CH678445A5

CH678445A5 - Steuergeraet an einem verbrennungsmotor mit einem turbolader.

Info

Publication number: CH678445A5
Application number: CH32/89A
Authority: CH
Inventors: Takeshi Arai
Original assignee: Mitsubishi Heavy Ind Ltd
Priority date: 1988-01-08
Filing date: 1989-01-05
Publication date: 1991-09-13
Also published as: DK172136B1; DK4289D0; KR890012068A; DE3900034C2; JPH01178752A; DK4289A; DE3900034A1; KR910007340B1

Description

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CH 678 445 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät gemäss Oberbegriff des Anspruches 1.

Steuergeräte der eingangs genannten Art sind bekannt. Ein Beispiel eines bekannten Dieselmotors mit einem Turbolader ist in Fig. 3 dargestellt. Die von einem Gebläse 07 eines Turboladers erzeugte Druckluft wird über eine Zuleitung 08 zu einem La-deluftverteiler 09 gefordert und strömt dann in einen Zylinder 01 des Verbrennungsmotors, im Zylinder 01 wird die Luft durch einen Kolben verdichtet und Kraftstoff mittels einer Einspritzdüse in den Zylinder eingespritzt, so dass das Kraftstoff/Luft-Ge-misch im Zylinder gezündet wird und explodiert. Zur Einspritzung des Kraftstoffes dient eine Einspritzpumpe 10. Die bei der Verbrennung entstehenden Abgase gelangen in einen Sammler 03 konstanten Druckes und über eine Abgasleitung 04 zu einer Turbine 05 des Turboladers, so dass die Turbine 05 angetrieben wird und das konzentrisch zur Turbine 05 an einem gemeinsamen Motor 06 angeordnete Gebläse 07 antreibt.

Die herkömmlichen Verbrennungsmotoren weisen Jedoch folgende Probleme auf.

Bei den herkömmlichen Verbrennungsmotoren kann der Querschnitt der Düse der Turbine 05 nicht verändert werden, wodurch die Strömungscharakteristik des Verbrennungsmotors einzigartig bestimmt wird und der Betriebsbereich des Verbrennungsmotors nicht geändert werden kann. Ausserdem hat die Einspritzpumpe eine fixierte Einspritzzeit und dementsprechend kann die Zykluscharakteristik im Zylinder nicht geändert werden.

Entsprechend dem oben Gesagten ergeben sich zwei Nachteile:

Die maximale Leistung eines bekannten Verbrennungsmotors ist hauptsächlich limitiert auf einen Wert, der durch den maximalen Druck im Zylinder und die Drehzahl des Turboladers bestimmt wird. Wenn die Leistung des Verbrennungsmotors über die bestimmte Leistung angehoben wird, so werden die maximale Leistung des Zylinders und die Drehzahl des Turboladers zu sehr erhöht und ein Betrieb des Verbrennungsmotors wird unmöglich.

Weiter ist bei einem Verbrennungsmotor, dessen Turbolader nur mit einer im Querschnitt veränderlichen Döse versehen ist, der maximale Druck im Zylinder an die obere Grenze gesetzt oder es wird verhindert, dass die Drehzahl des Turboladers zu hoch ansteigen kann, wenn der Querschnitt der Düse vergrössert wird. Dies führt dazu, dass der Druck des Turboladers erhöht wird und die Verbrennung wesentlich verschlechtert wird. Bei Ver-brennungsmotoren, die nur mit einer Steuerung der Einspritzzeit der Kraftstoff-Einspritzpumpe versehen sind, wird ein Betrieb des Verbrennungsmotors auf Grund des extremen Anstiegs der Drehzahl des Turboladers unmöglich, selbst wenn der Maximaldruck im Zylinder auf den obersten Grenzwert herabgedrückt wird.

Wenn bei einem herkömmlichen Verbrennungsmotor der Betriebszustand in den Bereich höheren Drehmoments verändert wird, so wird der durchschnittlich wirksame Druck relativ zum Druck des Turboladers erhöht und der Betriebszustand des Verbrennungsmotors befindet sich aus der Sicht der thermischen Belastung in einem schwierigen Zustand. Um diesen schwierigen Zustand zu vermeiden, wird angestrebt, den Düsenquerschnitt des Turboladers zu reduzieren, um den Druck der Abgase zu erhöhen und die thermische Belastung zu verringern. Es hat sich jedoch gezeigt, dass Verbrennungsmotoren, die nur mit einem Turbolader mit veränderbarem Düsenquerschnitt ausgestattet sind, der maximale Druck im Zylinder zu sehr erhöht worden ist auf Grund des ansteigenden Abgas-druckes bei hoher Last.

Bei bekannten Verbrennungsmotoren ist deshalb weiter der Düsenquerschnitt des Turboladers und die Einspritzzeit für den Kraftstoff fixiert worden, so dass ein Dauerbetrieb bei 100% Last erreicht wird. Dementsprechend kann eine Erhöhung des Abgasdruckes und des maximalen Druckes im Zylinder zur Verbesserung der Kraftstoffausnützung nicht erreicht werden, selbst im Teillastbereich nicht, in dem Spielraum bezüglich des maximalen Druckes im Zylinder besteht.

Bei einem Verbrennungsmotor, der mit einem Turbolader ausgestattet ist, welcher nur einen veränderlichen Düsenquerschnitt ermöglicht, wird nur die Ladeluftbedingung bei erhöhtem Abgasdruck verbessert, während ein Verbrennungsmotor, der nur mit einer Einspritzpumpe versehen ist, welche die Einspritzzeit verändert, nur den Zyklus-Wirkungsgrad bei angehobenem maximalem Druck im Zylinder verbessert. Die Verbesserung ist in beiden Fällen auf die Hälfte beschränkt worden.

Aufgabe der Erfindung ist es, obige Nachteile zu beseitigen und ein Steuergerät für einen Verbrennungsmotor zu schaffen, bei dem ein einstellbarer Düsenquerschnitt eines Turboladers und die Einspritzzeit einer variablen Einspritzpumpe eingestellt werden durch den Düsenquerschnitt, einen vorgegebenen Wert und einen bestimmten Wert der Einspritzzeit, so dass ein geeigneter Düsenquerschnitt und eine geeignete Einspritzzeit über den ganzen Betriebsbereich erhalten werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäss gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1.

Vorteilhafte Ausgestaltungen des Steuergerätes sind in den Ansprüchen 2 bis 6 beschrieben.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher beschrieben, dabei zeigen:

Fig. 1 Das Blockdiagramm eines Steuergerätes nach der Erfindung;

Fig. 2A und 2B Diagramme zur Veranschaulichung der Wirkungsweise des Steuergerätes nach der Erfindung (ausgezogene Kurven) und nach dem Stand der Technik (gestrichelte Kurven); und

Fig. 3 Das Schema eines Dieselmotores mit Turbolader und Einspritzpumpe nach dem Stand der Technik.

In Fig. 1 bezeichnet 1 einen Verbrennungsmotor, der mit einem Turbolader 2 ausgestattet ist, der mit

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einem veränderlichen Düsenquerschnitt versehen ist und der eine Einspritzpumpe 3 mit veränderlicher Einspritzzeit aufweist.

Ein Düsenquerschnitt-Regler 4 steuert den Querschnitt der Düse des Turboladers 2. Ein Einspritzzeit-Regler 5 steuert die Einspritzzeit der Kraftstoff-Einspritzpumpe 3. Ein Düsenquer-schnittmesser 6 ermittelt den Querschnitt der Düse des Turboladers. Ein Einspritzzeitmesser 7 ermittelt die Einspritzzeit der Kraftstoff-Einspritzpumpe 3. Das Steuergerät enthält weiter einen Kraftstoffverbrauchmesser 8 und einen Drehzahlmesser 9.

Das Steuergerät ist weiter ausgerüstet mit einem Rechner 100, der die nachfolgend beschriebenen Bauteile 101 bis 112 aufweist. So enthält das Steuergerät A/D (Analog/Digital)-Umsetzer 101, 102, welche die Grösse des festgestellten Kraftstoffverbrauches des Kraftstoffverbrauchmessers 8 und die festgestellte Drehzahl des Drehzahlmessers 9 in digitale Signale umwandeln und einem Lastrechner 103 zuführen. Entsprechende A/D-Umsetzer 110, 112 wandeln den ermittelten Düsenquerschnitt und die ermittelte Einspritzzeit in digitale Signale um.

Das Steuergerät enthält ferner eine Düsenquerschnitt-Bestimmungseinheit 104 und eine Einspritz-zeit-Bestimmungseinheit 105 sowie einen Speicher 106, in dem ein Sollwert des Düsenquerschnittes des Turboladers 2 und ein Sollwert für die Kraftstoffeinspritzung der Einspritzpumpe 3 gespeichert sind.

Weiter enthält das Steuergerät eine Düsenquerschnitt-Korrektureinheit 107 und eine Einspritzzeit-Korrektureinheit 108, deren Ausgänge jeweils über einen D/A-Umsetzer 109, 111 an den Düsenquerschnitt-Regler 4 bzw. an den Einspritzzeit-Regler 5 weitergegeben werden.

Der am Kraftstoffverbrauchmesser 8 gemessene Krafstoffverbrauch und die am Drehzahlmesser 9 gemessene Drehzahl werden mittels der A/D-Umsetzer 101,102 im Rechner 100 in digitale Werte umgewandelt. Der Lastrechner 103 errechnet zu einer Betriebszeit einen durchschnittlichen wirksamen Druck anhand der zwei digitalen Werte. Der Speicher 106 speichert einen Sollwert für den Düsenquerschnitt des Turboladers 2 und einen Sollwert für die Einspritzzeit der Kraftstoff-Einspritzpumpe 3 entsprechend einer Kombination der zwei numerischen Werte des mittleren wirksamen Druckes und der Drehzahl des Verbrennungsmotors. Die Düsenquerschnitt-Bestimmungseinheit 104 holt sich den Sollwert des Düsenquerschnittes aus dem Speicher 6 und setzt ihn. Der Sollwert des Düsenquerschnittes wird der Düsenquerschnitt-Korrektureinheit 107 zugeführt, um einer vorbestimmten Korrektur zu untenwerfen, worauf der ermittelte Wert mittels D/AUmsetzers 109 in einen analogen Wert umgewandelt wird. Der Düsenquerschnitt-Regler 4 steuert den Querschnitt der Düse des Turboladers 2 entsprechend dem analogen Wert des Düsenquerschnittes aus der Düsenquerschnitt-Korrektureinheit 107. Der Düsenquerschnittmesser 6 ermittelt den laufenden Wert des Düsenquerschnittes des Turboladers 2. Dieser analoge Wert wird mittels des A/D-Umset-zers 110 in einen digitalen Wert umgewandelt und der Düsenquerschnitt-Korrektureinheit 107 zugeführt

Die Düsenquerschnitt-Korrektureinheit 107 errechnet eine Abweichung zwischen dem Sollwert aus der Düsenquerschnitt-Bestimmungseinheit 104 und dem gemessenen Wert und liefert ein Aus-gangssignal entsprechend der Abweichung an den Düsenquerschnitt-Regler, um dadurch den Düsenquerschnitt zu steuern.

Die Einspritzzeit-Bestimmungseinheit 105 holt sich einen Sollwert für die Kraftstoff-Einspritzzeit aus dem Speicher 106 und setzt ihn. Der Sollwert der Kraftstoff-Einspritzzeit wird an die Einspritzzeit-Korrektureinheit 108 weitergegeben, um ihn einer vorbestimmten Korrektur auszusetzen und dann dem D/A-Umsetzer 111 zuzuführen.

Der Einspritzzeit-Regler 5 steuert die Einspritzzeit der Kraftstoff-Einspritzpumpe 3 in Abhängigkeit von dem analogen Wert aus dem D/A-Umsetzer 111. Der Einspritzzeitmesser 7 ermittelt den laufenden Wert der Kraftstoffeinspritzung, der mittels des A/D-Umsetzers 112 in einen digitalen Wert umgewandelt wird und dann der Einspritzzeit-Korrektureinheit 108 zugeführt wird.

Die Einspritzzeit-Korrektureinheit 108 errechnet die Abweichung zwischen dem gesetzten Sollwert aus der Einspritzzeit-Bestimmungseinheit 105 und dem gemessenen Wert und erzeugt ein Ausgangssi-gnal entsprechend dieser Abwandlung, um dadurch die Einspritzzeit zu steuern.

Ein axialer Drehmomentenmesser oder ein Druckmesser können anstatt des Kraftstoffverbrauchmessers 8 verwendet werden und einen Lastzustand mittels des Lastrechners 103 errechnen.

Ferner kann anstelle des Düsenquerschnittmes-sers 6 ein Ladegasdruckmesser verwendet werden sowie ein Messer für den Druck im Zylinder anstelle des Einspritzzeitmessers 7, wobei Sollwerte des Ladegasdruckes und des maximalen Druckes im Zylinder im Speicher gespeichert werden können, so dass der Ladegasdruck und der maximale Druck im Zylinder direkt gesteuert werden können.

Das vorliegende Steuergerät ist wie oben beschrieben ausgebildet und ermöglicht folgende Wirkungen. In Fig. 2 sind die Ergebnisse, welche mit dem vorliegenden Steuergerät erzielt werden, in ausgezogener Linie dargestellt und die Ergebnisse nach dem Stand der Technik in gestrichelten Linien angegeben. Aus Fig. 2 geht nun hervor, dass im Teillastbereich der Düsenquerschnitt reduziert wird und die Kraftstoff-Einspritzzeit vorgestellt wird, um den Ladegasdruck und den maximalen Druck im Zylinder zu erhöhen im Vergleich zu jenen nach dem Stand der Technik, so dass die Luftbedingung und der Zyklus im Zylinder verbessert werden können und eine Verringerung des Kraftstoffverbrauches zur Folge haben.

In einem Lastbereich, der grösser ist als der oben bezeichnete, wird der Düsenquerschnitt erhöht, um den Ladegasdruck entsprechend der Leistung zu erhöhen, so dass ein Überdrehen des Tur-boladers verhindert werden kann, wobei die Kraftstoff-Einspritzzeit zurückgestellt wird, so dass der Maximaldruck im Zylinder am oberen Limit beibehalten werden kann, um auch im Überlastbereich eine kontinuierliche Betriebsweise zu erhalten. Aus Fig. 2 geht weiter hervor, dass im Betriebsbereich

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hohen Drehmomentes der Düsenquerschnitt verringert ist, um die thermische Belastung zu reduzieren,

während im Hochlastbereich die Kraftstoff-Einspritzzeit zurückgestellt wird, um einen maximalen Druck im Zylinder am oberen Grenzwert zu erhal- 5

ten, so dass der Lastbereich beim Betrieb mit hohem |

Drehmoment ausgedehnt werden kann.

Claims

Patentansprüche <1 10

1. Steuergerät an einem Verbrennungsmotor mit einem Turbolader, mit einem Regler (4) für den Querschnitt einer Düse, der von einer Düsenquerschnitt-Steuereinheit steuerbar ist, gekennzeichnet durch: 15

— einen Lastrechner (103), der in Abhängigkeit von einem den Betriebszustand des Verbrennungsmotors (1) angebenden Signal den Lastzustand des Verbrennungsmotors (1) ermittelt;

— eine Düsenquerschnitt-Bestimmungseinheit (104) 20 zur Bestimmung eines Sollwertes des Düsenquerschnittes des Turboladers (2) in Abhängigkeit von dem durch den Lastrechner (103) ermittelten Lastzustand;

— eine Einspritzzeifen-Bestimmungseinheit (105) zur 25 Bestimmung eines Sollwertes der Kraftstoff-Ein-spritzzeit der Kraftstoff-Einspritzpumpe (3) in Abhängigkeit vom Lastzustand;

— eine Düsenquerschnitt-Korrektureinheit (107) für den Turbolader (2), der eine Abweichung zwischen 30 dem Sollwert und einem gemessenen Wert des Düsenquerschnittes ermittelt und dem Düsenquerschnitt-Regler (4) zuführt;

— eine Kraftstoff-Einspritzzeit-Korrektureinheit (108) für die Einspritzpumpe (3), die eine Abwei- 35 chung zwischen dem Sollwert und einem gemessenen Wert der Einspritzzeit ermittelt und einem Ein-sprüzzeit-Regler (5) zuführt.

2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Kraftstoffver- 40 brauchsmesser (8) und einen Drehzahlmesser (9)

aufweist.

3. Steuergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Düsenquerschnittmes-

ser (6) und einen Einspritzzeitmesser (7) aufweist. 45

4. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Düsenquerschnitt-Bestim-mungseinheit (104) und die Kraftstoff-Einspritzzeit-Bestimmungseinheit (105) einen Speicher (106) für ein Datensignal eines mittleren wirksamen Druckes 50 des Verbrennungsmotors (1) entsprechend einem Adresssignal enthält, welches aus einem Satz aus einem digitalen Signal entsprechend dem Kraftstoffverbrauch und einem digitalen Signal entsprechend der Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) besteht. 55

5. Steuergerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Düsenquerschnitt-Satz aus der Düsenquerschnitt-Bestimmungseinheit (104) beim Anstieg der Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) erhöht wird. 60

6. Steuergerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Einspritzzeit-Satz der Ein-spritzzeit-Bestimmungseinheit (105) beim Anstieg der Drehzahl des Verbrennungsmotors (1) zurückgestellt wird. 65

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