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EP3740664B1 - Method for determining a position of an internal combustion engine - Google Patents

Method for determining a position of an internal combustion engine Download PDF

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Publication number
EP3740664B1
EP3740664B1 EP18811790.7A EP18811790A EP3740664B1 EP 3740664 B1 EP3740664 B1 EP 3740664B1 EP 18811790 A EP18811790 A EP 18811790A EP 3740664 B1 EP3740664 B1 EP 3740664B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
signal
crankshaft
speed
engine
internal combustion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP18811790.7A
Other languages
German (de)
French (fr)
Other versions
EP3740664A1 (en
Inventor
Vijaya Kumar MADIVALA VEERABASAPPA
Jonathan Mueller
Wolfgang Fischer
Andre REICHE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP3740664A1 publication Critical patent/EP3740664A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3740664B1 publication Critical patent/EP3740664B1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0097Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating speed signals
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1497With detection of the mechanical response of the engine
    • F02D41/1498With detection of the mechanical response of the engine measuring engine roughness
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/009Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents using means for generating position or synchronisation signals
    • F02D2041/0092Synchronisation of the cylinders at engine start
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/10Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
    • F02D2200/101Engine speed
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/10Parameters related to the engine output, e.g. engine torque or engine speed
    • F02D2200/1012Engine speed gradient

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a position of an internal combustion engine and an arrangement for carrying out the method.
  • the invention further relates to a computer program and a machine-readable storage medium for carrying out the method.
  • injections and ignitions are controlled by the engine control unit using engine management software.
  • This software must know the position or stroke of the cylinder in order to effect injections and ignitions.
  • a sensor wheel mounted on the engine's crankshaft which has a number of teeth and a gap around the circumference, can be used.
  • a sensor wheel with a number of teeth can be mounted on the camshaft.
  • crankshaft rotates twice and the camshaft only once. This means that a gap in the electrical signal of the crankshaft can be observed or recorded twice. Therefore, the crankshaft position can be determined using the gap, but not the working stroke. This results in, for example, a top dead center at the end of a compression stroke and a top dead center at the end of the blow-out or exhaust stroke, which cannot be distinguished using the tooth gap information.
  • a software must now detect the gap in the crankshaft signal using an algorithm and distinguish whether this is the gap GAPO of the first revolution in the power stroke or the gap GAP1 in the second revolution in the power stroke.
  • the profile of the camshaft signal can be used for this.
  • the software is synchronized with the engine position.
  • the software now knows the position or stroke height of the cylinder and can time injections and ignitions.
  • crankshaft backup mode In systems that have both sensors, it is also possible to support backup modes. For example, if the crankshaft signal is faulty, it is still possible to synchronize the software with the engine position using special crankshaft sensor wheels. However, the accuracy of the information provided by the engine management software may not be very high and therefore the torque is limited in such a mode, which can be called crankshaft backup mode.
  • crankshaft sensor signal In the low-cost two-wheeler segment, only one crankshaft sensor signal is usually available, even if the engine has more than one cylinder.
  • Software techniques are used to synchronize the software with the engine position.
  • One of the known techniques is to use the intake manifold pressure signal information in combination with the crankshaft sensor signal to detect the engine position.
  • the method presented makes it possible to determine the engine position, ie the position in which one or more cylinders are located, and thus the working stroke. At this point, one can also say that the method is used to determine the crankshaft position. It is therefore possible to determine which working stroke the cylinder or cylinders are in and to schedule injections and ignitions accordingly by synchronizing the software.
  • the method described is therefore based on generating or producing a signal that uses the information of the engine speed signal received from the engine control unit.
  • This engine speed typically indicates the speed of the engine.
  • the speed information is usually provided either by the crankshaft sensor signal or by the signal from the generator, which is attached directly to the crankshaft on a two-wheeler.
  • This generated signal highlights the significant change in engine speed information or engine speed in the compression region of the high pressure loop top dead center (TDC).
  • TDC high pressure loop top dead center
  • this method requires only the engine speed signal. No other signals and information are required. It can be used effectively to detect the engine position, especially in all two-wheel systems with a single cylinder, two cylinders and also in multi-cylinder systems.
  • FIG. 1 shows the curves of a crankshaft signal 10 and a camshaft signal 12.
  • Top dead centers (TDC) are marked in the crankshaft signal, namely OT2 20, OT1 22, OT3 24 and OT4 26.
  • Figure 2 shows the course of an engine speed signal 50 for a two-wheeler with one cylinder during start-up.
  • the crankshaft angle [°CA] is plotted on an abscissa 52 and the engine speed [rpm] on an ordinate 54.
  • the illustration shows that the engine speed drops during the compression stroke and increases sharply during the decompression phase.
  • Figure 3 shows the course or the behavior of this generated signal 100.
  • the time is plotted on an abscissa 102 and 104 on an ordinate.
  • a calibrated threshold value 106 is also entered in the illustration.
  • a special pattern 108 can be seen, which is repeated in the generated signal 100.
  • This pattern 108 appears once around a compression at top dead center of the high pressure phase. In a two-wheel system with one cylinder, exactly one such pattern can be seen per working cycle.
  • This special pattern 108 has a fixed relationship to the mechanical motor position.
  • the software can be synchronized with the motor position based on the special pattern once this pattern 108 has been identified in the signal 100.
  • This edge time on the machine speed signal can be measured between two rising signal edges, between two falling signal edges or between all signal edges (rising to falling or vice versa).
  • the machine speed can be used directly instead of the edge times to generate the signal pattern.
  • the sums shown are calculated for two different sets of measured edge times. To obtain a suitable ratio of the times t[i] or t[j], they do not have to be consecutive, but can be. Also, the number of summed times can be one or more. Depending on the selected times for numerator and denominator, different ratio properties can be achieved. An example is shown in Figure 3 The selection of the quantities for numerator and denominator can be chosen in such a way that the resulting ratio of the sums clearly highlights the special pattern for synchronizing the motor position and thus makes it particularly suitable for detection.
  • the amplitude of the resulting pattern can be checked against a calibratable threshold. If the amplitude is greater than the calibratable threshold, or less if the characteristic point is a maximum or minimum, respectively, this means that the software has found the motor position.
  • This threshold depends on environmental conditions such as motor temperature, motor speed, altitude, etc., and can be easily adjusted by calibration or during runtime.
  • the ratio pattern can be evaluated by various other signal processing techniques, such as cross-correlation, to find certain characteristic points.
  • the method can be used to detect the engine position in the following systems:
  • a crankshaft signal 200 of an engine with asymmetrically mounted two-cylinder system with crankshaft sensor is in Figure 5
  • the illustration also shows OT1 202 and OT2 204.
  • a first arrow 206 shows the distance between the speed signal gap and a first OT
  • a second arrow 208 shows the distance between the speed signal gap and a second OT.
  • the Different lengths of the arrows illustrate the asymmetric positioning of the cylinders in relation to the crankshaft and the associated speed signal.
  • a crankshaft signal 250 of an engine with symmetrically mounted two-cylinder system with crankshaft sensor is in Figure 6
  • the illustration also shows OT1 252 and OT2 204.
  • a first arrow 206 shows the distance between the speed signal gap and a first TDC
  • a second arrow 208 shows the distance between the speed signal gap and a second TDC.
  • the equal length of the arrows illustrates the symmetrical distance between the cylinders in relation to the crankshaft and the associated speed signal.
  • a crankshaft signal 300 of an engine with an asymmetrically mounted two-cylinder system without crankshaft sensor is in Figure 7 The illustration also shows OT1 302 and OT2 304.
  • crankshaft signal 350 of an engine with a symmetrically mounted two-cylinder system without crankshaft sensor is in Figure 8
  • the illustration also shows OT1 352 and OT2 354.
  • a crankshaft signal 400 of an engine with three-cylinder system with crankshaft sensor is in Figure 9 The illustration also shows OT1 402, OT2 404 and OT3 406.
  • a crankshaft signal 450 of an engine with three-cylinder system with crankshaft sensor is in Figure 10 The illustration also shows OT1 452, OT2 454 and OT3 456.
  • Figure 11 shows the behavior of the engine speed signal 500 during a kickstart for a single-cylinder engine.
  • the crankshaft angle [°CA] is plotted on an abscissa 502 and the engine speed [rpm] on an ordinate 504.
  • a unique pattern can also be generated around the compression at top dead center during kickstart on a single cylinder engine.
  • This signal pattern can be used to detect the engine position during kickstart as well.
  • additional intelligence is also required to detect the pattern in the generated signal. This is because engine speeds increase significantly during kickstart. This has an impact on the quality of the generated signal.
  • engine speeds start to drop after reaching a maximum value, it must be possible to easily detect the pattern in the generated signal.
  • the presented method can be used with any number of cylinders, as long as the speed difference is sufficiently significant. For more than three cylinders, the methods presented for fewer cylinders can be adapted to meet the needs of the number of cylinders.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bestimmen einer Position einer Verbrennungskraftmaschine und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium zum Durchführen des Verfahrens.The invention relates to a method for determining a position of an internal combustion engine and an arrangement for carrying out the method. The invention further relates to a computer program and a machine-readable storage medium for carrying out the method.

Stand der TechnikState of the art

Für den Betrieb einer modernen Verbrennungskraftmaschine ist es notwendig, dem elektronischen Motorsteuergerät, das die Verbrennungskraftmaschine ansteuert, Informationen über die momentane Motordrehzahl zur Verfügung zu stellen. So ist es bekannt, die Drehgeschwindigkeit einer Kurbelwelle der Maschine bzw. des Motors über einen induktiv wirkenden Sensor oder Hall-Geber zu erfassen. Dieser registriert vorbeistreichende metallische Markierungen und bestimmt über die Zeitdifferenz zwischen zwei Markierungen die Rotationsgeschwindigkeit.In order to operate a modern internal combustion engine, it is necessary to provide the electronic engine control unit that controls the internal combustion engine with information about the current engine speed. For example, it is known to record the rotational speed of a crankshaft of the machine or engine using an inductive sensor or Hall sensor. This registers passing metallic markings and determines the rotational speed using the time difference between two markings.

Bei einer herkömmlichen Verbrennungskraftmaschine, die nachstehend auch als Motor oder Maschine bezeichnet wird, werden Einspritzungen und Zündungen durch das Motorsteuergerät mithilfe einer Motorverwaltungssoftware gesteuert. Diese Software muss Kenntnis davon haben, in welcher Position bzw. in welcher Hubhöhe sich der Zylinder befindet, um Einspritzungen und Zündungen zu bewirken. Um dies zu erreichen, kann ein auf der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine angebrachtes Geberrad, das eine Anzahl von Zähnen und eine Lücke am Umfang aufweist, verwendet werden. Ebenso kann in manchen Fällen ein Geberrad mit einigen Zähnen auf der Nockenwelle angebracht sein.In a conventional internal combustion engine, also referred to as an engine or machine, injections and ignitions are controlled by the engine control unit using engine management software. This software must know the position or stroke of the cylinder in order to effect injections and ignitions. To achieve this, a sensor wheel mounted on the engine's crankshaft, which has a number of teeth and a gap around the circumference, can be used. Likewise, in some cases, a sensor wheel with a number of teeth can be mounted on the camshaft.

Es werden dann Sensoren an diesen Geberrädern angebracht, die, wenn die Maschine arbeitet und damit die Kurbelwelle sich dreht, elektrische Signale erzeugen. Diese Geberräder haben ein festes Verhältnis zu der mechanischen Position der Maschine.Sensors are then attached to these encoder wheels, which generate electrical signals when the machine is working and the crankshaft is rotating. These encoder wheels have a fixed relationship to the mechanical position of the machine.

In einem Arbeitszyklus bzw. Arbeitsspiel, bspw. bei einem Viertaktmotor mit einem Zylinder, rotiert die Kurbelwelle zweimal, die Nockenwelle lediglich einmal. So kann eine Lücke auf dem elektrischen Signal der Kurbelwelle zweimal beobachtet bzw. erfasst werden. Daher kann über die Lücke zwar die Kurbelwellenposition, nicht jedoch der Arbeitstakt bestimmt werden. So ergeben sich bspw. ein oberer Totpunkt am Ende eines Kompressionstakts und ein oberer Totpunkt am Ende des Ausblas- bzw. Ausstoßtakts, die nicht durch die Zahnlückeninformation unterschieden werden können.In a working cycle, for example in a four-stroke engine with one cylinder, the crankshaft rotates twice and the camshaft only once. This means that a gap in the electrical signal of the crankshaft can be observed or recorded twice. Therefore, the crankshaft position can be determined using the gap, but not the working stroke. This results in, for example, a top dead center at the end of a compression stroke and a top dead center at the end of the blow-out or exhaust stroke, which cannot be distinguished using the tooth gap information.

Eine Software muss nunmehr die Lücke in dem Kurbelwellensignal mit einem Algorithmus erfassen und unterscheiden, ob dies die Lücke GAPO der ersten Umdrehung im Arbeitstakt oder die Lücke GAP1 in der zweiten Umdrehung im Arbeitstakt ist. Hierzu kann das Profil des Nockenwellensignals verwendet werden. Sobald die Software die Lücke bzw. den GAP identifiziert hat, wird die Software mit der Motorposition synchronisiert. Nunmehr kennt die Software die Position bzw. Hubhöhe des Zylinders und kann Einspritzungen und Zündungen zeitlich festlegen.A software must now detect the gap in the crankshaft signal using an algorithm and distinguish whether this is the gap GAPO of the first revolution in the power stroke or the gap GAP1 in the second revolution in the power stroke. The profile of the camshaft signal can be used for this. As soon as the software has identified the gap or GAP, the software is synchronized with the engine position. The software now knows the position or stroke height of the cylinder and can time injections and ignitions.

Bei Systemen, die über beide Sensoren verfügen, ist es ebenfalls möglich, Sicherungsmodi zu unterstützen. Wenn bspw. das Kurbelwellensignal fehlerhaft ist, ist es bei speziellen Kurbelwellengeberräder immer noch möglich, die Software mit der Motorposition zu synchronisieren. Allerdings ist ggf. die Genauigkeit der Information, die durch die Motorverwaltungssoftware bereitgestellt wird, nicht sehr hoch und daher ist das Drehmoment in einem solchen Modus, der als Kurbelwellen-Sicherungsmodus bezeichnet werden kann, begrenzt.In systems that have both sensors, it is also possible to support backup modes. For example, if the crankshaft signal is faulty, it is still possible to synchronize the software with the engine position using special crankshaft sensor wheels. However, the accuracy of the information provided by the engine management software may not be very high and therefore the torque is limited in such a mode, which can be called crankshaft backup mode.

Entsprechend ist es, wenn ein Nockenwellensensorsignal fehlerhaft ist, immer noch möglich, den Motor mit dem Kurbelwellensignal alleine in einem Doppelzündungsmodus anzutreiben. Es ist ebenfalls möglich, die Lücke mit Software gesteuerten Verfahren, wie bspw. Testeinspritzungen, zu identifizieren, d. h. ob GAPO oder GAP1 vorliegt.Accordingly, if a camshaft sensor signal is faulty, it is still possible to drive the engine using the crankshaft signal alone in a dual ignition mode. It is also possible to fill the gap with software controlled procedures, such as test injections, to identify whether GAPO or GAP1 is present.

Im preisgünstigen Zweirad-Segment steht üblicherweise nur ein Kurbelwellensensorsignal zur Verfügung, auch, wenn der Motor mehr als einen Zylinder aufweist. Um die Software mit der Motorposition zu synchronisieren, werden Softwaretechniken verwendet. Eine der bekannten Techniken besteht darin, die Saugrohr-Drucksignal-Information in Kombination mit dem Kurbelwellensensorsignal zu verwenden, um die Motorposition zu erfassen.In the low-cost two-wheeler segment, only one crankshaft sensor signal is usually available, even if the engine has more than one cylinder. Software techniques are used to synchronize the software with the engine position. One of the known techniques is to use the intake manifold pressure signal information in combination with the crankshaft sensor signal to detect the engine position.

Aus der Druckschrift DE 10 2014 206 182 A1 ist ein Verfahren zur Bestimmung einer Kurbelwellenposition einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem ein Drehzahlverlauf der Kurbelwelle über einer Zeit erfasst wird, wobei die Kurbelwellenposition durch Abgleich des Drehzahlverlaufs mit einem bekannten Drehzahlverlauf eines Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine bestimmt wird. Der bekannte Drehzahlverlauf weist dabei einen für die Kurbelwellenposition charakteristischen Abschnitt auf. Eine weitere relevante Druckschrift ist die EP 1 507 077 A2 .From the publication DE 10 2014 206 182 A1 A method for determining a crankshaft position of an internal combustion engine is known, in which a speed curve of the crankshaft is recorded over time, whereby the crankshaft position is determined by comparing the speed curve with a known speed curve of a working cycle of the internal combustion engine. The known speed curve has a section that is characteristic of the crankshaft position. Another relevant publication is the EP 1 507 077 A2 .

Offenbarung der Erfindungdisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 10 vorgestellt. Es werden weiterhin ein Computerprogramm nach Anspruch 11 und ein maschinenlesbares Speichermedium gemäß Anspruch 12 vorgestellt. Ausführungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.Against this background, a method with the features of claim 1 and an arrangement according to claim 10 are presented. A computer program according to claim 11 and a machine-readable storage medium according to claim 12 are also presented. Executions emerge from the dependent claims and the description.

Das vorgestellte Verfahren ermöglicht es, die Motorposition, d. h. die Position, in der sich ein oder mehrere Zylinder befinden, und damit den Arbeitstakt zu bestimmen. Man kann an dieser Stelle auch davon sprechen, dass das Verfahren dazu dient, die Kurbelwellenposition zu bestimmen. Daher ist es möglich festzustellen, in welchem Arbeitstakt der oder die Zylinder sich befinden und entsprechend durch Synchronisieren der Software Einspritzungen und Zündungen zeitlich festzulegen.The method presented makes it possible to determine the engine position, ie the position in which one or more cylinders are located, and thus the working stroke. At this point, one can also say that the method is used to determine the crankshaft position. It is therefore possible to determine which working stroke the cylinder or cylinders are in and to schedule injections and ignitions accordingly by synchronizing the software.

Dem beschriebenen Verfahren liegt somit zugrunde, ein Signal zu generieren bzw. zu erzeugen, das die Information des Motorgeschwindigkeitssignals verwendet, das von dem Motorsteuergerät empfangen wird. Dieses Motorgeschwindigkeit gibt typischerweise die Drehzahl des Motors an. Üblicherweise wird die Geschwindigkeitsinformation entweder durch das Kurbelwellensensorsignal oder durch das Signal des Generators, der bei einem Zweirad direkt an der Kurbelwelle angebracht ist, bereitgestellt.The method described is therefore based on generating or producing a signal that uses the information of the engine speed signal received from the engine control unit. This engine speed typically indicates the speed of the engine. The speed information is usually provided either by the crankshaft sensor signal or by the signal from the generator, which is attached directly to the crankshaft on a two-wheeler.

Dieses erzeugte Signal hebt die signifikante Änderung in der Motorgeschwindigkeitsinformation bzw. Motordrehzahl im Bereich der Kompression des oberen Totpunkts (OT) der Hochdruckschleife hervor. Wird dieses Signalmuster verwendet, ist es einfach möglich, die Position eines Zylinders in einer Verbrennungskraftmaschine zu erfassen. Im Falle eines Einzylindermotors gibt es während eines Arbeitsspiels nur einmalig eine Drehzahländerung aufgrund Kompression und Dekompression in der Hochdruckschleife.This generated signal highlights the significant change in engine speed information or engine speed in the compression region of the high pressure loop top dead center (TDC). Using this signal pattern, it is easy to detect the position of a cylinder in an internal combustion engine. In the case of a single cylinder engine, there is only one speed change during a working cycle due to compression and decompression in the high pressure loop.

Wie bereits zuvor ausgeführt wurde, benötigt dieses Verfahren lediglich das Motorgeschwindigkeitssignal. Es sind keine weiteren Signale und Informationen erforderlich. Es kann insbesondere bei allen Zweiradsystemen mit einem einzelnen Zylinder, zwei Zylindern und auch bei Mehrzylindersystemen effektiv zur Erfassung der Motorposition eingesetzt werden.As previously stated, this method requires only the engine speed signal. No other signals and information are required. It can be used effectively to detect the engine position, especially in all two-wheel systems with a single cylinder, two cylinders and also in multi-cylinder systems.

Das vorgestellte Verfahren hat, zumindest in einigen der Ausführungen, folgende Vorteile:

  • eine Erfassung der Motorpositionsinformation ist in allen möglichen Betriebszuständen mit wenigen Informationen verlässlich möglich, wenn ein Starter die Maschine antreibt,
  • der vorgestellte Algorithmus kann verwendet werden, um die Phase bzw. den Arbeitstakt während eines Kickstarts zu erfassen,
  • das Generatorsignal, das die Maschinengeschwindigkeitsinformation bereitstellt, kann ebenfalls verwendet werden, um die Motorposition zu erfassen. Somit können Kosten für ein Geberrad, einen Sensor und Signalaufbereitungsschaltkreise eingespart werden,
  • der Algorithmus kann die Motorposition im Vergleich zu anderen Vorgehensweisen schneller erfassen, daher kann der Motorstart schneller durchgeführt werden,
  • es besteht kein Bedarf daran, die Maschine während des Starts im Doppelzündungsmodus zu betreiben, da der Arbeitstakt schneller erfasst werden kann,
  • die Lebensdauer der Zündkerze wird erhöht,
  • das Verfahren kann dazu verwendet werden, den Arbeitstakt während des Starts zu erfassen. Es ist ebenfalls möglich, das Verfahren bei einem erneuten Synchronisieren bei höherer Geschwindigkeit der Maschine einzusetzen. Daher ist der Anwendungsbereich des Verfahrens im Vergleich zu anderen Verfahren erweitert. Ein Einsatz zusätzlicher Verfahren ist nicht erforderlich, daher wird die Komplexität der Software reduziert,
  • eine Kalibrierung des Algorithmus ist im Vergleich zu anderen Arbeitstakt-Erfassungsverfahren ebenfalls schneller möglich.
The presented method has, at least in some of its embodiments, the following advantages:
  • a reliable detection of the engine position information is possible in all possible operating states with little information when a starter drives the machine,
  • the presented algorithm can be used to detect the phase or working stroke during a kickstart,
  • The generator signal that provides the machine speed information can also be used to detect the engine position. Thus Costs for a sensor wheel, a sensor and signal conditioning circuits can be saved,
  • the algorithm can detect the engine position faster than other approaches, therefore the engine start can be carried out faster,
  • there is no need to operate the machine in dual ignition mode during start-up, as the working cycle can be detected more quickly,
  • the service life of the spark plug is increased,
  • the method can be used to detect the working cycle during start-up. It is also possible to use the method when resynchronizing at higher machine speeds. Therefore, the application range of the method is broader compared to other methods. The use of additional methods is not required, thus reducing the complexity of the software.
  • Calibration of the algorithm is also faster than with other work cycle detection methods.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

  • Figur 1 zeigt Verläufe eines Kurbelwellen- und Nockenwellensignals.
  • Figur 2 zeigt in einem Graphen das Geschwindigkeitsverhalten eines Motors beim Start mittels elektromechanischem Anlasser.
  • Figur 3 zeigt ein Verlauf eines Signals, das ein Verhältnis wiedergibt.
  • Figur 4 zeigt Abläufe des vorgestellten Verfahrens anhand einer Zustandsmaschine.
  • Figuren 5 bis 10 zeigen Verläufe eines Kurbelwellensignals.
  • Figur 11 zeigt in einem Graphen eine Drehzahl-Charakteristik eines Starts mit Kickstarter.
Short description of the drawings
  • Figure 1 shows curves of a crankshaft and camshaft signal.
  • Figure 2 shows in a graph the speed behavior of an engine when started using an electromechanical starter.
  • Figure 3 shows a waveform of a signal that represents a relationship.
  • Figure 4 shows sequences of the presented procedure using a state machine.
  • Figures 5 to 10 show curves of a crankshaft signal.
  • Figure 11 shows in a graph a speed characteristic of a start with kickstarter.

Ausführungsformen der Erfindungembodiments of the invention

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.The invention is illustrated schematically by means of embodiments in the drawings and is described in detail below with reference to the drawings.

Figur 1 zeigt die Verläufe eines Kurbelwellensignals 10 und eines Nockenwellensignals 12. In dem Kurbelwellensignal sind obere Totpunkte (OT) markiert, nämlich OT2 20, OT1 22, OT3 24 und OT4 26. Figure 1 shows the curves of a crankshaft signal 10 and a camshaft signal 12. Top dead centers (TDC) are marked in the crankshaft signal, namely OT2 20, OT1 22, OT3 24 and OT4 26.

Figur 2 zeigt den Verlauf eines Motorgeschwindigkeitssignals 50 bei einem Zweirad mit einem Zylinder während des Starts. Dabei ist an einer Abszisse 52 der Kurbelwellenwinkel [°CA] und an einer Ordinate 54 die Motorgeschwindigkeit [U/min] aufgetragen. Die Darstellung zeigt, dass die Motorgeschwindigkeit während des Kompressionstakts abfällt und sich während der Dekompressionsphase stark erhöht. Figure 2 shows the course of an engine speed signal 50 for a two-wheeler with one cylinder during start-up. The crankshaft angle [°CA] is plotted on an abscissa 52 and the engine speed [rpm] on an ordinate 54. The illustration shows that the engine speed drops during the compression stroke and increases sharply during the decompression phase.

Es ist nunmehr vorgesehen, auf Grundlage des in Figur 2 gezeigten Signals, das eine Information zur Motorgeschwindigkeit trägt, ein spezielles Signal zu erzeugen, um von dieser Geschwindigkeitsinformation Gebrauch zu machen. Auf diese Weise kann die Wirkung einer Kompression und einer Dekompression auf das Motorgeschwindigkeitssignal besonders geeigneter Weise detektiert werden. Dieses spezielle Signal wird nachfolgend als erzeugtes Signal bezeichnet.It is now planned to use the Figure 2 signal shown, which carries information on the engine speed, to generate a special signal to make use of this speed information. In this way, the effect of compression and decompression on the Motor speed signal can be particularly suitably detected. This special signal is hereinafter referred to as the generated signal.

Figur 3 zeigt den Verlauf bzw. das Verhalten dieses erzeugten Signals 100. Dabei ist an einer Abszisse 102 die Zeit und an einer Ordinate 104 aufgetragen. Weiterhin ist in der Darstellung ein kalibrierter Schwellenwert 106 eingetragen. In dem gezeigten Verlauf ist ein besonderes Muster 108 erkennen, das sich in dem erzeugten Signal 100 wiederholt. Dieses Muster 108 erscheint einmal um eine Kompression im oberen Totpunkt der Hochdruckphase. Bei einem Zweiradsystem mit einem Zylinder ist genau ein solches Muster pro Arbeitsspiel bzw. Arbeitszyklus zu erkennen. Figure 3 shows the course or the behavior of this generated signal 100. The time is plotted on an abscissa 102 and 104 on an ordinate. A calibrated threshold value 106 is also entered in the illustration. In the course shown, a special pattern 108 can be seen, which is repeated in the generated signal 100. This pattern 108 appears once around a compression at top dead center of the high pressure phase. In a two-wheel system with one cylinder, exactly one such pattern can be seen per working cycle.

Dieses spezielle Muster 108 hat ein festes Verhältnis zu der mechanischen Motorposition. Somit kann die Software mit der Motorposition anhand des speziellen Musters synchronisiert werden, sobald dieses Muster 108 im Signal 100 identifiziert wurde.This special pattern 108 has a fixed relationship to the mechanical motor position. Thus, the software can be synchronized with the motor position based on the special pattern once this pattern 108 has been identified in the signal 100.

Für den Fall, dass bei einer höheren Geschwindigkeit kein synchronisierter Betrieb gegeben ist, fällt, da keine Verbrennung erfolgt, die Motorgeschwindigkeit ab. Selbst bei einem solchen Szenario ist es möglich, ein derartiges Muster 108 bzw. Signalmuster aus dem Motorgeschwindigkeitssignal 100 zu erzeugen. Somit kann die Software auf einfache Weise wieder synchronisiert werden, so dass ein Motorstopp vermieden werden kann. Es ist insbesondere zu berücksichtigen, dass der Anwendungsbereich des Verfahrens im Vergleich zu anderen Vorgehensweisen, wie bspw. der Saugrohrdruckphasenerfassung, weiter ist.In the event that synchronized operation is not present at a higher speed, the engine speed drops because no combustion takes place. Even in such a scenario, it is possible to generate such a pattern 108 or signal pattern from the engine speed signal 100. The software can thus be easily synchronized again so that an engine stop can be avoided. It should be taken into account in particular that the application area of the method is broader compared to other approaches, such as intake manifold pressure phase detection.

Aus dem Geschwindigkeitssignal wird bspw. das gezeigte Signalmuster 100 konstruiert bzw. erzeugt, wie durch die nachstehende Gleichung ausgedrückt ist: i = a b t i / j = c d t j ,

Figure imgb0001
wobei t[i], t[j] die Flankenzeit aus dem Maschinengeschwindigkeitssignal repräsentiert. Diese Flankenzeit auf dem Maschinengeschwindigkeitssignal kann zwischen zwei steigenden Signalflanken, zwischen zwei fallenden Signalflanken oder zwischen allen Signalflanken (steigend zu fallend oder umgekehrt) gemessen werden. Alternativ kann die Maschinengeschwindigkeit auch direkt anstelle der Flankenzeiten verwendet werden, um das Signalmuster zu erzeugen.For example, the signal pattern 100 shown is constructed or generated from the speed signal, as expressed by the following equation: i = a b t i / j = c d t j ,
Figure imgb0001
where t[i], t[j] represents the edge time from the machine speed signal. This edge time on the machine speed signal can be measured between two rising signal edges, between two falling signal edges or between all signal edges (rising to falling or vice versa). Alternatively, the machine speed can be used directly instead of the edge times to generate the signal pattern.

Die dargestellten Summen werden für zwei verschiedene Mengen von gemessenen Flankenzeiten berechnet. Um ein geeignetes Verhältnis der Zeiten t[i] oder t[j] zu erhalten, müssen diese nicht aufeinanderfolgend sein, können dies aber sein. Ebenfalls kann die Anzahl summierter Zeiten eins oder höher sein. In Abhängigkeit der ausgewählten Zeiten für Zähler und Nenner können verschiedene Verhältniseigenschaften erreicht werden. Ein Beispiel ist in Figur 3 dargestellt. Die Wahl der Mengen für Zähler und Nenner kann in einer Weise gewählt werden, dass das resultierende Verhältnis der Summen das spezielle Muster zur Synchronisierung der Motorposition deutlich hervorhebt und so besodners geeignet detektierbar macht.The sums shown are calculated for two different sets of measured edge times. To obtain a suitable ratio of the times t[i] or t[j], they do not have to be consecutive, but can be. Also, the number of summed times can be one or more. Depending on the selected times for numerator and denominator, different ratio properties can be achieved. An example is shown in Figure 3 The selection of the quantities for numerator and denominator can be chosen in such a way that the resulting ratio of the sums clearly highlights the special pattern for synchronizing the motor position and thus makes it particularly suitable for detection.

Um diese Verläufe bzw. Kurven zu bewerten, kann die Amplitude des resultierenden Musters gegenüber einem kalibrierbaren Schwellenwert geprüft werden. Wenn die Amplitude größer als der kalibrierbare Schwellwert ist, oder kleiner, wenn der charakteristische Punkt ein Maximum beziehungsweise Minimum ist, bedeutet dies, dass die Software die Motorposition gefunden hat. Dieser Schwellenwert hängt von Umgebungsbedingungen ab, wie bspw. der Motortemperatur, der Motorgeschwindigkeit, der Höhe usw., und kann durch Kalibrierung oder während der Laufzeit einfach angepasst werden. Anstelle der Verwendung eines kalibrierbaren Schwellenwerts kann das Verhältnismuster durch verschiedene andere signalverarbeitende Techniken, wie bspw. eine Kreuzkorrelation, bewertet werden, um bestimmte charakteristische Punkte zu finden.To evaluate these curves, the amplitude of the resulting pattern can be checked against a calibratable threshold. If the amplitude is greater than the calibratable threshold, or less if the characteristic point is a maximum or minimum, respectively, this means that the software has found the motor position. This threshold depends on environmental conditions such as motor temperature, motor speed, altitude, etc., and can be easily adjusted by calibration or during runtime. Instead of using a calibratable threshold, the ratio pattern can be evaluated by various other signal processing techniques, such as cross-correlation, to find certain characteristic points.

In Figur 4 ist eine Zustandsmaschine 130 dargestellt, die den Algorithmus zur Phasenerfassung bei jeder Kante des Geschwindigkeitssignals verdeutlicht. Die Darstellung zeigt unterschiedliche Zustände, nämlich:

  • Initialisieren der Arbeitstaktsuche 132
  • Arbeitstaktsuche deaktiviert 134
  • Arbeitstaktsuche erfolgreich 136
  • Arbeitstaktsuche aktiviert 138
  • Arbeitstaktsuche nicht erfolgreich 140
In Figure 4 a state machine 130 is shown which illustrates the algorithm for phase detection at each edge of the speed signal. The illustration shows different states, namely:
  • Initializing the work cycle search 132
  • Working cycle search deactivated 134
  • Work cycle search successful 136
  • Working cycle search activated 138
  • Working cycle search not successful 140

Pfeile geben Voraussetzungen für Zustandsübergänge an, nämlich:

  • Aktivierungsbedingungen sind erfüllt 150
  • Aktivierungsbedingungen sind nicht erfüllt 152
  • erneute Synchronisierung 154
  • erneute Synchronisierung 156
  • erneute Synchronisierung 158
  • Arbeitstaktsuche erfolgreich 160
  • Arbeitstaktsuche fehlgeschlagen 162
Arrows indicate conditions for state transitions, namely:
  • Activation conditions are met 150
  • Activation conditions are not met 152
  • resynchronization 154
  • resynchronization 156
  • resynchronization 158
  • Work cycle search successful 160
  • Working cycle search failed 162

Zu beachten ist, dass andere Implementierungen möglich sind, um den beschriebenen Synchronisierungsalgorithmus auszuführen.Note that other implementations are possible to perform the described synchronization algorithm.

Neben einem Einzylindersystem kann das Verfahren verwendet werden, um die Motorposition in den folgenden Systemen zu erfassen:In addition to a single-cylinder system, the method can be used to detect the engine position in the following systems:

Fall 1Case 1

Im Fall eines asymmetrisch angebrachten Zweizylindersystems mit Kurbelwellensensor:

  • ein solches Muster wird zwei Mal im Arbeitsspiel erfasst,
  • da die oberen Totpunkte asymmetrisch verteilt sind, unterscheidet sich die Position des Musters von der Lücke im Kurbelwellensensorsignal. Somit kann die Software leicht mit der mechanischen Motorposition synchronisiert werden, wobei die Spalt- bzw. Lückeninformation aus dem Kurbelwellensensor und das Muster in dem erzeugten Signal verwendet werden.
In the case of an asymmetrically mounted two-cylinder system with crankshaft sensor:
  • such a pattern is recorded twice in the work cycle,
  • Since the top dead centers are asymmetrically distributed, the position of the pattern differs from the gap in the crankshaft sensor signal. Thus, the software can easily be synchronized with the mechanical engine position using the gap information from the crankshaft sensor and the pattern in the generated signal.

Ein Kurbelwellensignal 200 eines Motors mit asymmetrisch angebrachtem Zweizylindersystem mit Kurbelwellensensor ist in Figur 5 dargestellt. Weiterhin zeigt die Darstellung OT1 202 und OT2 204. Ein erster Pfeil 206 zeigt den Abstand zwischen Drehzahlsignal-Lücke und einem ersten OT an, ein zweiter Pfeil 208 zeigt den Abstand zwischen Drehzahlsignal-Lücke und einem zweiten OT an. Die unterschiedliche Länge der Pfeile verbildlicht die asymmetrische Positionierung der Zylinder bezogen auf die Kurbelwelle und das damit verbundene Drehzahlsignal.A crankshaft signal 200 of an engine with asymmetrically mounted two-cylinder system with crankshaft sensor is in Figure 5 The illustration also shows OT1 202 and OT2 204. A first arrow 206 shows the distance between the speed signal gap and a first OT, a second arrow 208 shows the distance between the speed signal gap and a second OT. The Different lengths of the arrows illustrate the asymmetric positioning of the cylinders in relation to the crankshaft and the associated speed signal.

Fall 2Case 2

Im Fall eines symmetrisch angebrachten Zweizylindersystems mit Kurbelwellensensor:

  • ein solches Muster wird zwei Mal im Arbeitsspiel erfasst,
  • da die oberen Totpunkte symmetrisch verteilt sind, muss ein weiteres Signal bewertet werden, um die beiden Lücken zu unterscheiden. Eine Möglichkeit besteht darin, zu Beginn eine Einspritzung in beide Zylinder vorzunehmen, aber lediglich eine Zündung in einen der Zylinder. Sobald der Verbrennungszylinder erfasst ist, ist die Synchronisierung abgeschlossen.
In the case of a symmetrically mounted two-cylinder system with crankshaft sensor:
  • such a pattern is recorded twice in the work cycle,
  • Since the top dead centers are symmetrically distributed, another signal must be evaluated to distinguish the two gaps. One possibility is to initially inject into both cylinders, but only ignite into one of the cylinders. Once the combustion cylinder is detected, synchronization is complete.

Ein Kurbelwellensignal 250 eines Motors mit symmetrisch angebrachtem Zweizylindersystems mit Kurbelwellensensor ist in Figur 6 dargestellt. Weiterhin zeigt die Darstellung OT1 252 und OT2 204. Ein erster Pfeil 206 zeigt den Abstand zwischen Drehzahlsignal-Lücke und einem ersten OT an, ein zweiter Pfeil 208 zeigt den Abstand zwischen Drehzahlsignal-Lücke und einem zweiten OT an. Die gleiche Länge der Pfeile verbildlicht den symmetrischen Abstand der Zylinder zueinander bezogen auf die Kurbelwelle und das damit verbundene Drehzahlsignal.A crankshaft signal 250 of an engine with symmetrically mounted two-cylinder system with crankshaft sensor is in Figure 6 The illustration also shows OT1 252 and OT2 204. A first arrow 206 shows the distance between the speed signal gap and a first TDC, a second arrow 208 shows the distance between the speed signal gap and a second TDC. The equal length of the arrows illustrates the symmetrical distance between the cylinders in relation to the crankshaft and the associated speed signal.

Fall 3Case 3

Im Falle eines asymmetrisch angebrachten Zweizylindersystems ohne Kurbelwellensensor:

  • es ist kein Kurbelwellensensorsignal mit Lücke verfügbar. Es ist jedoch die Motorgeschwindigkeitssignalinformation über das Generatorsignal verfügbar,
  • das Signal wird unter Verwendung des Motorgeschwindigkeitssignals, d. h. des Generatorsignals, erzeugt,
  • ein Muster wird zwei Mal im Arbeitsspiel in dem erzeugten Signal erfasst,
  • da die oberen Totpunkte asymmetrisch verteilt sind, ist der Abstand zwischen Mustern verschieden. Diese Abstandsinformation kann verwendet werden, um die mechanische Motorposition zu erfassen.
In the case of an asymmetrically mounted two-cylinder system without crankshaft sensor:
  • no gapped crankshaft sensor signal is available. However, the engine speed signal information is available via the generator signal,
  • the signal is generated using the engine speed signal, ie the generator signal,
  • a pattern is recorded twice in the generated signal during the working cycle,
  • Since the top dead centers are asymmetrically distributed, the distance between samples is different. This distance information can be used to detect the mechanical engine position.

Ein Kurbelwellensignal 300 eines Motors mit asymmetrisch angebrachtem Zweizylindersystems ohne Kurbelwellensensor ist in Figur 7 dargestellt. Weiterhin zeigt die Darstellung OT1 302 und OT2 304.A crankshaft signal 300 of an engine with an asymmetrically mounted two-cylinder system without crankshaft sensor is in Figure 7 The illustration also shows OT1 302 and OT2 304.

Fall 4Case 4

Im Fall eines symmetrisch angebrachten Zweizylindersystems ohne Kurbelwellensensor:

  • es ist kein Kurbelwellensensorsignal mit Lücke verfügbar. Es ist jedoch eine Motorgeschwindigkeitssignalinformation über das Generatorsignal verfügbar.
  • das Signal wird unter Verwendung des Motorgeschwindigkeitssignals, d. h. des Generatorsignals, erzeugt,
  • ein Muster wird zwei Mal im Arbeitsspiel in dem erzeugten Signal erfasst,
  • da die oberen Torpunkte symmetrisch verteilt sind, muss ein weiteres Signal bewertet werden, um die beiden oberen Totpunkte zu unterscheiden. Eine Möglichkeit besteht darin, zu Beginn eine Einspritzung in den angenommenen Zylinder aber mit Doppelzündung vorzunehmen. Sobald der Verbrennungszylinder erfasst ist, ist die Synchronisierung abgschlossen.
In the case of a symmetrically mounted two-cylinder system without crankshaft sensor:
  • no gapped crankshaft sensor signal is available. However, engine speed signal information is available via the generator signal.
  • the signal is generated using the engine speed signal, ie the generator signal,
  • a pattern is recorded twice in the generated signal during the working cycle,
  • Since the top dead centers are symmetrically distributed, another signal must be evaluated to distinguish between the two top dead centers. One possibility is to initially inject into the assumed cylinder, but with double ignition. As soon as the combustion cylinder is detected, synchronization is complete.

Ein Kurbelwellensignal 350 eines Motors mit symmetrisch angebrachtem Zweizylindersystems ohne Kurbelwellensensor ist in Figur 8 dargestellt. Weiterhin zeigt die Darstellung OT1 352 und OT2 354.A crankshaft signal 350 of an engine with a symmetrically mounted two-cylinder system without crankshaft sensor is in Figure 8 The illustration also shows OT1 352 and OT2 354.

Fall 5Case 5

Im Fall eines Dreizylindersystems mit Kurbelwellensensor:

  • ein solches Muster wird drei Mal im Arbeitsspiel erfasst,
  • unter Berücksichtigung der Lücke im Kurbelwellensignal kann die Position des oberen Totpunkts ein einzigartiges Muster aufweisen. Bei einer Umdrehung der Kurbelwelle können zwei obere Totpunkte beobachtet werden und in einer weiteren Umdrehung der Kurbelwelle kann nur ein oberer Totpunkt beobachtet werden,
  • da das Muster in den erzeugten Signalen im Bereich des oberen Totpunkts überwacht wird, ist es einfach möglich, in Kombination mit der Lückeninformation auf dem Kurbelwellensignal die mechanische Motorposition zu erfassen.
In the case of a three-cylinder system with crankshaft sensor:
  • such a pattern is recorded three times in the work cycle,
  • considering the gap in the crankshaft signal, the top dead center position may exhibit a unique pattern. In one revolution of the crankshaft, two top dead centers may be observed and in another revolution of the crankshaft, only one top dead center may be observed,
  • Since the pattern in the generated signals is monitored in the area of top dead center, it is easily possible to detect the mechanical engine position in combination with the gap information on the crankshaft signal.

Ein Kurbelwellensignal 400 eines Motors mit Dreizylindersystem mit Kurbelwellensensor ist in Figur 9 dargestellt. Weiterhin zeigt die Darstellung OT1 402, OT2 404 und OT3 406.A crankshaft signal 400 of an engine with three-cylinder system with crankshaft sensor is in Figure 9 The illustration also shows OT1 402, OT2 404 and OT3 406.

Fall 6Case 6

Im Fall eines Dreizylindersystems ohne Kurbelwellensensor:

  • es ist kein Kurbelwelwellensignal mit Lücke verfügbar. Es ist jedoch das Motorgesschwindigkeitsignal über das Generatorsignal verfügbar,
  • ein solches Muster wird drei Mal im Arbeitsspiel erfasst,
  • da die oberen Totpunkte symmetrisch verteilt sind, muss ein weiteres Signal bewertet werden, um die drei oberen Totpunkte der jeweiligen Zylinder-Hochdruckphase zu unterscheiden. Eine Möglichkeit besteht darin, zu Beginn eine Einspritzung in einen Zylindervorzunehmen und anschließend in den folgenden beiden Umdrehungen der Kurbelwelle an der entsprechenden Position, bezogen auf die Lücke des Drehzahlsignals, eine Zündung vorzunehmen. Da nur für eine der beiden Zündungen eine erfolgreiche Verbrennung stattfinden kann, lässt sich der damit verbundene signifikante Drehzahlanstieg detektierten und so die zwei Umdrehungen des Arbeitsspiels unterscheiden. Sobald der aus der Verbrennung in diesem Zylinder resultierende Drehzahlanstieg erfasst ist, ist die Synchronisierung abgeschlossen.
In the case of a three-cylinder system without crankshaft sensor:
  • no gapped crankshaft signal is available. However, the engine speed signal is available via the generator signal,
  • such a pattern is recorded three times in the work cycle,
  • Since the top dead centers are symmetrically distributed, another signal must be evaluated to distinguish the three top dead centers of the respective cylinder high-pressure phase. One possibility is to carry out an injection into a cylinder at the beginning and then in the following two revolutions of the crankshaft at the corresponding position, based on to the gap in the speed signal to perform an ignition. Since successful combustion can only take place for one of the two ignitions, the associated significant increase in speed can be detected and the two revolutions of the working cycle can be differentiated. As soon as the increase in speed resulting from the combustion in this cylinder is detected, the synchronization is complete.

Ein Kurbelwellensignal 450 eines Motors mit Dreizylindersystem mit Kurbelwellensensor ist in Figur 10 dargestellt. Weiterhin zeigt die Darstellung OT1 452, OT2 454 und OT3 456.A crankshaft signal 450 of an engine with three-cylinder system with crankshaft sensor is in Figure 10 The illustration also shows OT1 452, OT2 454 and OT3 456.

Fall 7Case 7

Zu berücksichtigen ist, dass während eines Kickstarts es ebenfalls möglich ist, das einzigartige Muster in dem erzeugten Signal zu beobachten, das basierend auf dem Motorgeschwindigkeitssignal erzeugt wurde.It should be noted that during a kick start it is also possible to observe the unique pattern in the generated signal that was generated based on the engine speed signal.

Figur 11 zeigt das Verhalten des Motorgeschwindigkeitssignals 500 während eines Kickstarts für einen Einzylindermotor. dabei ist an einer Abszisse 502 der Kurbelwellenwinkel [°CA] und an einer Ordinate 504 die Motorgeschwindigkeit [U/min] aufgetragen. Figure 11 shows the behavior of the engine speed signal 500 during a kickstart for a single-cylinder engine. The crankshaft angle [°CA] is plotted on an abscissa 502 and the engine speed [rpm] on an ordinate 504.

Ein einzigartiges Muster kann um die Kompression im oberen Totpunkt während des Kickstarts bei einem Motor mit einem Zylinder ebenfalls erzeugt werden. Dieses Signalmuster kann verwendet werden, um die Motorposition auch während des Kickstarts zu erfassen. Es ist jedoch auch eine zusätzliche Intelligenz erforderlich, um das Muster in dem erzeugten Signal zu erfassen. Dies ist darin begründet, dass die Motorgeschwindigkeiten während des Kickstarts stark anwachsen. Dies hat einen Einfluss auf die Qualität des erzeugten Signals. Sobald jedoch die Motorgeschwindigkeiten damit anfangen abzufallen, nachdem ein Maximalwert erreicht wurde, muss es möglich sein, das Muster in dem erzeugten Signal leicht zu erfassen.A unique pattern can also be generated around the compression at top dead center during kickstart on a single cylinder engine. This signal pattern can be used to detect the engine position during kickstart as well. However, additional intelligence is also required to detect the pattern in the generated signal. This is because engine speeds increase significantly during kickstart. This has an impact on the quality of the generated signal. However, once engine speeds start to drop after reaching a maximum value, it must be possible to easily detect the pattern in the generated signal.

Es besteht daher ein Bedarf daran, einen Kickstart von einem Starter angetriebenen Start zu unterscheiden. Dies kann bspw. ebenfalls basierend auf dem Verlauf der Batteriespannung während des Starts erreicht werden. Der elektrische Starter benötigt einen signifikanten Energiebetrag von der Batterie. Dies führt zu einem messbaren Abfall der Batteriespannung. Im Vergleich dazu benötigt der Kickstart keine elektrische Energie.There is therefore a need to distinguish a kickstart from a starter-driven start. This can also be done based on the course of the of the battery voltage during starting. The electric starter requires a significant amount of energy from the battery. This leads to a measurable drop in battery voltage. In comparison, the kick start does not require any electrical energy.

Die vorgestellten Vorgehensweisen, um Systeme mit einem oder mehreren Zylindern zu synchronisieren, können ebenfalls bei Startvorgängen mit Kickstarter verwendet werden.The procedures presented to synchronize systems with one or more cylinders can also be used for starting processes with kickstarters.

Je mehr Zylinder der Motor hat, desto geringer sind die Unterschiede zwischen der Geschwindigkeit während der Kompressionsphase und der Geschwindigkeit während der Dekompressionsphase. Daher kann das vorgestellte Verfahren bei einer beliebigen Anzahl an Zylindern verwendet werden, solange der Geschwindigkeitsunterschied ausreichend signifikant ist, Für mehr als drei Zylinder können die für weniger Zylinder vorgestellten Verfahren angepasst werden, um den Bedürfnissen der Anzahl an Zylindern zu genügen.The more cylinders the engine has, the smaller the differences between the speed during the compression phase and the speed during the decompression phase. Therefore, the presented method can be used with any number of cylinders, as long as the speed difference is sufficiently significant. For more than three cylinders, the methods presented for fewer cylinders can be adapted to meet the needs of the number of cylinders.

Claims (12)

  1. Method for determining a position of an internal combustion engine comprising at least one cylinder, wherein a response of a speed signal (50) that represents a speed of the internal combustion engine is detected, wherein the speed signal is an engine speed signal (50) and the engine speed drops during the compression cycle and increases greatly during the decompression phase, and the response of the engine speed signal (50) is taken as a basis for generating a generated signal (100) by performing at least one summation, characterized in that a signal pattern (108) in the response of the generated signal (100) is recognized that is taken as a basis for determining the position, and wherein the generated signal (100) is generated from the speed signal (50) by way of i = a b t i / j = c d t j ,
    Figure imgb0003
    where t[i], t[j] represent individual time intervals between signal edges from the speed signal (50), and wherein at least one time interval or multiple time intervals are summed for each of the sums, the sums being able to comprise different amounts of time intervals from one another.
  2. Method according to Claim 1, wherein a signal of an electrical machine coupled to the crankshaft is used as the speed signal (50) that is detected.
  3. Method according to Claim 1, wherein the speed signal (50) that is detected represents a rotational speed of the crankshaft.
  4. Method according to one of Claims 1 to 3, wherein, after the crankshaft position has been determined, this determined crankshaft position is taken into account for performing a synchronization of the internal combustion engine with a control software.
  5. Method according to one of Claims 1 to 4, wherein the response of the generated signal (100) is compared with a response of a reference signal in order to recognize the signal pattern (108).
  6. Method according to one of Claims 1 to 5, wherein the amplitude of the signal pattern (108) is tested against a calibratable threshold value (106).
  7. Method according to Claim 6, wherein the threshold value (106) is adapted according to different environmental conditions.
  8. Method according to one of Claims 1 to 7, wherein the signal pattern (108) appears once around a compression in the upper dead centre of the highpressure phase.
  9. Method according to one of Claims 1 to 8, which is used for the start type E-start, kickstart or push.
  10. Arrangement for determining a position of an internal combustion engine, which comprises a computing unit and is configured to carry out a method according to one of Claims 1 to 9.
  11. Computer program comprising program code means, which is configured to carry out a method according to one of Claims 1 to 9 when the computer program is executed on a computing unit in an arrangement according to Claim 10.
  12. Machine-readable storage medium with a computer program according to Claim 11 stored thereon.
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