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Title:
METHOD FOR OPERATING AN INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE WITH CYLINDER-SELECTIVE DETECTION OF THE POSITION OF THE GAS EXCHANGE VALVES OR THE PUMP PISTON OF A PUMP AND NOZZLE UNIT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2003/027448
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for operating an internal combustion engine, and to an internal combustion engine in which the position of at least one gas exchange valve per cylinder is measured. Improvements are made in terms of emission, consumption and starting behaviour of the inventive internal combustion engine. In an advantageous embodiment of the invention, the position of a gas exchange valve (13) is measured by an annular piezo sensor (23) which is arranged between a closing spring (21) and the cylinder head (3).

Inventors:
SCHEMPP STEFAN (DE)
LUNT MARTIN (DE)
ZIMMERMANN KLAUS (AT)
Application Number:
PCT/DE2002/002299
Publication Date:
April 03, 2003
Filing Date:
June 21, 2002
Export Citation:
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Assignee:
BOSCH GMBH ROBERT (DE)
SCHEMPP STEFAN (DE)
LUNT MARTIN (DE)
ZIMMERMANN KLAUS (AT)
International Classes:
F01L1/46; F02M57/02; F02M65/00; (IPC1-7): F01L1/46; F02M57/02; F02M65/00
Foreign References:
DE19735375C11998-07-02
DE19830667A12000-01-27
DE4326379A11995-02-09
US4306528A1981-12-22
US4483480A1984-11-20
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Claims:
Ansprüche
1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (1) und mindestens einem Gaswechselventil (13), gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte : Messen der Stellung mindestens eines Gaswechselventils (13) und Erfassen weiterer Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, Berechnen von Einspritzmenge, Einspritzzeitpunkt und erforderlichenfalls des Zündzeitpunkts für jeden Zylinder in Abhängigkeit der gemessenen Stellung des Gaswechselventils (13) und der weiteren erfassten Betriebsparameter.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung des mindestens einen Gaswechselventils (13) durch Erfassen der auf das Gaswechselventil (13) wirkenden Schließkraft gemessen wird.
3. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder (1) und mindestens einer Pumpe DüseEinheit, wobei die PumpeDüseEinheit einen Pumpenkolben aufweist, gekennzeichnet durch folgende Verfahrensschritte : Messen der Stellung Pumpenkolbens und Erfassen weiterer Betriebsparameter der Brennkraftmaschine, Berechnen von Einspritzmenge, Einspritzzeitpunkt und erforderlichenfalls des Zündzeitpunkts für jeden Zylinder in Abhängigkeit der gemessenen Stellung des Pumpeizkolbens und der weiteren erfassten Betriebsparameter.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellung des Pumpenkolbens durch Erfassen der auf den Pumpenkolben wirkenden Schließkraft gemessen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die auf das Gaswechselventil (13) wirkende Schließkraft von einem PiezoSensor (23) gemessen wird.
6. Brennkraftmaschine mit mindestens einem Gaswechselventil pro Zylinder, mit einer Einrichtung zum Öffnen des mindestens einen Gaswechselventils (13) und mit einer Einrichtung zum Schließen des Gaswechselventils (13), dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gaswechselventil (13) eine Einrichtung zum Erfassen der Position des Gaswechselventils (13) vorhanden ist.
7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Schließen des Gaswechselventils (13) eine sich gegen einen Zylinderkopf (3) und anderenends gegen das Gaswechselventil (13) abstützende Schließfeder (21) ist, und dass die Einrichtung zum Erfassen der Position des Gaswechselventils (13) die zwischen Schließfeder (21) und Zylinderkopf (3), bzw. zwischen Schließfeder (21) und Gaswechselventil (13) wirkende Schließkraft mindestens mittelbar erfasst.
8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erfassen der Position des Gaswechselventils (13) zwischen Zylinderkopf (3) und Schließfeder (21) angeordnet ist.
9. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erfassen der Position des Gaswechselventils (13) zwischen Gaswechselventil (13) und Schließfeder (21) angeordnet ist.
10. Brennkraftmaschine mit einer PumpeDüseEinheit pro Zylinder, wobei jede PumpeDüseEinheit einen Pumpenkolben aufweist, wobei der Pumpenkolben während des Förderhubs von einer ersten Einrichtung betätigt wird, und wobei der Pumpenkolben während das Saughubs von einer zweiten Einrichtung betätigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Pumpenkolben eine Einrichtung zum Erfassen der Position des Pumpenkolbens vorhanden ist.
11. Brennkraftmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Einrichtung zum Betätigen des Pumpenkolbens eine sich einenends gegen die PumpeDüse Einheit und anderenends gegen den Pumpenkolben abstutzende Schließfeder ist, und dass die Einrichtung zum Erfassen der Position des Pumpenkolbens die zwischen Schließfeder und PumpeDüseEinheit, bzw. zwischen Schließfeder und Gaswechselventil Pumpenkolben wirkende Schließkraft mindestens mittelbar erfasst.
12. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erfassen der Position des Pumpenkolbens zwischen Pumpe DüseEinheit und Schließfeder angeordnet ist.
13. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erfassen der Position des Pumpenkolbens zwischen Pumpenkolben und Schließfeder angeordnet ist.
14. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zum Erfassen der Position des Gaswechselventils (13) oder des Pumpenkolbens ein PiezoSensor (23), insbesondere ein ringförmiger PiezoSensor, ist.
15. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 6 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass aus der Auswertung der zeitlich aufgelösten Ausgangssignale der Einrichtung zum Erfassen der Position des Gaswechselventils (13) oder der PumpeDüseEinheit die Drehzahl und/oder die Drehbeschleunigung der Nockenwelle oder der Kurbelwelle bestimmt wird.
Description:
Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine mit zylinderselektiver Erfassung der Stellung der Gaswechselventile oder des Pumpenkolbens einer Pumpe-Düse-Einheit Stand der Technik Bei manchen modernen Brennkraftmaschinen sind die Steuerzeiten und der Hub der Gaswechselventile verstellbar.

Damit werden Verbesserungen beim Emissions-und Verbrauchsverhalten sowie bei der Leistungsabgabe der Brennkraftmaschine erzielt. Bei Brennkraftmaschinen mit variablen Steuerzeiten ist eine eindeutige Zuordnung der Stellung der Gaswechselventile und der Stellung der Kurbelwelle nicht gegeben. Daraus resultiert die Notwendigkeit, neben der Stellung der Kurbelwelle auch die Stellung der Gaswechselventile zu erfassen. Die Stellung der Gaswechselventile wird üblicherweise durch einen Hallsensor od. dgl. an der Nockenwelle erfasst. Allerdings kann es bei dieser mittelbaren Messung zu Ungenauigkeiten bei der Messung der Stellung der Gaswechselventile kommen, beispielsweise infolge von Torsionsschwingungen der Nockenwelle.

Wenn die Stellung der Gaswechselventile nicht oder nur ungenau erfasst werden kann, verschlechtern sich Verbrauchs-und Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine.

Ebenso ist kann es bei Brennkraftmaschinen mit Pumpe-Düse- Einheiten notwendig sein, die Stellung des Pumpenkolbens von mindestens einer Pumpe-Düse-Einheit zu erfassen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, welches es erlaubt, die Brennkraftmaschine schadstoffärmer und verbrauchsärmer zu betreiben und außerdem das Startverhalten der Brennkraftmaschine verbessert.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder und mindestens einem Gaswechselventil, wobei die Stellung des mindestens einen Gaswechselventils gemessen wird, weitere Betriebsparameter der Brennkraftmaschine erfasst werden und die Einspritzmenge, Einspitzzeitpunkt und erforderlichenfalls der Zündzeitpunkt für jeden Zylinder in Abhängigkeit der gemessenen Stellung des Gaswechselventils und der weiteren erfassten Betriebsparameter erfolgen.

Vorteile der Erfindung Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Stellung des Gaswechselventils direkt gemessen, so dass eine genauere Erfassung der Stellung der Gaswechselventile möglich ist, was sich positiv auf das Emissions-und Verbrauchsverhalten auswirkt. Außerdem kann durch die zylinderselektive Erfassung der Stellung der Gaswechselventile jeder Zylinder zum. frühest möglichen Zeitpunkt seine Arbeit aufnehmen, da aufgrund der Stellung des Gaswechselventils bekannt ist, in welchem Hub sich jeder Zylinder befindet. Dadurch verbessert sich das Startverhalten einer nach dem erfindungsgemäßen Verfahren arbeitenden Brennkraftmaschine.

Für den Fall, dass die Steuerung der Gaswechselventile oder eines der Gaswechselventile nicht ordnungsgemäß funktioniert, kann aus der Messung der Stellung der Gaswechselventile eine Diagnose des schadhaften Ventils bzw. dessen Ansteuerung erstellt werden.

Bei weiteren Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Stellung des mindestens einen Gaswechselventils durch Erfassen der auf das Gaswechelsventils wirkenden Schließkraft, insbesondere mittels eines Piezo-Sensors, gemessen, so dass durch einen einfachen einteiligen Sensor, der außerordentlich belastbar ist, die Stellung des Gaswechselventils unmittelbar erfasst werden kann. Da die Spannung in einem eindeutigen Zusammenhang mit der auf das Gaswechselventil wirkenden Schließkraft steht und zum Schließen der Gaswechselventile in der überwiegenden Zahl der derzeitig gebauten Brennkraftmaschinen Schließfedern eingesetzt werden, kann aus der Auswertung der Piezo- Spannung unmittelbar auf die Stellung des Gaswechselventils geschlossen werden.

Die eingangs genannte Aufgabe wird bei einer Brennkraftmaschine mit mindestens einer Pumpe-Düse-Einheit erfindungsgemäß auch durch das Verfahren gemäß dem nebengeordneten Anspruch 3 gelöst.

Die eingangs genannte Aufgabe wird bei einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Gaswechselventil pro Zylinder, mit einer Einrichtung zum Öffnen des mindestens einen Gaswechselventils und mit einer Einrichtung zum Schließen des Gaswechselventils dadurch gelöst, dass an dem Gaswechselventil eine Einrichtung zum Erfassen der Position des Gaswechselventils vorhanden ist.

Mit dieser Brennkraftmaschine können die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens realisiert werden.

Bei einer Variante der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine ist vorgesehen, dass die Einrichtung zum Schließen des Gaswechselventils eine sich einenends gegen einen Zylinderkopf und das Gaswechselventil anderenends abstützende Schliessfeder ist, und dass die Einrichtung zum Erfassen der Position des Gaswechselventils die zwischen Schließfeder und Zylinderkopf, bzw. zwischen Schließfeder und Gaswechselventil wirkende Schließkraft mindestens mittelbar erfasst, so dass über eine verhältnismäßig einfach und zuverlässig mögliche Kraftmessung die Stellung des Gaswechselventils mit ausreichender Genauigkeit bestimmt werden kann.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sehen vor, dass die Einrichtung zum Erfassen der Position des Gaswechselventils ein Piezo-Sensor ist und/oder dass die Einrichtung zum . Erfassen der Postition des Gaswechselventils zwischen Zylinderkopf und Schließfeder angeordnet ist, so dass durch einen einfach zu montierenden ring-förmigen Piezo-Sensor die auf das Gaswechselventil wirkende Schließkraft gemessen werden kann. Alternativ ist es auch möglich, den Piezo- Sensor an anderen Stellen im Ventiltrieb anzuordnen, wobei lediglich darauf geachtet werden muss, dass ein direkter Zusammenhang zwischen der auf den Piezo-Sensor wirkenden Kraft und der auf das Gaswechselventil wirkenden Schließkraft vorhanden ist.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einer Brennkraftmaschine mit einer Pumpe-Düse-Einheit pro Zylinder, wobei jede Pumpe-Düse-Einheit einen Pumpenkolben aufweist, wobei der Pumpenkolben während des Förderhubs von einer ersten Einrichtung betätigt wird, und wobei. der Pumpenkolben während das Saughubs von einer zweiten Einrichtung betätigt wird, auch dadurch gelöst, dass an dem Pumpenkolben eine Einrichtung zum Erfassen der Position des Pumpenkolbens vorhanden ist.

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Unteransprüchen beschrieben. Damit werden die zuvor genannten Vorteile realisisert.

Zeichnung Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand einer Darstellung eines Ausführungsbeispiels, dessen Beschreibung und der Patentansprüche erläutert.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels In der einzigen Figur ist ein Zylinder 1 mit einem Zylinderkopf 3 einer Brennkraftmaschine geschnitten dargestellt. In dem Zylinder 1 ist ein Kolben 5 geführt, der über ein Pleuel 7 mit einer nicht dargestellten Kurbelwelle gekoppelt ist. Im Zylin. derkopf 3 ist ein Brennraum 9, eine Zündkerze 11 sowie ein Gaswechselventil 13 angeordnet.

Das Gaswechselventil 13 wird über einen Schlepphebel 15 von einer Nockenwelle 17 gesteuert. Zwischen dem Zylinderkopf 3 und einem dem Brennraum 9 abgewandten Ende 19 des Gaswechselventils 13 ist eine Schließfeder 21 eingespannt.

In der Figur befindet sich der Kolben 5 im oberen Totpunkt und das Gaswechselventil 13 ist geschlossen. Wenn sich der Kolben 5 aus der in der Figur gezeigten Stellung nach unten bewegt, wird das Gaswechselventil 13 durch die Nockenwelle 17 geöffnet, d. h., das Gaswechselventil 13 bewegt sich in Richtung des Kolbens 5. Durch die Bewegung des Gaswechselventils 13 nach unten wird die Schließfeder zusammengedrückt. Dadurch erhöht sich die von der Schließfeder 21 auf das Ende 19 des Gaswechselventils 13 übertragene Schließkraft. In gleichem Maße erhöht sich sich auch die zwischen Schließfeder 21 und Zylinderkopf 3 wirkende Kraft.

Zwischen Schließfeder 21 und Zylinderkopf 3 ist ein ringförmiger Piezo-Sensor 23 angeordnet. Der Piezo-Sensor 23 liefert eine zur zwischen Schließfeder 21 und Zylinderkopf 3 wirkende kraftproportionale Ausgangsspannung. Wegen des eindeutigen Zusammenhangs zwischen der von der Schließfeder 21 auf den Zylinderkopf 3 ausgeübten Schließkraft und der Länge der Schließfeder, ist die Ausgangsspannung des Piezo-Sensors 23 ein direktes Maß für die Stellung des Gaswechselventils 13. Daraus läßt sich ebenfalls die Winkelstellung der Nockenwelle berechnen.

Dies kann beispielsweise zur Überwachung der Verdrehung von Kurbelwelle und Nockenwelle bei Ventilsteuerungen'mit Nockewellenantrieb und variablen Steuerzeiten erforderlich sein.

Selbstverständlich ist es auch möglich, den Piezo-Sensor zwischen Schließfeder 21 und dem Ende 19 des Gaswechselventils 13 anzuordnen (nicht dargestellt). Der Piezo-Sensor 23 könnte auch im Bereich des Lagerbocks 25, welcher die Schlepphebel 15 trägt, angeordnet werden.

Prinzipiell ist jeder Ort für die Anbringung des Piezo- Sensors 23 geeignet, an dem eine Kraft auf den Piezo-Sensor ausgeübt wird, die eindeutig einer Schließkraft der Schließfeder 21 zuordenbar ist.

Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine ist jedoch nicht, wie in der Figur angedeutet, auf einen Otto-Motor beschränkt, sondern kann auch als Dieselmotor ausgebildet sein. Auch sind andere Geometrien des Brennraums 9, eine andere Zahl von Gaswechselventilen 13 pro Zylinder und andere Ventilsteuerungen möglich.

Der mit den Patentansprüchen beanspruchte Schutzbereich erstreckt sich auch auf Verfahren zum Betreiben von Brennkraftmaschinen mit einer Pumpe-Düse-Einheit pro Zylinder und auch auf solche Brennkraftmaschinen. Bei diesen Brennkraftmaschinen wird der Förderhub eines Pumpenkolbens der Pumpe-Düse-Einheit von einem Nocken einer Nockenwelle ausgeführt. Der Saughub des Pumpenkolbens wird von einer auf den Pumpenkolben wirkenden Schließfeder ausgeführt. Wegen dieser Parallelen zu der Betätigung eines Gaswechselventils mittels eines Nockens und einer Schließfeder ist die Erfindung auch ohne expizite Beschreibung eines Ausführungsbeispiels einer Brennkraftmaschine mit Pumpe-Düse-Einheit für einen Fachmann auf dem Gebiet der Brennkraftmaschinen ohne weiteres ausführbar.