DE4028442A1 - Operating valve controlled reciprocating piston IC engine - monitoringcamshaft to detect phase shift w.r.t. engine timing - Google Patents

Operating valve controlled reciprocating piston IC engine - monitoringcamshaft to detect phase shift w.r.t. engine timing

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Abstract

Sensors (8) monitor the phase of the camshaft or the valve drive gear, and compare it with the phase from the engine. The latter is computed from crankshaft sensors and/or timing signals. A simple design has an inductive sensor (9) which monitors the peaks of the cam shapes. It is linked to a processor (14) which compares the signals with programmed signals and generates failure signals if the phase shift is more than a set amount. If the system detects phase shift a correction to the timing circuit and the fuel injection system enables the engine to run with min. of exhaust emission products. ADVANTAGE - Improved efficiency, less emission products.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer ventilgesteuerten Hubkolben-Brennkraftmaschine, insbe­ sondere in Kraftfahrzeugen, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a method for operating a valve-controlled reciprocating internal combustion engine, esp especially in motor vehicles, according to the preamble of Claim 1.

Um einen unproblematischen und insbesondere möglichst schadstoffreien Betrieb von Brennkraftmaschinen, insbe­ sondere in Kraftfahrzeugen, zu ermöglichen, wird deren Steuerungsaufwand ständig erhöht. So werden u. a. die Zündungssteuerung und Brennstoffzumessung ständig diffi­ ziler und die Ansaugsysteme verbessert. Hinzu kommen Maßnahmen wie die variable Ventilsteuerung, die über den Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine eine gleichmäßi­ gere Füllung und damit verbunden mehr Leistung bei gün­ stigen Schadstoffwerten ermöglichen. Von entscheidender Bedeutung all dieser Maßnahmen ist aber deren störungs­ freies Zusammenwirken.To be unproblematic and especially possible pollutant-free operation of internal combustion engines, esp especially in motor vehicles, will enable Control effort is constantly increasing. So u. a. the Ignition control and fuel metering constantly diffi ziler and the intake systems improved. Add to that Measures such as the variable valve control, which via the Speed range of the internal combustion engine an eveni less filling and thus more performance at gün enable constant pollutant values. Of crucial The importance of all these measures is their failure free interaction.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem insbesondere Störungen in der Ventilsteuerung mit einfachen Mitteln erkennbar und ggf. zumindest teil­ weise deren nachteilige Auswirkungen auf das Abgasver­ halten eliminierbar sind.The object of the invention is to demonstrate a method with the particular malfunctions in the valve control recognizable with simple means and at least partially if necessary indicate their adverse effects on exhaust gas are eliminable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnen­ den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhaf­ te und zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den weiteren Patentansprüchen angeführt.According to the invention, this object is characterized by the solved the features of claim 1. Advantageous te and expedient developments of the invention are in cited the further claims.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, die Phasenlage der Nockenwelle oder der Ventilbetätigungsmittel zu erfassen und mit vorgegebenen Sollwerten zu vergleichen und bei einer festgestellten Fehlstellung Maßnahmen einzuleiten.According to the invention, the phase angle of the Detect camshaft or the valve actuating means  and to compare with predetermined target values and at initiate measures in the event of a malposition found.

Die Maßnahmen können im einfachsten Falle eine Warnan­ zeige sein, die auf einen nicht ordnungsgemäßen Zustand der Brennkraftmaschine bzw. der Ventilsteuerung hin­ weist. Bevorzugt wird jedoch vorgeschlagen, Maßnahmen in den mit dem Gaswechsel korrelierenden Funktionen der Brennkraftmaschine einzuleiten, z. B. den Zündzeitpunkt oder die Brennstoffzumessung zu verändern; ggf. sind auch Eingriffe auf den Ladedruck, die Abgasrückführrate oder andere steuerungstechnische Parameter angebracht.In the simplest case, the measures can be a warning show be on an improper condition the internal combustion engine or the valve control points. However, it is preferred to take measures in the functions of the correlating with the gas exchange Initiate internal combustion engine, for. B. the ignition timing or change the fuel metering; if necessary interventions on the boost pressure, the exhaust gas recirculation rate or other control parameters.

Bei einer variablen Ventilsteuerung mit entsprechender Verstellung der Nockenwelle wird bevorzugt vorgeschla­ gen, in einem Kennfeld die Soll-Phasenlage abzuspeichern und mit der Ist-Phasenlage zu vergleichen und bei einer Fehlstellung der Nockenwelle die Maßnahmen einzuleiten.With a variable valve control with the corresponding Adjustment of the camshaft is recommended gene to store the target phase position in a map and to compare with the actual phase position and at one Misalignment of the camshaft to initiate the measures.

Die Phasenlage kann dabei mittels einem oder mehrerer Geber oder Sensoren ermittelt oder abgegriffen werden.The phase position can be one or more Encoders or sensors can be determined or tapped.

Besonders zweckmäßig kann dies mittels eines Induktiv- Sensors erfolgen, der im Bereich einer Nockenspitze der Nockenwelle angeordnet wird und der neben der Überwa­ chung der Phasenlage der Nockenwelle zugleich als Pha­ sengeber für die Zündungssteuerung der Brennkraftma­ schine mit herangezogen wird. Dadurch kann der bauliche Aufwand wesentlich verringert werden.This can be particularly expedient by means of an inductive Sensor take place in the area of a cam tip Camshaft is arranged and the next to the monitoring chung the phase position of the camshaft also as Pha Sensor for the ignition control of the internal combustion engine machine is also used. This allows the structural Effort can be reduced significantly.

Sofern die Brennkraftmaschine ein oder mehrere separate Einlaßnockenwellen und Auslaßnockenwellen aufweist, wer­ den bevorzugt die Einlaßnockenwellen hinsichtlich deren Phasenlage überwacht, weil sich hier Fehlstellungen als besonders nachteilig hinsichtlich des Abgasverhaltens gezeigt haben. Es ist aber auch möglich, auch die Aus­ laßnockenwellen entsprechend zu überwachen.If the internal combustion engine has one or more separate Intake camshafts and exhaust camshafts has who who prefers the intake camshafts in terms of their Phase position is monitored because misalignments can be seen here particularly disadvantageous with regard to exhaust gas behavior have shown. But it is also possible, also the end to monitor camshafts accordingly.

Baulich besonders vorteilhaft kann die Überwachung der Phasenlage der Nockenwelle oder aber der Ventilbetäti­ gungsmittel über einen Zentralrechner erfolgen, über den auch die Brennstoffzumessung und die Zündungssteuerung und ggf. noch weitere Steuerungsfunktionen an der Brenn­ kraftmaschine gesteuert werden. Dadurch wird sowohl der Teile- als auch der Verkabelungsaufwand beträchtlich verringert. Derartige Rechner sind seit längerem be­ kannt, z. B. unter dem Begriff "Motronik".The monitoring of the Phase position of the camshaft or the valve actuation resources are carried out via a central computer via which also fuel metering and ignition control and possibly other control functions on the burner  engine can be controlled. This will both Parts and cabling work considerably decreased. Such computers have long been knows, e.g. B. under the term "motronics".

Ggf. auftretende Fehlstellungen in der Ventilsteuerung können in einem Fehlerspeicher abgelegt sein, und über diesen bei Bedarf ausgelesen werden (z. B. bei einer Überprüfung in einer Werkstatt). Dadurch können auch gelegentlich auftretende Fehler bemerkt und deren Ursa­ chen behoben werden.Possibly. Malpositions occurring in the valve control can be stored in a fault memory, and via can be read out if necessary (e.g. for a Inspection in a workshop). This can also noticed occasional errors and their Ursa be fixed.

Besonders vorteilhaft kann bei Fehlstellungen in der Phasenlage der Ventilsteuerung ein Fehlerprogramm im Zentralrechner gestartet werden, welches durch Änderung des Zündzeitpunktes und/oder der Brennstoffzumessung, aber ggf. auch durch Änderungen in der Abgasrückführung etc. nachteilige Auswirkungen auf die Abgasqualität oder das Leistungsverhalten der Brennkraftmaschine weitge­ henst eliminiert, bis die Fehlstellung entweder ver­ schwunden oder durch entsprechenden Serviceeingriff be­ hoben ist.In the case of malpositions in the Phase position of the valve control an error program in Central computer can be started, which by change the ignition timing and / or the fuel metering, but possibly also through changes in exhaust gas recirculation etc. adverse effects on exhaust gas quality or the performance of the internal combustion engine hen eliminated until the misalignment either ver disappear or through appropriate service intervention is raised.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schemati­ sche Zeichnung zeigt inAn embodiment of the invention is as follows explained in more detail with further details. The schemati The drawing shows in

Fig. 1 eine Vorrichtung mit einem Induktiv-Sensor an einer Nockenwelle einer Hubkolben- Brennkraftmaschine und einen Zentralrech­ ner mit Fehlerspeicher, und Fig. 1 shows a device with an inductive sensor on a camshaft of a reciprocating internal combustion engine and a central computer with fault memory, and

Fig. 2 eine Vorrichtung mit einem Induktiv-Sensor an einer Ventilsteuerung mit Kipphebeln. Fig. 2 shows a device with an inductive sensor on a valve control with rocker arms.

In der Fig. 1 ist mit 2 teilweise eine Einlaßnockenwelle einer Viertakt-Hubkolben-Brennkraftmaschine bezeichnet, die soweit dargestellt zwei Lagerzapfen 3, 4 und zwei Nocken 5, 6 trägt. Die Nocken 5, 6 betätigen in bekann­ ter Weise über Tassenstößel als Ventilbetätigungselemen­ te nicht dargestellte Einlaßventile der Brennkraftma­ schine.In Fig. 1, 2 partially designates an intake camshaft of a four-stroke reciprocating internal combustion engine, which as far as shown carries two journals 3 , 4 and two cams 5 , 6 . The cams 5 , 6 operate in known manner via tappets as valve actuation elements, not shown, intake valves of the internal combustion engine.

Die Phasenlage der Einlaßnockenwelle kann relativ zur nicht dargestellten Kurbelwelle und überlagert zu einer Kette als Antriebsverbindung in einem definierten Um­ fangsbereich verstellt bzw. verdreht werden, wobei die mechanisch-hydraulischen Verstellmittel bekannter Bauart sein können und deshalb nicht dargestellt sind. Die Phasenverstellung erfolgt über ein elektrisches Steuer­ gerät 12 abhängig von der Drehzahl n und der Last α der Brennkraftmaschine.The phase position of the intake camshaft can be adjusted or rotated relative to the crankshaft, not shown, and superimposed on a chain as a drive connection in a defined order, the mechanical-hydraulic adjusting means can be of a known type and are therefore not shown. The phase is adjusted via an electrical control device 12 depending on the speed n and the load α of the internal combustion engine.

Über dem Einlaßnocken 5 ist ortsfest (z. B. an der nicht dargestellten Zylinderkopfhaube) ein Induktivsensor 8 angeordnet, der sich aus einem Magnetkern 9 und einer elektrischen Wicklung 10 zusammensetzt. Beim Vorbeilau­ fen der Nockenspitze 7 an dem Sensor 8 wird somit ein elektrisches Signal induziert und einem Zentralrechner 14 zugeführt.An inductive sensor 8 , which is composed of a magnetic core 9 and an electrical winding 10 , is arranged in a fixed manner (for example on the cylinder head cover (not shown)) above the inlet cam 5 . When Vorbeilau fen the cam tip 7 on the sensor 8 , an electrical signal is thus induced and fed to a central computer 14 .

Im Zentralrechner 14 wird zunächst in bekannter Weise der Zündzeitpunkt Z, die Brennstoffzumessung B und die Abgasrückführrate AGR bestimmt, und zwar u. a. nach Maßgabe der Eingaben Kurbelwellenwinkel ∡ Kw, Nockenwel­ lenwinkel ∡ Nw, Maschinendrehzahl n, Last der Brennkraft­ maschine α, Saugrohrdruck p, Temperatur T und Abgasson­ densignal λ.In the central computer 14 , the ignition point Z, the fuel metering B and the exhaust gas recirculation rate AGR are first determined in a known manner, specifically in accordance with the input crankshaft angle ∡ Kw, Nockenwel lenwinkel ∡ Nw, engine speed n, load of the internal combustion engine α, intake manifold pressure p, temperature T and exhaust gas signal λ.

Zusätzlich wird im Zentralrechner 14 jedoch aus den Signalen ∡ Kw und ∡ Nw die Phasenlage der Einlaßnockenwelle errechnet (Istwerte) und mit einem in einem Register des Zentralrechners abgelegten Kennfeld mit Sollwerten ver­ glichen, wobei bei einer bestimmten Abweichung (Fehl­ stellung) eine Fehlermeldung an einen auslesbaren Feh­ lerspeicher 16 abgegeben wird.In addition, the phase position of the intake camshaft is calculated in the central computer 14 from the signals ∡ Kw and ∡ Nw (actual values) and compared with a map stored in a register of the central computer with setpoints, with an error message to a given deviation (incorrect position) Readable error memory 16 is delivered.

Das abgelegte Kennfeld kann zweidimensional aus der Ma­ schinendrehzahl n und der Last α der Brennkraftmaschine gebildet sein, es können aber auch noch die Temperatur T und ggf. der Saugrohrdruck p überlagert (dreidimensio­ nal) sein.The stored map can be two-dimensionally from the Ma Line speed n and the load α of the internal combustion engine be formed, but also the temperature T  and possibly the intake manifold pressure p is superimposed (three-dimensional nal).

Ferner ist im Zentralrechner 14 ein Fehlerprogramm abge­ speichert, das bei einer Fehlermeldung beim Ist-Soll­ wert-Vergleich der Nockenwellen-Phasenlage die Zündungs­ steuerung Z und die Brennstoffzumessung B sowie die Ab­ gasrückführung AGR nach einem fest vorgegebenen Schema ändert, um damit den veränderten Betriebsbedingungen Rechnung zu tragen.Furthermore, an error program is stored in the central computer 14 , which changes the ignition control Z and the fuel metering B as well as the exhaust gas recirculation EGR according to a predetermined pattern in the event of an error message in the actual-target value comparison of the camshaft phase position, so as to change the operating conditions To take into account.

Ggf. kann über den Zentralrechner 14 auch eine Warnan­ zeige angesteuert werden, die die Bedienungsperson des Kraftfahrzeuges auf eine Störung hinweist. Aus dem Fehl­ erspeicher 16 kann beispielsweise in einer Servicesta­ tion aufgrund des über den Zentralrechner 14 ausgegebe­ nen Binärcodes die Art und ggf. die Dauer der Störung ermittelt werden.Possibly. can also be controlled via the central computer 14 a warning that indicates the operator of the motor vehicle to a fault. The type and possibly the duration of the fault can be determined from the fault memory 16 in a service station, for example, on the basis of the binary code output via the central computer 14 .

Sofern die Brennkraftmaschine mit mehreren Einlaßnocken­ wellen 2 ausgerüstet ist, könnte an jeder Einlaßnocken­ welle 2 ein entsprechender Induktivsensor 8 angeordnet sein, der über den Zentralrechner 14 oder über eine se­ parate Mikroprozessorsteuerung abgefragt wird.Unless the internal combustion engine with a plurality of intake cam shafts 2 fitted, at each intake cam could be arranged which is interrogated by the central computer 14 or via a se parate microprocessor control shaft 2, a corresponding inductive sensor. 8

Die Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein Induktivsensor 26 über einem Kipphebel 21 der Ventil­ steuerung der Hubkolben-Brennkraftmaschine 18 angeordnet ist. Fig. 2 shows an embodiment in which an inductive sensor 26 is arranged over a rocker arm 21 of the valve control of the reciprocating piston internal combustion engine 18 .

Dabei steuert eine Nockenwelle 22 über Nocken 23, 24 und Kipphebel 20, 21 sowohl die Einlaßventile 16 als auch die Auslaßventile 17. Der Induktivsensor 26 ist an der Zylinderkopfhaube 25 der Brennkraftmaschine 18 befestigt und gibt ein Signal ab, wenn sich der eine Kipphebel 21 (gestrichelte Position) beim Öffnen des entsprechenden Einlaßventiles 16 an den Induktivsensor 26 annähert.A camshaft 22 controls both the intake valves 16 and the exhaust valves 17 via cams 23 , 24 and rocker arms 20 , 21 . The inductive sensor 26 is fastened to the cylinder head cover 25 of the internal combustion engine 18 and emits a signal when the one rocker arm 21 (dashed position) approaches the inductive sensor 26 when the corresponding intake valve 16 is opened .

Dieses Signal wird wiederum wie vorbeschrieben zur Er­ rechnung der Phasenlage der Nockenwelle 22 dem Zentral­ rechner 14 zugeführt. Die Phasenverstellung der Nocken­ welle 22 oder ggf. auch nur der Einlaßnocken 23 relativ zur Kurbelwelle ist nicht Gegenstand der Erfindung und deshalb auch nicht näher beschrieben.This signal is in turn as described above for calculating the phase angle of the camshaft 22 to the central computer 14 . The phase adjustment of the cam shaft 22 or possibly only the inlet cam 23 relative to the crankshaft is not the subject of the invention and therefore not described in detail.

Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungs­ beispiele beschränkt. So ist es im Rahmen der Erfindung nicht erforderlich, einen induktiven Sensor einzusetzen.The invention is not based on the embodiment shown examples limited. So it is in the context of the invention not necessary to use an inductive sensor.

Auch der Einsatz von Hallblenden oder anderen bekannten Positionsgebern ist möglich. Ferner kann die Berechnung der Phasenlage - wie für den Zentralrechner 14 beschrie­ ben - auch über ein separates Steuergerät durchgeführt werden.The use of Hall screens or other known position sensors is also possible. Furthermore, the calculation of the phase position - as described for the central computer 14 - can also be carried out via a separate control device.

Claims (8)

1. Verfahren zum Betreiben einer ventilgesteuerten Hub­ kolben-Brennkraftmaschine, insbesondere in Kraftfahr­ zeugen, mit zumindest einer Nockenwelle, die über Ventilbetätigungsmittel die Gaswechselventile betä­ tigt, dadurch gekennzeichnet, daß die phasenrichtige Stellung der Nockenwelle und/oder der Ventilbetäti­ gungsmittel über zumindest einen Sensor erfaßt und mit einem vorgegebenen Sollwert verglichen wird und daß bei einer Fehlstellung Maßnahmen eingeleitet wer­ den.1. A method for operating a valve-controlled stroke piston internal combustion engine, especially in motor vehicles, with at least one camshaft which actuates the gas exchange valves via valve actuating means, characterized in that the correct phase position of the camshaft and / or the valve actuating means is detected by at least one sensor and is compared with a predetermined target value and that measures are initiated in the event of a malposition. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Kennfeld die Soll-Phasenlage abgespei­ chert und mit der Ist-Phasenlage verglichen wird und daß bei einer Fehlstellung der Nockenwelle die Maß­ nahmen eingeleitet werden.2. The method according to claim 1, characterized in that that the target phase position is saved in a map and compared with the actual phase position and that in the event of a misalignment of the camshaft the dimension were initiated. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mittels eines Induktivsensors (8) un­ mittelbar durch Abtastung einer Nockenspitze (7) die Phasenlage ermittelt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the phase position is determined by means of an inductive sensor ( 8 ) un indirectly by scanning a cam tip ( 7 ). 4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß bei einer Brennkraftmaschine mit einer Einlaß- und einer Auslaßnockenwelle zumindest die Phasenlage der Einlaßnockenwelle überwacht wird.4. The method according to claims 1 to 3, characterized ge indicates that in an internal combustion engine with at least one intake and one exhaust camshaft the phase position of the intake camshaft is monitored. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren Einlaß­ nockenwellen eine jede Einlaßnockenwelle überwacht wird.5. The method according to claim 4, characterized in that in an internal combustion engine with multiple inlet  camshafts monitors each intake camshaft becomes. 6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung der Phasenlage der Nockenwelle und der Vergleich mit der Soll-Phasenlage in einem Zentralrechner (14) vorge­ nommen wird, in dem auch das übrige Motormanagement (Zündungsteuerung, Brennstoffzumessung etc.) erfolgt.6. The method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the calculation of the phase position of the camshaft and the comparison with the target phase position is made in a central computer ( 14 ) in which the rest of the engine management (ignition control, Fuel metering etc.). 7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß Fehlstellungen der Nockenwelle in einem Fehlerspeicher (16) abgelegt und bei Bedarf ausgelesen werden.7. The method according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that incorrect positions of the camshaft are stored in a fault memory ( 16 ) and can be read out if necessary. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Fehl­ stellung der Nockenwelle vom regulären Maschinenbe­ trieb abweichende Zündungs-, Brennstoff- und/oder andere, die Abgasemissionen beeinflussende Steuerwer­ te in der Maschinensteuerung vorgegeben werden (Feh­ lerprogramm).8. The method according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that in the event of a fault Position of the camshaft from the regular machine drove different ignition, fuel and / or other controls influencing exhaust emissions can be specified in the machine control system (mis program).
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