des Moments in umgekehrter Richtung in den Zylindern hervorzurufen, die um 360º Kurbelwellenumdrehung oder um zwei Motortakte im Zyklus phasenverschoben sind. Ein Zylinder wird daher angereichert, während der andere abgemagert wird.
Diese Veränderungen werden durchgeführt, indem man korrigierende Multiplikationskoeffizienten in der Formel zur Berechnung der Einspritzzeit jedes Zylinders anwendet, wobei der Anreicherungskoeffizient vom Typ 1 + PARTINJ und der Abmagerungskoeffizient 1 - PARTINJ ist und wobei PARTINJ zwischen 0,01 und 0,30 liegt und in einer geeigneten Tabelle in Abhängigkeit von den Betriebsbedingungen des Motors, insbesondere dem Ansaugdruck, kalibriert ist.
Vorzugsweise wird der Korrekturkoeffizient so gewählt, dass die entsprechende Veränderung des Antriebsmoments zwischen vorbestimmten Schwellenwerten Smin und Smax liegt, wobei Smin dem Mindestwert entspricht, unter dem die Verringerung des Moments nicht mehr von einem Rauschen zu unterscheiden ist, das das Signal Cg beeinträchtigt; diese Schwelle Smin hat somit einen vorbestimmten Wert, der eine Funktion des beobachteten Rauschpegels und einer einstellbaren Spanne ist; Smax entspricht dem Höchstwert, über dem die Verringerung des Moments ein Rucken hervorruft.
Vorzugsweise werden die Werte des Korrekturkoeffizienten auch so gewählt, dass im gesamten Druckbereich eine vergleichbare Wirkung hervorgerufen wird, was erreicht wird, indem Werte des Koeffizienten PARTINJ gemäß einer Funktion des Ansaugdrucks gewählt werden.
Die Veränderungen des Mischungsverhältnisses erfolgen vorzugsweise gemäß einem Zyklus mit zwei Takten.
Während eines ersten Zeitraums von gegebener Dauer (N Motorzyklen) werden die Zylinder Nr. 1 und Nr. 2 abgemagert (Ti · (1-PARTINJ)), während die um zwei Motortakte phasenverschobenen Zylinder Nr. 4 und Nr. 3 angereichert werden (Ti · (1+PARTINJ)). Anschließend wird während eines zweiten Zeitraums von gleicher Dauer die umgekehrte Veränderung durchgeführt, d. h. die Zylinder Nr. 1 und Nr. 2 werden angereichert (Ti · (1+PARTINJ)), während die um zwei Motortakte phasenverschobenen Zylinder Nr. 4 und Nr. 3 abgemagert werden (Ti · (1-PARTINJ)).
Welche Zahl N gewählt wird, ist vorbestimmt. Ihr Wert resultiert aus einem Kompromiss zwischen der Schnelligkeit der Durchführung des Synchronisierungsverfahrens und der Amplitude der Momentschwankungen (d. h. auch von der Amplitude des Koeffizienten PARTINJ).
Gleichzeitig mit den Veränderungen des Mischungsverhältnisses, die während dieses dritten Schritts ausgeführt werden, nimmt das erfindungsgemäße Verfahren in einem vierten Schritt die Summenbildung der Messwerte des Antriebsmoments vor, die vom Signal Cg geliefert werden und jeweils einem Zylinder entsprechen. Die Zuweisung der vom Signal Cg gelieferten Momentwerte zu den entsprechenden Zylindern wird ausgeführt, indem das vordefinierte Signal NOCYL verwendet wird.
Um repräsentativ für die algebraische Schwankung des Momentwerts jedes Zylinders zu sein, wird bei den Summenbildungen das einer Anreicherung entsprechende Moment positiv und das einer Abmagerung entsprechende Moment negativ gezählt.
Diese Summen werden anschließend zusammengerechnet, um eine algebraische Größe zu bilden, die für die Differenz des Moments zwischen den Zylindern repräsentativ ist.
Es genügt sodann, in einem letzten Schritt das Vorzeichen dieser letzten Größe zu ermitteln, die für die Differenz des Moments zwischen den Zylindern repräsentativ ist, um die Richtigkeit der Phasierung des Signals NOCYL abzuleiten.
D. h. S1 sei die Summe für die erste Periode der Antriebsmomente, die den verschiedenen Zylindern entsprechen. Die Summe S1 wird gebildet, indem man die den fetten Zylindern entsprechenden Momentwerte positiv zählt und die den mageren Zylindern entsprechenden Momentwerte negativ zählt.
Dies ergibt:
(I) S1 = Cg'4,i + Cg'3,i - Cg'1,i - Cg'2,i
wobei Cg'j,i der Wert des Moments ist, das von der Verbrennung in dem Zylinder erzeugt wurde, der vom Signal NOCYL im ersten Motorzyklus nach dem Beginn der ersten Periode als Zylinder Nr. j identifiziert wurde. Die Summenbildung beginnt mit einer Verzögerung von n - 1 Zyklen (mindestens ein Zyklus), damit die berücksichtigten Momentmesswerte tatsächlich neuen Mischungsverhältnissen entsprechen.
In Anbetracht der Tatsache, dass das Signal NOCYL eine Unbestimmtheit bezüglich zweier Motortakte aufweist, gibt es somit zwei mögliche Fälle, d. h. entweder das Signal NOCYL ist richtig gephast und der Wert Cg'j,i entspricht tatsächlich dem Momentwert Cgj,i des Zylinders j, oder das Signal NOCYL ist nicht korrekt gephast und der Wert Cg'j,i entspricht dem Momentwert des Zylinders k, der um zwei Takte in Bezug auf den Zylinder j phasenverschoben ist.
Als erste Näherung kann man annehmen, dass das Hinzufügen oder Wegnehmen von Kraftstoff (+/- Ti x PARTINJ) in den Zylindern Momentveränderungen von gleichem Wert, aber mit umgekehrtem Vorzeichen zwischen den Zylindern hervorruft. Dies ergibt:
Cg1,i = Cg1 - ΔCg;
Cg2,i = Cg2 - ΔCg;
Cg3,i = Cg3 + ΔCg;
Cg4,i = Cg4 + ΔCg;
wobei Cgj der Mittelwert des Moments am betreffenden Betriebspunkt für den Zylinder Nr. j ist und ΔCg der strikt positive Korrekturwert des Moments ist.
Die Formel (I) wird somit
wenn das Signal NOCYL richtig gephast ist:
(I.1) S1 = ( Cg4 + Cg3 - Cg1 - Cg2) + (N - n) · ΔCg,
d.h. S1 = (N - n) · ((Cg4 + Cg3 - Cg1 - Cg2) + ΔCg)
und wenn das Signal NOCYL falsch gephast ist:
(I.2) S1 = ( Cg1 + Cg2 - Cg4 - Cg3) - (N - n) · ΔCg,
d.h. S1 = (N - n) · ((Cg1 + Cg2 - Cg3 - Cg4) - ΔCg).
Parallel dazu bildet man für die zweite Periode die Summe S2 der den verschiedenen Zylindern entsprechenden Antriebsmomente, wobei die Summe S2 gebildet wird, indem man die den fetten Zylindern entsprechenden Werte positiv und die den mageren Zylindern entsprechenden Werte negativ zählt.
Dies ergibt:
(II) S2 = Cg'1,i +Cg'2,i - Cg'4,i - Cg'3,i
wobei Cg'j,i der Wert des Moments ist, das von der Verbrennung in dem Zylinder erzeugt wurde, der vom Signal NOCYL im ersten Motorzyklus nach dem Beginn der zweiten Periode als Zylinder Nr. j identifiziert wurde.
Diese zweite Summenbildung beginnt mit der gleichen Verzögerung von n - 1 Zyklen (mindestens ein Zyklus), einerseits damit die gezählten Momentmesswerte tatsächlich die neuen Veränderungen des Mischungsverhältnisses berücksichtigen und andererseits damit die Summen S1 und S2 die gleiche Anzahl an Termen (N - n) aufweisen.
In Anbetracht der Tatsache, dass das Signal NOCYL eine Unbestimmtheit bezüglich zweier Motortakte aufweist, gibt es somit wieder zwei mögliche Fälle, d. h. das Signal NOCYL ist richtig gephast und der Wert Cg'j,i entspricht tatsächlich dem Momentwert Cgj,i des Zylinders j, oder das Signal NOCYL ist nicht korrekt gephast und der Wert Cg'j,i entspricht dem Momentwert des Zylinders k, der um zwei Takte in Bezug auf den Zylinder j phasenverschoben ist.
Darüber hinaus kann man auf gleiche Weise als erste Näherung annehmen, dass das Hinzufügen oder Wegnehmen von Kraftstoff (+/- Ti x PARTINJ) in den Zylindern während dieser zweiten Periode Momentveränderungen von gleichem Wert, aber mit umgekehrtem Vorzeichen zwischen den Zylindern hervorruft, die den Veränderungen in der ersten Periode entsprechen. Dies ergibt:
Cg1,i = Cg1 + ΔCg;
Cg2,i = Cg2 + ΔCg;
Cg3,i = Cg3 - ΔCg;
Cg4,i = Cg4 - ΔCg;
wobei Cgj der Mittelwert des Moments am betreffenden Betriebspunkt für den Zylinder Nr. j ist.
Die Formel (II) wird somit
wenn das Signal NOCYL richtig gephast ist:
(II.1) S2 = ( Cg1 + Cg2 - Cg4 - Cg3) + (N - n) · ΔCg,
d.h. S2 = (N - n) · ((Cg1 + Cg2 - Cg3 - Cg4) + ΔCg)
und wenn das Signal NOCYL falsch gephast ist:
(II.2) S2 = ( Cg4 + Cg3 - Cg1 - Cg2) - (N - n) · ΔCg,
d.h. S2 = (N - n) · ((Cg4 + Cg3 - Cg1 - Cg2) - ΔCg).
Durch anschließende Addition der beiden Summen S1 und S2 erhält man die Gesamtsumme S:
(III) S = S1 + S2;
wenn das Signal NOCYL richtig gephast ist:
(III.1) S = 2 · (N - n) · ΔCg;
wenn das Signal falsch gephast ist:
(III.2) S = -2 · (N - n) · ΔCg.
Man sieht somit, dass das Vorzeichen der Summe S direkt über die Richtigkeit des Signals NOCYL Auskunft gibt:
Wenn S > 0, ist NOCYL richtig gephast,
und wenn S < 0, ist NOCYL falsch gephast, wobei es nun möglich ist, es zu korrigieren, indem man es um zwei Motortakte phasenverschiebt.
Um die Leistung der angewendeten Strategie zu verbessern, besteht das Entscheidungskriterium, das angibt, ob das Signal NOCYL richtig oder falsch gephast ist, darin, S nicht mit 0 zu vergleichen, sondern mit einem Schwellenwert e (wobei e ein strikt positiver kalibrierter Wert ist). Also:
Wenn S > e, ist NOCYL richtig gephast,
und wenn S < -e, ist NOCYL falsch gephast.
Die Einführung von e verleiht der Strategie eine Sicherheitsspanne. In dem Fall, dass S zwischen -e und e liegt, wird keinerlei Entscheidung getroffen, und es wird der Befehl gegeben, einen neuen Versuch zur Unverwechselbarmachung auszuführen.
Gemäß dem beschriebenen Verfahren ist die Summe S unabhängig von den Werten des durchschnittlichen Moments der verschiedenen Zylinder. Sie hängt nur von der Momentveränderung, die aus dem angewendeten Korrekturkoeffizienten 1 +/- PARTINJ resultiert, und der Anzahl der berücksichtigten Motorzyklen ab. Die Streuungen des Momentwerts zwischen den Zylindern haben somit keinen Einfluss auf die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Diese Methode weist zahlreiche Vorteile auf. Da die Berechnung der Summe S anhand einer großen Anzahl von Momentwerten erfolgt, sinkt der Einfluss des Rauschens auf den Messwert des Moments, und die Fehler kompensieren sich gegenseitig. Da die Berechnung auf einer großen Anzahl von Momentwerten beruht, ist es darüber hinaus möglich, mit einer geringen Momentdifferenz ΔCg zu arbeiten, die insbesondere unter dem Rauschen liegt, das sich auf das Signal Cg auswirkt, was die Auswirkungen der Strategie auf das Verhalten des Motors noch weiter begrenzt.
Ebenso eliminiert die angewendete Strategie den Fehler, der bei der Berechnung des Antriebsmoments Cgj,i begangen wird. D. h. die Vertauschung fett-mager kompensiert teilweise den bei der Schätzung des Moments begangenen Fehler, wobei der Fehler addiert wird, wenn der Zylinder fett ist, und subtrahiert wird, wenn der Zylinder mager ist. Diese Strategie beseitigt eventuell bestehende Instabilitäten beim Moment. Die Auswirkung einer schlechten Verbrennung wird durch die große Anzahl der berücksichtigten Momentwerte abgeschwächt.
Darüber hinaus ermöglicht es die Symmetrie zwischen der Abmagerung und der Anreicherung der Zylinder, im Gesamten ein annähernd konstantes Mischungsverhältnis aufrechtzuerhalten und somit die Reinigung der Auspuffgase durch katalytische Konvertierung nicht zu beeinträchtigen.
Selbstverständlich ist die Erfindung in keiner Weise auf die beschriebene und dargestellte Ausführungsform beschränkt, die nur als Beispiel gegeben wurde.
Die Erfindung umfasst im Gegenteil alle technischen Äquivalente der beschriebenen Mittel sowie ihre Kombinationen, wenn diese in ihrem Sinn ausgeführt wurden.
So ist es möglich, das Signal NOCYL unverwechselbar zu machen, indem nur das Mischungsverhältnis eines einzigen Paares von Zylindern geändert wird, deren Betriebszyklen um zwei Motortakte phasenverschoben sind, wie z. B. das der Zylinder Nr. 1 und Nr. 4 (oder Nr. 2 und Nr. 3). Diese Variante beschränkt die an den Steuerparametern des Motors vorgenommenen Veränderungen und somit die Auswirkungen auf das Verhalten des letztgenannten.
Die vorhergehenden Formeln werden somit
(I') S1 = ( Cg'4,i - Cg'1,i)
(II') S2 = ( Cg'1,i - Cg'4,i)
(III') S = S1 + S2
wobei:
wenn das Signal NOCYL richtig gephast ist:
(III'.1) S = (N - n) · ΔCg
d.h. Sº > e;
und wenn das Signal NOCYL falsch gephast ist:
(III'.2) S = -(N - n) · ΔCg
d. h. Sº < -e.
Auf diese Weise ist es möglich, in einer zweiten Variante das Signal NOCYL unverwechselbar zu machen, ohne direkt die Momentmittelwerte zu eliminieren, indem man die Veränderungen des Mischungsverhältnisses für jeden der betroffenen Zylinder umkehrt (eine fette Periode, dann eine magere Periode oder umgekehrt), wobei der Veränderungszyklus nun nur mehr eine einzige Periode zählt. Man erhält somit die Formeln:
(I") S1 = Cg'4,i + Cg'3,i - Cg'1,i - Cg'2,i
und (III") S = S1
wenn das Signal NOCYL richtig gephast ist:
(I".1) S1 = ( Cg4 + Cg3 - Cg1 - Cg2) + (N - n) · ΔCg
und wenn das Signal NOCYL falsch gephast ist:
(I".2) S1 = ( Cg1 + Cg2 - Cg4 - Cg3) - (N - n) · ΔCg.
Wenn man als erste Näherung annimmt, dass Cg1 # Cg2 # Cg3 # Cg4, so erhält man:
S = (N - n) · ΔCg, wenn das Signal NOCYL richtig gephast ist,
und S = -(N - n) · ΔCg, wenn das Signal NOCYL falsch gephast ist.
Die Leistungsfähigkeit dieser zweiten Variante beruht daher auf der Ähnlichkeit der Momentmittelwerte zwischen den Zylindern. Je größer die Streuungen zwischen den Momentmittelwerten der Zylinder sind, um so weniger leistungsfähig ist eine derartige Strategie. Sind die Streuungen hingegen gering, ist diese Strategie wirksam und rasch in der Anwendung.
Selbstverständlich kann man die beiden Varianten miteinander kombinieren. Ebenso kann die am Anfang vorgestellte Strategie mit einem Zyklus von Veränderungen, der sich in zwei unterschiedliche Perioden von umgekehrter Richtung aufgliedert, auf mehrere aufeinanderfolgende Zyklen verlängert werden.
Als technische Äquivalente der beschriebenen Mittel können die Veränderungen des Mischungsverhältnisses durch jedes andere Einwirken auf die Steuerparameter des Motors ersetzt werden, das in der Lage ist, eine messbare Veränderung der Qualität der Verbrennung hervorzurufen. Dies gilt für die Vorzündung im Fall eines Motors mit Fremdzündung, wobei ein Wegnehmen von Vorzündung eine Auswirkung auf das Antriebsmoment hat, die einer Abmagerung ähnlich ist. Dazu muss die Zündanlage vom Typ statische Zündung sein (eine Zündsteuerung pro Zylinder).
Ebenso kann man das erfindungsgemäße Verfahren mit einem Signal NOCYL zur Steuerung der Einspritzdüsen anwenden, indem man nicht mehr die Erkennung der Übergänge zum oberen Totpunkt Ansaugung der verschiedenen Zylinder, sondern jedes anderen vorbestimmten Zeitpunkts im Ablauf des Motorzyklus verwendet, der einen Anhaltspunkt darstellen kann, wie zum Beispiel der Übergang zum oberen Totpunkt Expansion (oder zum unteren Totpunkt Ansaugung usw.).
So ist es möglich, die Verfolgung der Schwankungen der Verbrennungsniveaus, die der Veränderung der Motorsteuerungsparameter entsprechen, unabhängig von der Messung des mittleren Antriebsmoments vorzunehmen, zum Beispiel durch einfache Analyse des momentanen Motordrehmoments oder durch Mittel zur Analyse des Ansaugluftdrucks oder durch Mittel zur Analyse des Ionisationsstroms der Zündkerzen (bei den Motoren mit Fremdzündung) oder durch Mittel zur Analyse der Zusammensetzung der Auspuffgase, indem man eine Sonde zur Kontrolle des Mischungsverhältnisses verwendet usw. Was die Vorrichtung zur Messung des aus den Verbrennungen resultierenden Antriebsmoments betrifft, so kann diese, welche Ausführungsform der Erfindung auch immer gewählt wird, in verschiedenen Formen ausgeführt werden:
- entweder mit Bauteilen mit analoger Elektronik, bei denen die Summiervorrichtungen, die Komparatoren und anderen Filter mit Hilfe von Operationsverstärkern ausgeführt sind;
- mit Bauteilen mit digitaler Elektronik, die die Funktion in festverdrahteter Logik ausführen;
- durch einen Algorithmus zur Verarbeitung des Signals, eingebaut in Form eines Softwaremoduls, das Bestandteil eines Softwaresystems zur Motorsteuerung ist und mit dem der Mikroprozessor eines elektronischen Rechners funktioniert;
- oder durch einen spezifischen Chip (Custom), dessen Hardware- und Softwareressourcen für die Ausführung der erfindungsgemäßen Funktionen optimiert wurden: ein getrennt eingekapselter Chip, der mikroprogrammierbar ist oder nicht, oder das Ganze oder ein Teil eines Koprozessors, der in einen Mikrocontroller oder Mikroprozessor usw. eingebaut ist.
Ebenso umfasst die Erfindung alle bei einem Verbrennungsmotor angewendeten technischen Äquivalente, gleich, von welchem Typ dessen Einspritzung ist, gleich, ob der verwendete Kraftstoff Diesel oder Benzin ist, oder gleich, wie groß die Anzahl seiner Zylinder ist.

Claims

1. Verfahren zur Erzeugung eines Synchronisierungssignals (NOCYL) für das elektronische System (7) zur Steuerung eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors (I) mit Viertaktzyklus, wobei dieses Synchronisierungssignal (NOCYL) die Erkennung eines vorbestimmten Zeitpunkts im Ablauf des Motorzyklus in jedem der Zylinder des Motors ermöglicht, wie z. B. des Übergangs zum oberen Totpunkt Ansaugung, und wobei das Signal NOCYL von einem ersten Signal (Cg) und einem zweiten Signal (PMH) abgeleitet wird, die durch geeignete Verarbeitungsmittel erzeugt werden, die insbesondere die Information verwenden, die von einem Winkelpositionssensor (22) geliefert wird, der mit einem Zahnkranz (12) zusammenarbeitet, der von der Kurbelwelle des Motors getragen wird, wobei das erste Signal (Cg) eine Schätzung des Niveaus der aufeinanderfolgenden Verbrennungen liefert, die in den Zylindern des Motors ablaufen, und das zweite Signal (PMH) die Bewegung der Kolben, und insbesondere ihren Übergang in eine vorbestimmte Position, wie z. B. zum oberen Totpunkt, markiert, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst:

a. Ausarbeitung eines Synchronisierungssignals (NOCYL), das mit dem zweiten Signal (PMH) gephast ist, das den Übergang der Kolben in eine vorbestimmte Position, wie z. B. zum oberen Totpunkt, markiert, wobei dieses Synchronisierungssignal (NOCYL) willkürlich initialisiert ist, so dass die Identifizierung eines vorbestimmten Zeitpunkts im Ablauf des Zyklus jedes Zylinders, wie z. B. des Übergangs zum oberen Totpunkt Ansaugung, mit einer Unbestimmtheit bezüglich zweier Takte im Ablauf des Motorzyklus erfolgt;

b. Verfolgung des Betriebs des Motors, und wenn vorbestimmte Bedingungen erfüllt sind;

c. Veränderungen der Steuerparameter (Ti) des Motors betreffend mindestens zwei gegebene Zylinder (Nr. 1 und Nr. 4), deren Betriebszyklen um zwei Motortakte verschoben sind, wobei diese Veränderung der Steuerparameter geeignete, in die entgegengesetzte Richtung erfolgende Schwankungen des Niveaus der Verbrennungen in diesen Zylindern hervorruft;

d. Berechnung für die von den Veränderungen des Schrittes c) betroffenen Zylinder (Nr. 1, Nr. 4) einer algebraischen Größe (S), die für die Schwankungen der Verbrennungsniveaus repräsentativ ist, wobei die Zuweisung der Werte, die den Verbrennungsniveaus entsprechen und vom ersten Signal abgeleitet werden, zu jedem der Zylinder (Nr. 1, Nr. 4) erfolgt, indem das Synchronisierungssignal (NOCYL) verwendet wird, wie es im Schritt a) definiert wurde;

e. ausgehend vom Vorzeichen der algebraischen Größe (S) , die für die Schwankungen der Verbrennungsniveaus zwischen den Zylindern (Nr. 1, Nr. 4) repräsentativ ist, Ableitung der Richtigkeit des Synchronisierungssignals (NOCYL) und Korrektur des Signals, wenn sich die im Schritt a) willkürlich erfolgte Initialisierung als falsch erweist.

2. Verfahren zur Erzeugung eines Synchronisierungssignals (NOCYL) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt d) vorgesehene Berechnung darin besteht, die Verbrennungsniveaus positiv zu zählen, die den Zylindern entsprechen, bei denen die Veränderungen der Steuerparameter eine Erhöhung der Verbrennungsniveaus herbeiführen müssen, und die Verbrennungsniveaus negativ zu zählen, die den Zylindern entsprechen, bei denen die Veränderungen der Steuerparameter eine Verringerung der Verbrennungsniveaus herbeiführen müssen.

3. Verfahren zur Erzeugung eines Synchronisierungssignals (NOCYL) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt d) vorgesehene Berechnung der Größe (S), die für die Schwankungen der Verbrennungsniveaus repräsentativ ist, durchgeführt wird, indem eine gegebene Anzahl von Motorzyklen (N - n; 2 ·(N - n)) berücksichtigt wird.

4. Verfahren zur Erzeugung eines Synchronisierungssignals (NOCYL) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt b) verlangten vorbestimmten Bedingungen zur Durchführung der Veränderung der Steuerparameter so angepasst sind, dass die Schwankungen der Verbrennungsniveaus für den Lenker nicht merkbar sind, wobei diese Bedingungen zum Beispiel der Wert des Übersetzungsverhältnisses und/oder das Halten der Motordrehzahl oder des Ansaugdrucks in vorbestimmten Bereichen von Werten sind.

5. Verfahren zur Erzeugung eines Synchronisierungssignals (NOCYL) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt b) verlangten vorbestimmten Bedingungen zur Durchführung der Veränderung der Steuerparameter stabile Bedingungen bei allen oder einem Teil der Parameter, die sich auf das Verbrennungsniveau des Motors auswirken, wie z. B. Motordrehzahl, Vorzündung oder Ansaugdruck, oder auch einen stabilen Zustand der vom Motor angetriebenen Nebenorgane umfassen.

6. Verfahren zur Erzeugung eines Synchronisierungssignals (NOCYL) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt c) vorgesehenen Veränderungen der Steuerparameter in Veränderungen der Kraftstoffmengen (Ti) bestehen, die in die betroffenen Zylinder (Nr. 1, Nr. 4) eingespritzt werden.

7. Verfahren zur Erzeugung eines Synchronisierungssignals (NOCYL) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderungen der Kraftstoffmengen (Ti), die in die betroffenen Zylinder (Nr. 1, Nr. 4) eingespritzt werden, an die Betriebsbedingungen des Motors und insbesondere an den Ansaugluftdruck angepasst sind, um eine Schwankung (ΔCg) des Verbrennungsniveaus in den Zylindern zu erzeugen, die annähernd identisch ist, gleich, wie der Betriebspunkt des Motors ist.

8. Verfahren zur Erzeugung eines Synchronisierungssignals (NOCYL) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Signal (Cg), das es ermöglicht, das Niveau der Verbrennungen in jedem Zylinder zu verfolgen, eine Größe verwendet, die repräsentativ für das Antriebsmoment ist, das durch jede der Verbrennungen des Motors erzeugt wird.

9. Verfahren zur Erzeugung eines Synchronisierungssignals (NOCYL) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der in Schritt d) vorgesehene Berechnungsschritt darin besteht, die Verbrennungsniveaus nach einer geeigneten Verzögerungszeit (n - 1 Zyklen) nach den in Schritt c) erfolgten Änderungen der Steuerparameter zu zählen.

10. Verfahren zur Erzeugung eines Synchronisierungssignals (NOCYL) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt c) vorgesehenen Veränderungen der Parameter zur Steuerung des Motors so angepasst sind, um mindestens eine zyklische Schwankung der Verbrennungsniveaus in jedem der betroffenen Zylinder (Nr. 1, Nr. 4) zu erzeugen, wobei jeder Zyklus zusammengesetzt ist aus einer ersten Periode, während der das Niveau der Verbrennungen in einem Zylinder (Nr. 4) verbessert (+ ΔCg) und in dem anderen (Nr. 1) verschlechtert (- ΔCg) wird, und einer zweiten Periode von gleicher Dauer wie die erste Periode, während der diese Schwankungen umgekehrt werden, wobei annähernd die gleichen Amplituden (ΔCg) beibehalten werden.

11. Verfahren zur Erzeugung eines Synchronisierungssignals (NOCYL) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt d) somit in folgendem besteht: Für die Zylinder (Nr. 1, Nr. 4), die von den Veränderungen des Schritts c) betroffen sind, Berechnung einer algebraischen Größe (S), die für die Schwankungen der Verbrennungsniveaus für die Gesamtheit der beiden Perioden repräsentativ ist, wobei die Zuweisung der Werte, die den Verbrennungsniveaus entsprechen und vom ersten Signal abgeleitet sind, zu jedem der Zylinder (Nr. 1, Nr. 4) erfolgt, indem das Synchronisierungssignal (NOCYL) verwendet wird, so wie es in Schritt a) definiert wurde.

12. Verfahren zur Erzeugung eines Synchronisierungssignals (NOCYL) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die in Schritt c) vorgesehenen Veränderungen der Steuerparameter an mehreren Gruppen von zwei Zylindern (Nr. 1, Nr. 4; Nr. 2, Nr. 3), die um zwei Motortakte verschoben sind, auf gleichartige Weise ausgeführt werden.