EINRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR ERKENNUNG UND BEEINFLUSSUNG DER PHASENLAGE BEI EINER BRENNKRAFTMASCHINE

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine Einrichtung und ein Verfahren zur Erkennung und Beeinflussung der Phasenlage bei einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs.

[0002] Bei einer Brennkraftmaschine, insbesondere bei einer mit mehreren Zylindern, mit einer Kurbelwelle und einer Nockenwelle wird vom Motorsteuergerät in Abhängigkeit von der erkannten Lage der Kurbel- bzw. Nockenwelle berechnet, wann in welchen Zylinder Kraftstoff eingespritzt werden soll und zu welchem Zeitpunkt die Zündung ausgelöst werden muß. Dabei ist es üblich, die

[0003] Winkellage der Kurbelwelle mit Hilfe eines Aufnehmers zu ermitteln, der die Kurbelwelle bzw. eine mit dieser verbundenen Geberscheibe mit einer charakteristischen Oberfläche abtastet. Ausgehend von der erhaltenen Impulsfolge kann das Steuergerät die Winkelzuordnung erkennen.

[0004] Da sich die Kurbelwelle innerhalb eines Arbeitsspiels bei einem Viertakter zweimal dreht, läßt sich jedoch allein durch Abtasten der Kurbelwelle die Phasenlage der Brennkraftmaschine nicht eindeutig bestimmen. Bei einer falschen Phasenlage sind Zündung und Einspritzung um 360° KW verkehrt vom Steuergerät ausgegeben. Aufgrund der Tatsache, daß ein Zyklus eines Viertakters 720° KW beträgt und allein mittels des Sensors im Geberrad nicht bestimmt werden kann, welcher der vier Takte ansteht.

[0005] Bei fehlerhaftem Phasensignal mißlingt statistisch gesehen jeder zweite Startversuch, da Zündung und Einspritzung um 360° KW Kurbelwelle vom Steuergerät falsch ausgegeben werden. Der Motor springt daher nicht an. Darüber hinaus wird bei einem Benzindirekteinspritzer Gas aus dem Brennraum in die Einspritzventile und das Fuel Rail zurückgedrückt, was dann dazu führt, daß auch bei richtiger Phasenlage das Startverhalten beeinträchtigt wird.

[0006] Damit die Phasenlage richtig erkannt wird, ist nach dem Stand der Technik üblicherweise ein zweiter Aufnehmer oder Sensor vorgesehen, der eine mit der Nockenwelle in Verbindung stehende Geberscheibe, die an ihrer Oberfläche eine Bezugsmarke aufweist, abtastet. Da sich die Nockenwelle nur einmal während eines Arbeitsspiels dreht, kann das Steuergerät aus dem vom Nockenwellensensor gelieferten Signal mit einem einzigen Impuls pro Arbeitsspiels die Phasenlage der Brennkraftmaschine erkennen und eine Synchronisation durchführen. Ein solches System wird z.B. in der deutschen Patentanmeldung P 4230616.7 beschrieben.

[0007] Aus der DE-OS 4418578 geht eine Einrichtung zur Erkennung der Phasenlage bei einer Brennkraftmaschine hervor, die ohne zweiten Sensor in Form eines Nockenwellensensors auskommt, indem unter bestimmten Bedingungen eine Überprüfung der Phasenlage durchgeführt wird, wobei diese Bedingung vorteilhafterweise das Wiedereinsetzen der sequentiellen Kraftstoffeinspritzung nach der Schubabschaltung ist. Im einzelnen wird dabei über einen Segmentzeitvergleich ermittelt, ob die Drehzahl einzelner eingespritzter Zylinder in der erwarteten Winkellage kommen und daraus auf richtige oder falsche Phasenlage geschlossen, wobei unter Segmentzeit eine Zeit zu verstehen ist, die verstreicht, während sich die Kurbelwelle um einen Winkel dreht, der allgemein als Segment bezeichnet wird.

[0008] Bei Benzindirekteinspritzern mit einem Kraftstoffeinspritz-ventil für jeden Kolben einer Brennkraftmaschine ist das Notlaufkonzept einer Saugrohreinspitzung mit Doppelzündung nicht anwendbar. Darüberhinaus wird bei falscher Phasenlage Gas aus dem Brennraum in die Einspritzventile und das Fuel Rail zurückgedrückt, was dazu führt, daß dann auch bei richtiger Phasenlage das Startverhalten beeinträchtigt wird oder der Start ganz verhindert wird.

[0009] Daher liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung und ein Verfahren anzugeben, durch die/das ein Detektieren der Phasenlage beim Start möglich ist und durch die/das sich ein verbessertes Startverhalten bei Ausfall des Phasensignals ergibt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs und der Unteransprüche gelöst.

[0010] Die erfindungsgemäße Einrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren hat den wesentlichen Vorteil, daß bereits vorhandene Baugruppen und Komponenten benutzt werden, kein zusätzlicher Nockenwellensensor benötigt wird und auch keine extra Drucksensoren erforderlich sind. Die Raildruckauswertung erfolgt üblicherweise direkt im Steuergerät, ohne Zusatzschaltung. Gegebenenfalls kann das Drucksignal des Fuel-Rail-Sensors auch über eine einfache analoge/digitale Komparatorschaltung dem Steuergerät zur Auswertung zugeführt werden.

[0011] Nach Erkennung der Bezugsmarke erfolgt eine spezielle Einspritzung ohne Zündung in eines der Kraftstoffeinspritz-ventile beim oberen Totpunkt.

[0012] Bei einer falschen Phasenlage ab Start wird das betreffende Einspritzventil in das durch den Kompressionsgegendruck zurückgeblasen wird, sofort geschlossen und die Druckerhöhung beispielsweise über die analog/digitale Komparatorschaltung dem Steuergerät mitgeteilt. Daraufhin wird eine Umsynchronisation von Einspritzung und Zündung um 360° KW vom Steuergerät ausgelöst.

[0013] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt.

[0014] Es zeigen:

Fig. 1:

Eine schematische Darstellung eines Vierzylindermotors

Fig. 2:

Ein Fuel Rail für einen Vierzylindermotor

Fig. 3:

Eine Prinzipdarstellung einer Motorsteuerungseinrichtung.

[0015] Die Fig. 1 zeigt mit dem Bezugszeichen 1 den angesaugten Kraftstoff der mittels der in Fig. 2 mit dem Bezugszeichen 9 gekennzeichneten Elektrokraftstoffpumpe in das Fuel Rail 7 gefördert wird. Das Fuel Rail ist Bestandteil bei Benzindirekteinspritzern und hat an jedem Zylinder der Brennkraftmaschine 6 Abzweigungen für die Einspritzventile 5, die direkt den Kraftstoff elektromagnetisch gesteuert in den Brennraum einspritzen. Mit 2 ist die angesaugte Luft gekennzeichnet, 3 ist die Drosselklappe und 4 ist das Saugrohr, das ebenfalls Verzweigungen zu jedem Zylinder aufweist. Mit 8 ist der als Drucksensor fungierende Fuel Rail Sensor gekennzeichnet, der den herrschenden Druck im Fuel Rail mißt. Bei der Direkteinspritzung gemäß Fig. 1 saugt der Motor im Normalbetrieb nur noch Luft an und nicht mehr das Kraftstoffluftgemisch. Die Gemischbildung im Brennraum erlaubt zwei völlig unterschiedliche Betriebsarten. Zum einen muß im Schichtbetrieb das Gemisch nur im Bereich der Zündkerze zündfähig sein. Im anderen übrigen Teil des Brennraums befindet sich dann nur Frisch- und Restgas ohne unverbrannten Kraftstoff. Im Leerlauf und Teillastbereich ergibt sich dann ein sehr mageres Gemisch und damit eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs.

[0016] Im Homogenbetrieb zum anderen liegt wie bei der äußeren Gemischbildung im gesamten Brennraum homogenes Gemisch vor. Die gesamte im Brennraum verfügbare Frischluft nimmt am Verbrennungsvorgang teil. Diese Betriebsart wird im Bereich der Vollast verwendet.

[0017] Fig. 2 zeigt eine perspektivische Darstellung des Fuel Rail 7 für einen Vierzylinder mit vier Einspritzventilen 5 dem Druckregler 11 und dem als Drucksensor fungierenden Fuel Rail Sensor 8. Das Bezugszeichen 10 zeigt das Kraftstoffilter, 9 ist die Elektrokraftstoffpumpe.

[0018] Die Steuerung bzw. Regelung der Brennkraftmaschine 6 mit Benzindirekteinspritzung übernimmt das Steuergerät 25 gemäß Fig. 3. Mit Bezugszeichen 16 ist die Geberscheibe bezeichnet, die starr mit der Kurbelwelle 12 der Brennkraftmaschine 6 verbunden ist und an ihrem Umfang eine Vielzahl gleichartiger Winkelmarken 13 aufweist. Neben diesen gleichartigen Winkelmarken 13 ist eine Bezugsmarke 14 vorhanden, die bspw. durch zwei fehlende Winkelmarken realisiert ist. Die Geberscheibe 16 wird vom Aufnehmer 15, bspw. einem induktiven Aufnehmer oder einem Hall-Sensor oder einem Magnetoresistiven-Sensor, abgetastet. Die beim Vorbeilaufen der Winkelmarken 13 im Aufnehmer 15 erzeugten Signale werden im Steuergerät 25 in geeigneter Weise aufbereitet.

[0019] Ein bei herkömmlichen Brennkraftmaschinen vorhandener Phasensensor, der die Nockenwelle 26 bzw. eine mit der Nockenwelle 26 verbundene Scheibe mit einer Markierung abtastet, wird hier nicht benötigt. Die Information bezüglich der Phasenlage, die aus dem Ausgangssignal eines solchen Sensors üblicherweise gewonnen wird, wird hier mit Hilfe des Drucksensorsignals des Fuel Rail Sensors 8 erhalten.

[0020] Das Steuergerät 25 erhält über verschiedene Eingänge weitere für die Steuerung bzw. Regelung der Brennkraftmaschine erforderliche Eingangsgrößen, die von verschiedenen Sensoren gemessen werden. In Fig. 3 sind diese Sensoren mit 17 bezeichnet. Über einen weiteren Eingang wird ein "Zündung ein"- Signal zugeführt, das beim Schließen des Zündschalters 18 von der Klemme 15 des Zündschloßes geliefert wird und dem Steuergerät 25 die Inbetriebnahme des Brennkraftmaschine anzeigt.

[0021] Das Steuergerät 25 selbst umfaßt wenigstens eine zentrale Prozessoreinheit 20 sowie Speicher 19. Im Steuergerät 25 werden Signale für die Einspritzung und Zündung für nicht näher bezeichnete Komponenten der Brennkraftmaschine ermittelt. Dieses Signale werden über die Ausgänge 21 und 22 des Steuergeräts 25 abgegeben.

[0022] Die Spannungsversorgung des Steuergeräts 25 erfolgt in üblicher Weise mit Hilfe der Batterie 23 die über den Schalter 24 während des Betriebs der Brennkraftmaschine sowie einer vom Steuergerät selbst gesteuerten Nachlaufphase nach Abstellen des Motors mit dem Steuergerät 25 in Verbindung steht. In der Nachlaufphase werden die nach dem Abstellen der Brennkraftmaschine 6 noch ermittelten Informationen abgespeichert, sie stehen dann beim Wiedereinschalten der Brennkraftmaschine 6 dem Steuergerät 25 sofort zur Verfügung. Diese Informationen umfassen insbesondere auch die letzten Winkelstellungen der Kurbel- bzw. Nockenwelle 12 bzw. 26 sowie Informationen hinsichtlich der letzten Phasenlage.

[0023] Bei einem System, das ohne Phasensensor auskommen soll, d.h. ohne Sensor, der die Stellung der Nockenwelle ermittelt, besteht das Problem, daß das vom Kurbelwellensensor gelieferte Bezugsmarkensignal mehrdeutig ist, da sich die Kurbelwelle 12 innerhalb eines Arbeitsspiels bei einem Viertakter zweimal dreht, während sich die Nockenwelle 26nur einmal dreht. Es wird deshalb zur Erkennung der Phasenlage vom Steuergerät 25 bei bestimmten Betriebsbedingungen, insbesondere beim Start, die Phasenlage so beeinflußt, daß wenn sie fehlerhaft ist, was über den Fuel Rail Sensor 8 meßbar ist, die Phasenlage von Zündung und Einspritzung über das Steuergerät 25 um 360° KW umsynchronisiert wird. Dazu ist der Drucksensor im Fuel Rail angeordnet und mit dem Fuel Rail Sensor 8 identisch.

[0024] Es kann auch jedem Kraftstoffeinspritzventil 5 ein Drucksensor zugeordnet sein.

[0025] Bei einer falschen Phasenlage um 360° KW beim Start erfolgt Rückblasen durch Kompressionsgegendruck in ein betreffendes Einspritzventil. Dies führt zu einer Druckerhöhung im Fuel Rail, die der Sensor 8 registriert. Dies ist über eine einfache analoge/digitale Komparatorschaltung (nicht dargestellt) auswertbar und wird als Signal an das Steuergerät 25 abgegeben. Dort wird eine Umsynchronisation von Zündung und Einspritzung um 360° KW ausgegeben. Die Auswertung des gemessenen Raildruckes kann auch auf andere Weise direkt im Steuergerät erfolgen.

[0026] Verfahrenstechnisch erfolgt nach Erkennung der Bezugsmarke 14 an der Geberscheibe 16 eine spezielle Einspritzung ohne Zündung beim oberen Totpunkt. Bei einer falschen Phasenlage erfolgt Rückblasen in das entsprechende Kraftstoffeinspritzventil 5 mit einer folgenden Druckerhöhung im Fuel Rail 7. Nach Erkennen der Druckerhöhung wird das Kraftstoffeinspritzventil 5 sofort geschlossen um ein zu starkes Rückblasen zu unterbinden. Danach erfolgt Umsynchronisation von Einspritzung und Zündung um 360° KW mittels des Steuergeräts 25.

[0027] Bei richtiger Phasenlage (Einspritzung im Ladungswechsel oberen Totpunkt) erfolgt keine Druckerhöhung im Fuel Rail Sensor. Die Einspritzung und Zündung kann beim folgenden Zylinder mit korrekter Phasenlage beginnen.

Bezugszeichenliste

[0028] 

1

Kraftstoff

2

Luft

3

Drosselklappe

4

Saugrohr

5

Kraftstoffeinspritzventile

6

Motor/Brennkraftmaschine

7

Fuel Rail

8

Fuel Rail Sensor

9

Elektrokraftstoffpumpe

10

Kraftstoffilter

11

Druckregler

12

Kurbelwelle

13

Winkelmarken

14

Bezugsmarke

15

Aufnehmer

16

Geberscheibe

17

Sensoren

18

Zündschalter

19

Speicher

20

Prozessoreinheit

21

Ausgang

22

Ausgang

23

Batterie

24

Schalter

25

Steuergerät

26

Nockenwelle

KL.15

Klemme 15

Ansprüche

1. Einrichtung zur Steuerung bzw. Regelung einer Brennkraftmaschine mit einer Nockenwelle (26) und einer Kurbelwelle (12), deren Winkelstellung mittels eines Aufnehmers (15) und einer Geberscheibe (16) mit Bezugsmarke (14) fortlaufend ermittelt wird, mit Kraftstoffeinspritzventilen (5), die den Kraftstoff (1) direkt in die Brennkammern einspritzen und die Kraftstoffeinspritzventile (5) den Kraftstoff (1) von einer mit Druck beaufschlagenden Elektrokraftstoffpumpe (9) über ein Fuel Rail (7) zugeführt bekommen mit einem Steuergerät (25), das die Ausgangssignale des Aufnehmers (15) auswertet, wobei das Steuergerät Mittel enthält zur Bestimmung der Winkelstellung und zur Ermittlung der Drehzahl, wobei das Steuergerät (25) abhängig von der Winkelstellung Einspritz- und/oder Zündimpulse auslöst, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Erkennung der Phasenlage der Brennkraftmaschine (6) ein Drucksensor (8) beinhalten, dessen Drucksignal einen charakteristischen Verlauf hat beim Rückblasen mit Kompressionsgegendruck von Kraftstoff-Luftgemisch in eines der Kraftstoffeinspritzventile (5) bei einer um 360° KW versetzten falschen Phasenlage von Zündung und Einspritzung, was beim Drucksensorsignal zu einer signifikanten Erhöhung führt, wobei das Drucksensorsignal dem Steuergerät (25) zugeführt ist und das Steuergerät Mittel enthält über die eine Umsynchronisation um 360° KW von Zündung und Einspritzung erfolgt, wenn Rückblasen erkannt wird.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Kraftstoffeinspritzventil (5) ein Drucksensor (8) zugeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für alle Zylinder nur ein Drucksensor (8) vorgesehen ist, der im Fuel Rail (7) angeordnet ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (8) identisch ist mit dem Fuel Rail Sensor.

5. Einrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal des Drucksensors (8) über eine analog/digitale Komparatorschaltung ausgewertet und dem Steuergerät (25) zugeführt ist.

6. Einrichtung zur Steuerung bzw. Regelung einer Brennkraftmaschine nach den Ansprüchen 1-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät Mittel enthält, die nach Erkennung der Bezugsmarke (14) der Geberscheibe (16) im ersten oberen Totpunkt eine spezielle Einspritzung, insbesondere ohne Zündung, beim oberen Totpunkt veranlassen.

7. Verfahren zur Steuerung bzw. Regelung einer Viertakt-Brennkraftmaschine mit Kraftstoffeinspritzventilen (5), die den Kraftstoff (1) direkt in die Brennkammern einspritzen, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer falschen Phasenlage ein Rückblasen mit Kompressionsgegendruck von Kraftstoff-Luftgemisch in eines der Kraftstoffeinspritzventile (5) erfolgt, welches durch eine Druckerhöhung in einem Drucksensor (8) nachgewiesen wird, und dass bei erkannter falscher Phasenlage ein Steuergerät (25) eine Umsynchronisation um 360° KW von Zündung und Einspritzung vornimmt.

Claims

1. Device for controlling or regulating an internal combustion engine having a camshaft (26) and a crankshaft (12), the angular position of which is determined continuously by means of a pick-up (15) and a transmitter disc (16) having a reference mark (14), with fuel injection valves (5) which inject the fuel (1) directly into the combustion chambers and the fuel injection valves (5) receive the fuel (1), supplied via a fuel rail (7) from a pressure-generating electric fuel pump (9), with a control unit (25) which evaluates the output signals from the pick-up (15), the control unit containing means for determining the angular position and for determining the rotational speed, the control unit (25) triggering injection and/or ignition pulses as a function of the angular position, characterized in that the means for detecting the phase relation of the internal combustion engine (6) contain a pressure sensor (8), the pressure signal of which has a characteristic profile in the event of the blowback of fuel/air mixture with compression counterpressure in one of the fuel injection valves (5) when there is a false phase relation, offset at 360° crank angle, between ignition and injection, thus leading to a significant increase in the pressure-sensor signal, the pressure-sensor signal being supplied to a control unit (25), and the control unit containing means via which a resynchronization of ignition and injection by the amount of 360° crank angle takes place when blowback is detected.

2. Device according to Claim 1, characterized in that each fuel injection valve (5) is assigned a pressure sensor (8).

3. Device according to Claim 1, characterized in that only one pressure sensor (8), which is arranged in the fuel rail (7), is provided for all the cylinders.

4. Device according to Claim 3, characterized in that the pressure sensor (8) is identical to the fuel-rail sensor.

5. Device according to Claims 1 to 4, characterized in that the signal of the pressure sensor (8) is evaluated via an analogue/digital comparator circuit and is supplied to the control unit (25).

6. Device for controlling or regulating an internal combustion engine according to Claims 1-5, characterized in that the control unit contains means which, after detection of the reference mark (14) of the transmitter disc (16) at the first top dead centre, induce special injection, particularly without ignition, at the top dead centre.

7. Method for controlling or regulating a four-stroke internal combustion engine with fuel injection valves (5) which inject the fuel (1) directly into the combustion chambers, characterized in that, in the event of a false phase relation, a blowback of fuel/air mixture with compression counterpressure takes place in one of the fuel injection valves (5), the said blowback being detected as a result of a pressure increase in a pressure sensor (8), and in that, when a false phase relation is detected, a control unit (25) carries out a resynchronization of ignition and injection by the amount of 360° crank angle.

Revendications

1. Dispositif de commande ou de régulation d'un moteur à combustion interne avec un arbre à came (26) et un vilebrequin (12), dont la position angulaire est déterminée en permanence au moyen d'un capteur (15) et d'un disque transmetteur (16) ayant des marques de référence (14), comprenant des injecteurs de carburant (5) qui injectent le carburant (1) directement dans les chambres de combustion, les injecteurs de carburant (5) recevant le carburant (1) par une pompe de carburant électrique (9) sous pression par l'intermédiaire d'une rampe de carburant (7), et avec un appareil de commande (25) qui exploite les signaux de sortie du capteur (15), l'appareil de commande comprenant des moyens pour déterminer la position angulaire et détecter la vitesse de rotation, l'appareil de commande (25) déclenchant des impulsions d'injection et/ou d'allumage en fonction de la position angulaire,
caractérisé en ce que
les moyens pour identifier la position de phase du moteur à combustion interne (6) comprennent un capteur de pression (8) dont le signal de pression présente une courbe caractéristique lors du soufflage de retour sous contre-pression de compression d'un mélange carburant/air dans l'un des injecteurs de carburant (5) en présence d'une mauvaise position de phase décalée de 360° KW de l'allumage et de l'injection, ce qui conduit à une augmentation significative au niveau du signal de capteur de pression, le signal de capteur de pression étant conduit à l'appareil de commande (25) et l'appareil de commande comprenant des moyens permettant une resynchronisation de 360° KW de l'allumage et de l'injection lorsqu'un soufflage de retour est identifié.

2. Dispositif selon la revendication 1,
caractérisé en ce qu'
un capteur de pression (8) est associé à chaque injecteur de carburant (5).

3. Dispositif selon la revendication 1,
caractérisé en ce qu'
un seul capteur de pression (8) prévu pour tous les cylindres, est disposé dans la rampe de carburant (7).

4. Dispositif selon la revendication 3,
caractérisé en ce que
le capteur de pression (8) est identique au capteur de rampe de carburant.

5. Dispositif selon la revendication 1 à 4,
caractérisé en ce que
le signal du capteur de pression (8) est exploité par un circuit comparateur analogique/numérique et transmis à l'appareil de commande (25).

6. Dispositif de commande ou de régulation d'un moteur à combustion interne selon les revendications 1-5,
caractérisé en ce que
l'appareil de commande comprend des moyens qui, après l'identification de la marque de référence (14) du disque transmetteur (16) dans le premier point mort supérieur, provoquent une injection spéciale, notamment sans allumage, au niveau du point mort supérieur.

7. Procédé de commande ou de régulation d'un moteur à combustion interne à quatre temps avec des injecteurs de carburant (5), qui injectent le carburant (1) directement dans les chambres de combustion,
caractérisé en ce que
lors d'une mauvaise position de phase, un soufflage de retour sous contre-pression de compression d'un mélange carburant/air effectué dans l'un des injecteurs de carburant (5), est détecté par une augmentation de pression dans un capteur de pression (8), et après l'identification d'une mauvaise position de phase, un appareil de commande (25) effectue une resynchronisation de 360° KW de l'allumage et de l'injection.

Zeichnung