JP4456787B2 - 内燃機関における位相位置を認識しかつ該位相位置に影響を与えるための装置および方法 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、独立請求項の上位概念部に記載した形式の、内燃機関における位相位置を認識しかつ該位相位置に影響を与えるための装置および方法に関する。
【０００２】
内燃機関、特に複数のシリンダと、クランクシャフトと、カムシャフトとを備えた内燃機関では、いつどのシリンダに燃料が噴射されるべきであるのかということと、いつどの時点で点火がトリガされなければならないのかということとが、クランクシャフトもしくはカムシャフトの、認識された位置に関連してエンジン制御装置によって算出される。
【０００３】
この場合、一般的に、クランクシャフトの角度位置は、クランクシャフトもしくはこのクランクシャフトに結合された、特徴付けられた表面を備えた発信器ディスクをプロービングする受信器によって認識される。獲得されたパルス列から出発して、制御装置は角度割当て（Ｗｉｎｋｅｌｚｕｏｒｄｎｕｎｇ）を認識することができる。
【０００４】
しかし、クランクシャフトは、４サイクルエンジンにおける作業サイクル内で２回転するので、クランクシャフトをプロービングするだけでは、内燃機関の位相位置を一義的に規定することはできない。位相位置が正しくない場合には、点火および噴射が３６０゜ＫＷだけずらされて制御装置によって出力される。４サイクルエンジンのサイクルが７２０゜ＫＷであるという事実に基づき、４サイクルのうちのどのサイクルが存在しているのかということは、発信器ホイールにおけるセンサだけでは規定することができない。
【０００５】
統計的に見て、位相信号が欠落している場合には、それぞれ第２の始動試行が失敗に終わってしまう。なぜならば、３６０゜ＫＷだけずらされた点火および噴射が制御装置によって出力されるからである。したがって、エンジンは始動しない。さらに、ガソリン直接噴射装置では、ガスが燃焼室から噴射弁および燃料レール内に押し戻され、これによって、その後、正しい位相位置でも始動特性が損なわれてしまう。
【０００６】
位相位置が正しく認識されるようにするために、公知先行技術によれば、通常は第２の受信器またはセンサが設けられている。この受信器またはセンサは、カムシャフトに結合された、表面に基準マークを有する発信器ディスクをプロービングする。カムシャフトは作業サイクルの間に１回転しかしないので、制御装置は、カムシャフトセンサによって供給された、作業サイクルにつきただ１つのパルスしか有していない信号から内燃機関の位相位置を認識することができ、かつ同期化を実施することができる。このようなシステムは、たとえばドイツ連邦共和国特許出願番号第４２３０６１６．７号明細書中に記載される。
【０００７】
ドイツ連邦共和国特許出願公開第４４１８５７８号明細書から、内燃機関における位相位置を認識するための装置が明らかである。この装置は、規定された条件下で位相位置の検査が実施されることにより、カムシャフトセンサの形の第２のセンサなしで十分である。この場合、この条件とは、有利には、推力遮断（Ｓｃｈｕｂａｂｓｃｈａｌｔｕｎｇ）後のシーケンシャルな噴射の再開である。この場合、セグメント時間比較によって、噴射される個々のシリンダの回転数が、見込まれた角度位置に到達するかどうかが詳しく検出され、これに基づき、正しい位相位置または正しくない位相位置が推測される。この場合、セグメント時間とは、クランクシャフトが、一般的にセグメントと呼ばれる角度の分だけ回転する間に経過する時間を意味している。
【０００８】
内燃機関の各ピストンに対して１つの燃料噴射弁を備えたガソリン直接噴射装置では、二重点火を伴う吸気管噴射の緊急運転コンセプトが使用不能である。さらに、位相位置が正しくない場合には、ガスが燃焼室から噴射弁および燃料レール内に押し戻され、これによって、その後、位相位置が正しい場合でも始動特性が損なわれてしまうかまたは始動が完全に阻止されてしまう。
【０００９】
したがって、本発明の課題は、始動時の位相位置の検出が可能であり、位相信号の欠落時でも、改善された始動特性が得られるような装置および方法を提供することである。
【００１０】
この課題は、本発明によれば、独立請求項および従属請求項の特徴部に記載の構成および方法によって解決される。
【００１１】
本発明による装置は、付加的なカムシャフトセンサも、別個の圧力センサも必要とすることなしに、既存の構成群および構成要素が使用されるという重要な利点を有している。通常、レール圧評価は、付加回路なしに制御装置で直接的に行われる。場合によっては、燃料レールセンサの圧力信号が、評価のために、単純なアナログ式のもしくはデジタル式のコンパレータ回路を介して制御装置に供給されてもよい。
【００１２】
基準マークを認識した後、１つの燃料噴射弁の、点火なしの特殊な噴射が上死点において行われる。
【００１３】
位相位置が始動時から正しくない場合には、圧縮背圧によって吹き戻される該当する燃料噴射弁が即座に閉鎖され、圧力上昇が、たとえばアナログ式のもしくはデジタル式のコンパレータ回路を介して制御装置に報知される。これに基づき、３６０゜ＫＷだけずらされた噴射および点火の同期化が制御装置によってトリガされる。
【００１４】
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１５】
図１には、符号１で、吸い込まれる燃料が示してある。この燃料１は、図２に符号９で示した電動式燃料ポンプによってコモンレールもしくは燃料レール７内に圧送される。この燃料レール７は、ガソリン直接噴射装置における構成要素であり、内燃機関６の各シリンダに対応する燃料噴射弁５のための分岐部を有している。燃料噴射弁５は電磁式に制御されて、燃料１を燃焼室内に直接噴射する。符号２では、吸い込まれる空気が示してあり、符号３はスロットルバルブであり、符号４は、同じく各シリンダへの分岐部を有する吸気管である。符号８では、圧力センサとして機能する燃料レールセンサが示してある。この燃料レールセンサ８は、燃料レール７内を支配している圧力を測定する。図１による直接噴射時には、エンジンが通常運転でまだ空気しか吸い込んでおらず、燃料空気混合物は形成されていない。燃焼室内での混合物形成には、全く異なる２種類の運転モードが許容されている。第１に層状給気運転もしくは成層燃焼運転では、混合物が点火プラグの領域でのみ点火可能でなければならない。この場合、燃焼室の、その他の残りの部分には、新ガスおよび残留ガスだけが、未燃焼の燃料なしに存在している。この場合、アイドリング運転および部分負荷領域では、極めて希薄な混合物ひいては燃料消費率の低減が得られる。
【００１６】
第２に均質燃焼運転では、混合物が外側で形成される場合と同様に燃焼室内全体に均質な混合気が提供される。燃焼室内で使用可能な全ての新気が燃焼工程に関与している。この運転モードは全負荷領域で使用される。
【００１７】
図２には、４つの燃料噴射弁５と、圧力レギュレータ１１と、圧力センサとして機能する燃料レールセンサ８とを備えた、４気筒のための燃料レール７が斜視図で示してある。符号１０では、燃料フィルタが示してあり、符号９は電動式燃料ポンプである。
【００１８】
ガソリン直接噴射を伴う内燃機関６の制御もしくはコントロールは、図３に示した制御装置２５が引き受けている。符号１６では、発信器ディスクが示してある。この発信器ディスク１６は、内燃機関６のクランクシャフト１２に固く結合されていて、同じ形をした多数の角度マーク１３を周面に有している。これらの同形の角度マーク１３の他に、たとえば２つの角度マークの欠落によって実現されている基準マーク１４が設けられている。発信器ディスク１６は、受信器１５、たとえば誘導型の受信器、つまり誘導センサまたはホールセンサまたは磁気抵抗センサによって走査もしくはプロービングされる。角度マーク１３が受信器１５の傍らを通過した場合に形成された信号は制御装置２５で適切に処理される。
【００１９】
従来の内燃機関においては既存である、カムシャフト２６もしくはこのカムシャフト２６に結合された、マーキング部を備えたディスクをプロービングする位相センサは、ここでは不要となる。このようなセンサの出力信号から通常得られる位相位置に関する情報は、ここでは請求項５および６に記載されている方法ステップと、燃料レールセンサ８の形の圧力センサの信号とによって獲得される。
【００２０】
制御装置２５は種々異なる入力部を介して、内燃機関６の制御もしくはコントロールのために必要となる別の入力量を獲得する。この入力量は種々異なるセンサによって測定される。図３には、これらのセンサが符号１７で示してある。１つの別の入力部を介して「点火」信号が供給される。この「点火」信号は、点火スイッチ１８の閉鎖時に点火ロックの端子１５（Ｋｌ．１５）によって供給され、制御装置２５に内燃機関６の運転開始を報知する。
【００２１】
制御装置２５自体は、少なくとも１つの中央のプロセッサユニット２０ならびにメモリ１９を有している。制御装置２５では、噴射および点火のための信号が内燃機関６の構成要素（図示せず）のために検出される。これらの信号は、制御装置２５の出力部２１，２２を介して送出される。
【００２２】
制御装置２５への電圧供給は、従来の形式でバッテリ２３によって行われる。このバッテリ２３は、内燃機関６の運転の間ならびに制御装置２５自体によって制御される、エンジンの停止後の後運転段階の間にスイッチ２４を介して制御装置２５に接続される。後運転段階では、内燃機関６の停止後になおも検出される情報が記憶され、その後、この情報は、内燃機関６の再始動時に制御装置２５で即座に提供される。この情報は特に、クランクシャフト１２もしくはカムシャフト２６の最後の角度位置も有しているし、最後の位相位置に関する情報も有している。
【００２３】
位相センサ、すなわちカムシャフト２６の位置を検出するセンサなしに済ませたいシステムでは、クランクシャフトセンサによって供給された基準マーク信号が多義性を有しているという問題点が存在する。なぜならば、クランクシャフト１２は、４サイクルエンジンにおける作業サイクル内で２回転するのに対して、カムシャフト２６は１回転しかしないからである。したがって、特定の運転条件、特に始動時に制御装置２５によって位相位置を認識するために、位相位置が正しくない（このことは燃料レールセンサ８を介して測定可能である）場合には、点火および噴射の位相位置が制御装置２５を介して３６０゜ＫＷ（ＫＷ：クランクシャフト角度）だけずらされて同期化されるように、位相位置に影響が与えられる。このためには、燃料レールセンサ８と同等の圧力センサが燃料レール７内に配置されている。
【００２４】
各燃料噴射弁５に圧力センサが対応配置されていてもよい。
【００２５】
３６０゜ＫＷだけずらされた、始動時における正しくない位相位置では、該当する燃料噴射弁５内への圧縮背圧の吹戻し（Ｒｕｅｃｋｂｌａｓｅｎ）が生ぜしめられる。これによって、燃料レールセンサ８が感知する、燃料レール７内の圧力上昇が発生してしまう。このことは、アナログ式のもしくはデジタル式のコンパレータ回路（図示せず）を介して評価可能であり、信号として制御装置２５に送出される。制御装置２５では、３６０゜ＫＷだけずらされた点火および噴射の同期化が出力される。測定されたレール圧の評価は、別の形式で制御装置２５において直接的に行われてもよい。
【００２６】
発信器ディスク１６に設けられた基準マーク１４の認識後、点火なしの特殊な噴射が上死点において方法技術的に行われる。正しくない位相位置では、対応する燃料噴射弁５内への吹戻しが生ぜしめられ、これに続いて、燃料レール７内における圧力上昇が生ぜしめられる。圧力上昇の認識後、過度に強い吹戻しを阻止するために、燃料噴射弁５が即座に閉鎖される。その後、３６０゜ＫＷだけずらされた噴射および点火の同期化が制御装置２５によって行われる。
【００２７】
正しい位相位置（負荷交番時における上死点での噴射）では、圧力上昇が燃料レールセンサ８において検出されない。噴射および点火は、次のシリンダで正しい位相位置で開始することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 ４気筒エンジンの概略図である。
【図２】 ４気筒エンジンのための燃料レールを示す図である。
【図３】 エンジン制御装置の原理図である。
【符号の説明】
１ 燃料、 ２ 空気、 ３ スロットルバルブ、 ４ 吸気管、 ５ 燃料噴射弁、 ６ 内燃機関、 ７ 燃料レール、 ８ 燃料レールセンサ、 ９ 電動式燃料ポンプ、 １０ 燃料フィルタ、 １１ 圧力レギュレータ、 １２ クランクシャフト、 １３ 角度マーク、 １４ 基準マーク、 １５ 受信器、 １６ 発信器ディスク、 １７ センサ、 １８ 点火スイッチ、 １９ メモリ、 ２０ プロセッサユニット、 ２１，２２ 出力部、 ２３ バッテリ、 ２４ スイッチ、 ２５ 制御装置、 ２６ カムシャフト、 Ｋｌ．１５ 端子１５

Claims (7)

1. 内燃機関（６）を制御もしくはコントロールするための装置であって、カムシャフト（２６）とクランクシャフト（１２）とが設けられており、該クランクシャフト（１２）の角度位置が、受信器（１５）と、基準マーク（１４）を備えた発信器ディスク（１６）とによって連続的に検出されるようになっており、さらに、ガソリンである燃料（１）を燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁（５）が設けられており、該燃料噴射弁（５）に電動式燃料ポンプ（９）から燃料レール（７）を介して燃料（１）が供給されるようになっており、さらに、制御装置（２５）が設けられており、該制御装置（２５）が、角度位置を規定しかつ回転数を検出するために受信器（１５）の出力信号を評価するようになっており、しかも、制御装置（２５）が、角度位置に関連して噴射パルスおよび／または点火パルスをトリガするようになっている形式のものにおいて、内燃機関（６）の位相位置を認識するために、燃料レール（７）内の圧力を測定するための圧力センサ（８）が設けられており、該圧力センサの圧力信号が、特徴付けられた経過を有しており、点火および噴射の、クランク角度３６０゜だけずらされた正しくない位相位置において圧縮背圧により燃料空気混合物が１つの燃料噴射弁（５）内に吹き戻される場合に、圧力センサ信号において著しい上昇が生ぜしめられるようになっており、しかも、該圧力センサ信号が、制御装置（２５）に供給されており、該制御装置（２５）を介して、クランク角度３６０゜だけずらされた点火および噴射の同期化が行われるようになっていることを特徴とする、内燃機関を制御もしくはコントロールするための装置。
2. 各燃料噴射弁（５）に圧力センサ（８）が設けられている、請求項１記載の装置。
3. 全てのシリンダに対してただ１つの圧力センサ（８）しか設けられておらず、該圧力センサ（８）が、燃料レール（７）内に配置されている、請求項１記載の装置。
4. 圧力センサ（８）が、燃料レールセンサである、請求項３記載の装置。
5. 圧力センサ（８）の信号が、アナログ式のもしくはデジタル式のコンパレータ回路を介して評価されていて、制御装置（２５）に供給されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 請求項１から４までのいずれか１項記載の内燃機関を制御もしくはコントロールする方法において、発信器ディスク（１６）の基準マーク（１４）を第１の上死点で認識した後、点火なしの特殊な噴射を前記上死点において行うことを特徴とする、内燃機関を制御もしくはコントロールする方法。
7. 引き続き、正しくない位相位置において、圧縮背圧による燃料噴射弁（５）内への吹戻しが発生し、該吹戻しによって、圧力上昇が圧力センサ（８）において発生し、これによって、制御装置（２５）を介して、該当する燃料噴射弁（５）を即座に閉鎖させ、クランク角度３６０゜だけずらした点火および噴射の同期化を行う、請求項６記載の方法。

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